Овраг - крутосклонная долина, часто сильно разветвленная, об­разованная временными водными потоками. Геологический процесс, обусловливающий их развитие, называют оврагообразованием .

Основной движущей силой возникновения и развития оврагов яв­ляется водная эрозия, т. е. размыв и разрушение поверхности земли текучей водой. В отличие от плоскостного смыва (эрозии), когда теку­чая вода смывает весь поверхностный слой на склоне, при оврагообразовании действует в основном линейная водная эрозия, т. е. размыв и разрушение идут по линии максимального уклона поверхности склона.

Стадии развития оврага: эрозионная борозда - рытвина (глу­биной до 1 м, длиной 5-20 м) - промоина - овраг .

Длина оврагов может достигать нескольких километров, глуби­на - до 40-50 м (в лессовой толще до 80-100 м), а ширина 150- 300 м. Скорость развития оврага определяется размываемостью по­род и может составлять от 0,3-0,8 м до 10-20 м/год.

Оврагообразование имеет исключительно широкое развитие в степной и лесостепной зонах нашей страны (Среднерусская, Верхне­волжская, Приволжская, Приазовская возвышенности, степные рай­оны Алтая и Восточной Сибири и др.).

Овраги затрудняют строительное освоение территории. Расчле­няя местность, они представляют большую угрозу для населенных пунктов, дорожных и других инженерных сооружений. В ряде рай­онов Центрально-Черноземной области Европейской части России почти четверть общей площади земель занимают бросовые земли, занятые действующими оврагами. Овражная эрозия - типичный процесс, приводящий к локальной потере ресурса геологического пространства со всеми вытекающими отсюда последствиями (В. Т. Трофимов и Д. Г. Зилинг, 2002).

Основные условия развития оврагов: 1) наличие легкоразмываемых пород (супеси, суглинки, особенно лессовые, в меньшей степе­ни - пылеватые пески, глины, меловые отложения и др.); 2) лив­невые осадки, быстрое весеннее снеготаяние, неорганизованный сброс техногенных и поливных вод; 3) крутизна склонов более 4-8°.

Глубина оврага ограничивается положением базиса эрозии , т. е. отметки уровня водоема, в который впадает овраг. Понижение базиса эрозии вызывает активизацию роста оврага и его углубление, что мо­жет создавать значительную угрозу для уже выстроенных сооружений.

Овраг растет вершиной вверх по склону вплоть до водораздель­ной линии. Одновременно происходит и его углубление и расшире­ние за счет размыва склонов оврага и появления боковых отвершков. При достижении оврагом водораздельной линии, а устьем - базиса эрозии развитие оврага затухает. Его дно выполаживается, склоны покрываются растительностью. Овраг полностью утрачивает свою размывающую деятельность и превращается в балк у, отрицательную форму рельефа с плоским дном и пологими задернованны­ми склонами.

Понятно, что настоящую опасность при строительном и ином хозяйственном освоении территории представляют действующие или растущие овраги. Признаками растущих оврагов являются крутые обнаженные склоны, резко выраженные бровки, V-образный попе­речный профиль, боковые отвершки и т. д.

Мероприятия по борьбе с оврагообразованием носят комплекс­ный характер и делятся на профилактические и активные (инженер­ные).

Профилактические мероприятия направлены на предотвращение развития процессов оврагообразования. Запрещается вырубка леса, про­дольная распашка склонов, неумеренный выпас скота, производство земляных работ на склонах и т. д.

К инженерным мероприятиям относится устройство простей­ших гидротехнических сооружений для перехвата и отвода повер­хностного стока воды: нагорных канав, водозадерживающих ва­лов, распылителей стока, водосборных железобетонных лотков и т. д. По дну оврагов возводится система запруд для гашения энер­гии размывающего потока. Участки активного размыва засыпа­ются грунтом и укрепляются с помощью каменной наброски, бе­тонных плит и т. п. с последующим мощением камнем.

Введение

Речные берега подвергаются эрозии (подмыву и обрушению). Водные потоки устремляются в направлении руслового откоса, отталкиваются от него с наносами и подмывают берега снизу. Подмытые, нависшие глыбы грунта не удерживаются силами сцепления и обваливаются в русло. Наиболее интенсивно разрушаются берега в половодье или паводок, когда весь русловой откос затоплен и насыщен водой.

Степень русловой эрозии зависит от геоморфологии берега, его защищенности растительностью и угла подхода водного потока к размываемому берегу.

Подмыв и обрушение берегов причиняют существенный ущерб плодородным пойменным землям, а также дорогам, водозаборам, населенным пунктам, навигационным и другим приречным сооружениям. Кроме того, в половодье происходит размыв в прирусловой пойме на участках, примыкающих к вогнутым подмываемым берегам.

Водная эрозия вызывает смыв плодородного слоя почвы, рост оврагов и резкое снижение урожайности с/х культур на этих площадях. Обычно разрушение почвы начинается при наличии уклона более 1-2 0 .Особенно сильно подвержены эрозионным процессам пойменные земли, на которых ведется нерациональная хозяйственная деятельность. Продольная распашка склонов речной долины, вырубка прирусловой растительности, выпас домашнего скота в водоохраной зоне приводят к интенсивному эродированию как пойменных земель, так и речных берегов.

В связи с этим для задержания поверхностного стока воды приходится пользоваться гидротехническими приемами борьбы с эрозией. Одним из действенных мероприятий по борьбе с эрозионными процессами является строительство противоэрозионных прудов.

Для этого строится плотина из грунтовых материалов. При проектировании плотины учитываются инженерно-геологические, топографические, гидрологические, биологические и другие условия природной среды, а также технические характеристики системы, включая сведения о расходах воды.

Конструкции и габариты сооружений должны обеспечивать благоприятный гидравлический режим потока при пропуске нормальных и максимальных расчетных расходов воды, требуемую маневренность в изменении уровней и расходов.

Необходимо также предусмотреть инженерную защиту или перенос жилых и производственных объектов, исторических и архитектурных памятников.

В процессе проектирования рассматривается возможность совмещения функций, выполняемых отдельными сооружениями, их водомерность, возведение и ввода их в эксплуатацию очередями, унификации отдельных элементов, узлов и сооружений в целом.

Обоснование выбора створа и типа грунтовой плотины

Створ плотины, как правило, располагают в наиболее узкой части водотока, обычно нормально к горизонталям, что обеспечивает минимальный объем работ. Топографические условия определяют длину и высоту плотины. Створ плотины целесообразно выбирать одновременно с трассировкой водосбросного тракта. При выборе створа учитывают и способ пропуска строительных расходов, наличие и возможность устройства дорожной сети, прокладку линий электропередачи.

В процессе изысканий намечают несколько створов. Створ будущей плотины из них выбирают с учетом перечисленных факторов и на основе результатов технико – экономического сравнения вариантов.

Для принятого створа делают продольный профиль с фиксацией отметок поверхности земли на пикетах и промежуточных точках. В створе выполняют шурфование или бурение скважин для освещения инженерно – геологического строения основания плотины.

При проектировании плотин учитывают и форму речных долин, в которых наблюдаются два характерных участка: русловой, где протекает вода в меженное время и пойменный, затапливаемый в паводок.

В водохранилищах, создаваемых с помощью грунтовых плотин, различают три уровня поверхности воды: форсированный подпорный (ФПУ), нормальный подпорный (НПУ) и мертвого объема (УМО). Отметки этих уровней устанавливают с помощью водохозяйственных расчетов.

Конструирование поперечного профиля плотины

2.1 Определение ширины гребня плотины

Один из основных вопросов проектирования плотины из грунтовых материалов - определение устойчивого и экономически выгодного ее профиля. Размеры поперечного профиля зависят от типа плотины, ее высоты, характеристик грунта тела плотины и ее основания, а также условий строительства и эксплуатации.

Гребень плотины конструируют из условий производства работ и эксплуатации плотины. Прежде всего, необходимо обеспечить проезд транспорта. По­этому ширину гребня принимают в зависимости от категории дороги, но не менее 4,5 м. Для данной работы принимаем: категория дороги – IV; ширина проезжей части (А) 6,0 м; ширина обочин (Б) 2,0 м; ширина земляного полотна 10 м.

В поперечном направлении дороге придают двусторонний уклон, принимая его равным при асфальтобетонном покрытии 1,5%, при булыжном или грунтовом покрытии - 3%. Обочинам обычно придают несколько больший уклон. В пределах обочин в соответствии с ГОСТ 23457- 79 устраивают ограждения в виде надолб, низких стенок или парапетов.

Если гребень плотины делают из глинистых грунтов, то во избежание его пучения при морозах предусматривают защитный слой из песчаного или гравийного грунта (щебня). Толщину защитного слоя, включая толщину покрытия дороги, следует назначать не менее глубины сезонного промерзания в данном районе.

Отметку гребня определяют по методике из условия недопущения перелива воды через гребень плотины.

Откосы плотины должны быть устойчивыми во время ее строительства и эксплуатации при воздействии статических и динамических нагрузок, фильтрации, капиллярного давления, волн и др. Коэффициенты заложения откосов предварительно назначают по рекомендациям, а также опыту строительства и эксплуатации плотин-аналогов; затем их устойчивость проверяют специальным расчетом.

При высоте насыпных плотин от 10 до 15 м коэффициент заложения верхового откоса принимают равным 3,0, а низового - 2,5. Если на верховом откосе плотины устроен экран из материала, имеющего более низкие значения угла внутреннего трения и коэффициента сцепления, чем грунт основного тела плотины, заложение верхового откоса следует назначать с учетом не только обрушения откоса в целом, но и сдвига экрана по поверхности откоса, а также сдвига защитного слоя по поверхности экрана..

На высоких откосах при необходимости примерно через 10 м устраивают бермы, размеры которых определяются условиями производства работ, эксплуатационного проезда, сбора и отвода ливневых вод на низовом откосе. На верховом откосе берму можно располагать в конце крепления для создания необходимого упора. Ширину берм земляных плотин назначают в пределах 1 ... 3 м, а для плотин из каменных материалов - не менее 3 м. При необходимости проезда по берме ее ширину определяют по нормам проектирования дорог. Во всех случаях устройство берм не должно приводить к общему уположению откоса по сравнению с расчетным.

Проектирование фундаментов при строительстве на мерзлых грунтах следует выпол­нять согласно СНиП 2.02.04-88 на основе результатов специальных инженерно-геокриологических изысканий с учетом конструктивных и технологических особенностей проектируемых сооружений.

4.11. Гравитационные процессы на склонах и в котлованах.

Проявляются, когда в массиве грунта склона или в слоистой толще нарушаются силы сцеп­ления между частицами, т. е. прочность породы. Обычно это бывает при увлажнении пород в период или после обильного выпадения осадков. Движущаяся сила здесь гравитационная и движение оторвавшейся массы грунта идет до базиса (уровня) эрозии (до основания склона).

Различают осыпи, обвалы и оползни.

Для лессовых пород характерна анизотропность фильтрационных свойств. По верти­кали она в 5-10 раз превышает величину водопроницаемости по горизонтали. Естествен­ная влажность лессовых пород - 10-14%.

Тонкая фракция лессовых пород представлена гидрослюдами, кварцем, кальцитом, монтмориллонитом. Остальные глинистые минералы имеют второстепенное значение.

Основным отличительным свойством многих лессовых пород является их способ­ность давать просадку при замачивании.

Грунт просадочный - грунт, который под действием внешней нагрузки и собственно­го веса (I тип просадочности) или только от собственного веса (П тип просадочности) при замачивании водой или другой жидкостью претерпевает вертикальную деформацию (про­садку) и имеет относительную деформацию  s 1 > 0,01. Наибольшая просадочность приуро­чена к горизонтам, залегающим непосредственно под современными и погребеными поч­вами. Просадочность возрастает в зоне сезонного промерзания и оттаивания грунтов и уменьшается к основанию толщи лессовых пород.

Проблема генезиса лессов до сих пор еще окончательно не решена. «Очевидно лессо­вые породы, подобно песчаным и глинистым породам, могут быть различного генезиса, они полигенетичны» (Е. М. Сергеев).

Существует ряд гипотез и теорий происхождения лессовых пород. Наиболее извест­ные - эоловая, пролювиальная, аллювиальная и др. В геологической истории формирова­ния лессовых пород различают два основных этапа:

1. 
   Накопление осадков.
2. 
   Преобразование их при литификации в лессовые породы .

При проектировании и строительстве зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах согласно СНиП должны предусматриваться меры по устранению опасного влия­ния возможных просадок на их устойчивость, а также наружный мониторинг за состояни­ем проектного положения объектов.

5. Инженерно-геологические изыскания.

5.1. Цели и задачи изысканий.

Проводятся:

• 
  Для обеспечения проектирования различных видов строительства инженерно-геологической характеристикой строительных площадок.
• 
  При разведке и эксплуатации месторождений строительных материалов.
• 
  Для обеспечения данными об инженерно-геологических условиях при реконструкции и других видах строительных работ на застроенных территориях.

• 
  Изучение геоморфологических, геологических, гидрогеологических условий и совре­менных геологических процессов.
• 
  Определение прочностных и деформационных свойств грунтов для расчетов рацио­нальных типов фундаментов и конструкций.
• 
  Определение распространения условий залегания, генезиса, возраста, мощности, ин­женерно-геологических свойств пород в массиве и свойств, приуроченных к ним под­земных вод, а также все виды современных геологических и инженерно-геологических процессов и явлений.

• 
  Инженерно-геологическое заключение с оценкой геологических условий строительст­ва.
• 
  Карты, разрезы, таблицы результатов лабораторных и полевых исследований грунтов - графики, схемы, таблицы, фотографии.

Промышленное и гражданское строительство (ПГС).

Автомобильные и железные дороги.

Градостроительство ведется во всех природных зонах в разнообразных и, нередко, сложных инженерно-геологических условиях. Недоучет одного из этих факторов ведет к сокращению сроков эксплуатации объектов и удорожанию стоимости при их реконструк­ции или восстановлении, к повышенному загрязнению геологической среды.

Особенности инженерной геологии и геоэкологии городов включают:

Многоотраслевое строительство гражданское, промышленное, гидротехническое, горное, коммунальное, транспортное, наземное, заглубленное, подземное, т. е. разные виды воздействия на геологическую среду.

Большое разнообразие типов сооружений по весу, размеру, конфигурации, конструк­циям, режиму эксплуатации, нагрузкам (статическим, динамическим, переменного режима).

Большие площади городских территорий, где ведется новое строительство, подверга­ются полному сносу старых сооружений или реконструируются существующие объек­ты (подводят новый фундамент, надстраивают этажи, меняют внутреннюю планиров­ку, тип кровли и др.). При этом породы оснований испытывают не только нарастание нагрузок, но иногда и ряд циклов нагрузки и разгрузки. В результате происходит уп­лотнение грунта в зоне влияния сооружения, изменяются некоторые физико-механические свойства грунтов.

В существующих городах подвергнуты техногенному изменению атмосфера, гидро­сфера, рельеф, растительный и почвенный покров (насыпи, подрезки, планировки и др.); и чем древнее город, тем эти процессы значительнее. Под влиянием динамиче­ских воздействий от движущегося транспорта под проезжей частью дорог происходит уплотнение грунтов до глубины 1,5-2,0 метра. При утечке воды из инженерных сетей формируются техногенные водоносные горизонты.

Во многих городах (Санкт-Петербург, Киев, Омск и др.) строительство ведется на намывных грунтах.

При расширении городских территорий в черте города оказываются старые свалки, кладбища, отработанные и еще действующие карьеры, сельскохозяйственные угодил, что осложняет геоэкологическую обстановку городской территории.

Основной градостроительный документ - генеральный план города, на основании ко­торого разрабатывают детальные планы застройки и планировки отдельных жилых ком­плексов, промышленных узлов, транспортных и инженерных коммуникаций. В генеральном плане должны учитываться особенности геологического строения территории, гидрогеологи­ческие условия, инженерно-геологическое и геоэкологическое районирование с учетом видов и особенностей техногенной нагрузки на геологическую среду.

6. Приложения.

6.1. Литература.

1. 
   Ананьев В. П., Потапов А. Д. Инженерная геология – М.: Высшая
   школа, 2000
2. 
   Гольдшейн М. Н. Механические свойства грунтов. - М.: Стройиздат, 1979
3. 
   Геологический справочник. В 2-х т. - М., 1973.
4. 
   ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. - М., 1995
5. 
   Дружинин М. К. Основы инженерной геологии. - М.: Недра. 1978.
6. 
   Иванов М.Ф. Общая геология. - М.: Высшая школа. 1974.
7. 
   Ломтадзе В. Д. Инженерная геология, инженерная геодинамика - Л., 1977.
8. 
   Маслов Н. Н. Основы инженерной геологам и механики грунтов. -
   М.: Высшая школа, 1982.
9. 
   Маслин Н. Н., Котов М. Ф. Инженерная геология. - М.: Стройиздат, 1971.
10. 
    Пешковский Л. М., Перескокова Т. М. Инженерная геология. - М.: Высшая школа, 1982.
11. 
    Сергеев И. М. Инженерная геология - М.: Изд-во МГУ, 1979.
12. 
    СНнП II - 02 - 96. Инженерные изыскания для строительства. Ос­новные положения. - М., 1996.
13. 
    Справочник по инженерной геологии. - М.: Недра, 1968.
14. 
    Справочник по инженерным изысканиям для строительства М., 1963.
15. 
    Чернышев С. Н., Чумаченко А. Н., Ревелнс И. Л. Задачи и упражне­ния по инженерной геологии. - М.: Высшая школа, 2001.
16. 
    Швенов Г. И. Инженерная геология - М: Высшая школа, 1997.
17. 
    Горбунова Т. А., Камаев С. Г. Элементы грунтоведения и геодинамические процессы. Учебное пособие. – Барнаул: Из-во АлтГТУ, 2004.

1. 
   Охарактеризуйте взаимное влияние инженерных сооружений и геологической среды.
2. 
   Назовите основные разделы инженерной геологии.
3. 
   Дайте краткую характеристику геосфер.
4. 
   Для каких целей определяется возраст горных пород, какие существуют методы.
5. 
   Что называют минералами и горными породами.
6. 
   Как разделяют горные породы по генезису.
7. 
   Образование и формы залегания магматических пород, их трещиноватость и строительные свойства.
8. 
   Образование и условия залегания осадочных пород, их классификация, приминение в строительстве .
9. 
   Метаморфические породы. Основные факторы метаморфизации, приминение в строительстве.
10. 
    Основы грунтоведения.
11. 
    Процессы внутренней динамики Земли. Виды тектонических движений.
12. 
    Виды дислокаций, их влияние на инженерно-геологические условия при строительстве.
13. 
    Сейсмические явления, Виды сейсмических волн и характер землетрясений.
14. 
    Литосферные плиты верхней оболочки Земли и виды их контактов.
15. 
    Что изучает гидрогеология.
16. 
    Виды воды в горных породах.
17. 
    Классификация подземных вод.
18. 
    Что характеризует карта гидроизогипс.
19. 
    Виды водозаборов. Закон Дарси.
20. 
    Назовите процессы внешней динамики Земли и их влияние на геологическую среду.
21. 
    Процессы выветривания и продукты выветривания. Элювий.
22. 
    Геологическая деятельность ветра: дефляция, коррация, транспортирование и аккумуляция.
23. 
    Плоскостная и глубинная эрозия. Оврагообразование. Элементы оврага.
24. 
    Геологическая деятельность реки. Элементы долины, виды террас, инженерно-геологические особенности при строительстве.
25. 
    Охарактеризуйте опасные геологические процессы, такие как:

• 
  Суффозия;
• 
  Карст;
• 
  Плывуны;

1. 
   Геологическая деятельность озёр и болот, особенности строительства в этих условиях.
2. 
   Виды ледников. Особенности строительства на моренных отложениях.
3. 
   Селевые потоки. Районы прояления и меры сохранения склонов.
4. 
   Виды мерзлоты. Условия залегания, гидрогеология и особенности строительства.
5. 
   Гравитационны процессы на склонах и котлованах: осыпи, обвалы, оползни. Зарождение, механизм движения, классификация, меры борьбы.
6. 
   Инженерно-геологические особенности лессовых пород.
7. 
   Цели и задачи инженерно-геологических изысканий.
8. 
   Изыскания по видам строительства.
9. 
   В чём заключаются инженерно-геологические и геоэкологические проблемы городов.

6.3. Геохронологическая таблица.