Карстовые процессы – опасные, их тяжело спрогнозировать. Они затрудняют строительство и последующее использование зданий, коммуникаций, иных сооружений, не дают в полной мере использовать земли, имеющие сельскохозяйственное назначение, а также могут причинять значительный ущерб. Обнаружить кастр, как и предотвратить опасные последствия, снизить ущерб помогают инженерно-геологические изыскания.
Что такое карст
Карстом называют процессы, происходящие внутри земли и связанные с водой. О карстовых процессах говорят, когда подземные воды растворяют горные породы, выщелачивают их, вымывают, из-за чего образуются полости, внутренние пустоты. Это приводит к осадке, появлению провалов грунтов, в последствии строения и сооружения деформируются, разрушаются. Также к карстовым процессам относятся подтопления горных выработок, тоннелей.
Как образуется карст
Карстовые процессы чаще происходят на участках, где залегают горные породы, более склонные к растворению в воде. Это гипс, мел, известняк, доломит, каменная соль, мрамор и другие.
Карстовая опасность возникает при сочетании следующих условий:
- ровная или с очень небольшим уклоном поверхность, на которой застаивается вода;
- растворяемые породы имеют довольно большую толщину и покрыты трещинами;
- подземные воды имеют значительный вес или являются агрессивными;
- есть условия для движения вод.
В результате проходящих на тех или иных территориях процессов закарстовывания образуются различные полости и пустоты: провалы, овраги, пещеры, колодцы, воронки, шахты, подземные каналы, карстовые мосты и др.
На территории России несколько так называемых карстовых провинций – все они сосредоточены на Урале. Но почти на половине территории РФ на поверхности и на глубине залегают различные по составу породы, склонные к карстовым процессам.
Условия образования карстов изменяются в зависимости от некоторых факторов:
- изменения рельефа;
- деградация растительного слоя;
- загрязнение подземных и поверхностных вод;
- загрязнение осадков и атмосферы в целом.
Карстующиеся породы обнажаются, изменяется рельеф, на поверхности и под землей появляются очаги, в которых воды агрессивно просачиваются внутрь пород. Особенно заметно это происходит в имеющихся на поверхности и находящихся в горной толще трещинах и пустотах, полостях. Процессы карстования идут неравномерно: чем дальше участок от эрозии, тем скорость процесса ниже.
Особенности карстующихся пород и форм карстов
Гипс, доломит, известняк и каменная соль формируют прослойки в глинистых грунтах, похожие на линзы. Эти прослойки особенно быстро растворяет не обычная чистая вода, а влага с большим содержанием углекислоты.
Те территории, где большое количество гипса и солей в почве, являются опасными. Из-за выщелачивания развивается гипсовый карст, что приводит к появлению воронок в земле. Это существенно влияет не только на рельеф, но и на ландшафт, а также на строительство и иные сферы деятельности.
Помимо воронок образуются эрозионные овраги. Происходит такая просадка, если воронки располагаются линейно. В этом случае при выветривании формируются ниши, а при растворении горных пород они стекают по склону.
Исчезновение озер и поглощение стока рек на поверхности земли – это тоже карстовые процессы. Они происходят в разных регионах независимо от климата и ландшафта. Если на дне озера или реки есть воронка, через неё впитывается вода и уходит в глубину.
Виды карстовых процессов:
- происходящие на поверхности или подземные;
- аккумулятивные или эрозионные;
- заполненные или открытые;
- покрытые или открытые – с покрывающими их нерастворимыми отложениями или без таковых.
Процессы на поверхности земли и в её глубине связаны между собой. На поверхности различные формы карста образуются из-за того, что горные породы выщелачиваются и размываются водами. Карстование идёт там, где в толще земли есть трещины. Они расширяются из-за подземных вод. Так образуются каналы и довольно большие пещеры. Сверху просачивается вода, она движется по трещинам и насыщается растворенным углекислым газом, который содержится в карбонатных горных породах. Из-за этого значительно вырастает способность воды растворять известняк и иные породы.
Суффозия
Закарстованные массивы покрыты нерастворимыми породами, рыхлыми по структуре, которые также бывают поверхностными и подземными. В зависимости от геологического состава и строения, геоморфологии и гидрогеологии рыхлые породы – мергелистые или гипсоносные – не только выщелачиваются, но и выносятся механически. Это суффозия – процесс, очень близкий к карстовому, приводящий к проседанию грунта. При суффозии появляются воронки V-образной формы в водоносном горизонте. В горных породах, которые не растворяются, формируются полости. Из-за увеличения этих пустот их своды становятся неустойчивыми и рушатся. Скорость процессов карстования и суффозии зависит от химического состава имеющихся под землей вод и их температуры.
В чём опасность карстовых процессов
Появившиеся из-за карста или суффозии воронки и провалы имеют разнообразные формы. Они напоминают чашу, конус или цилиндр, бывают сложной конфигурации. При любой форме и происхождении воронки земная поверхность прогибается. То есть от того, как ведут себя подземные или поверхностные воды, зависит провальная опасность. Из-за деформации поверхности земли, из-за нарушения рельефа эта опасность напрямую угрожает строениям.
Провалы приводят к авариям, разрушениям зданий и инженерных сетей, гибели людей. Возникает экономический ущерб, угрозы экологии.
Как оценить карстовую опасность
Для этого нужно учитывать сведения, которые получают при карстологическом мониторинге. Для его проведения исследуют напряжение и деформации толщи грунта на территории, которая считается ослабленной. Также изучается то, как перераспределение напряжения влияет на формирование воронок.
Для исследования карстовой опасности применяется сейсморазведка. Помимо этого, исследуют процессы, из-за которых понижается стойкость связных грунтов, расположенных над карстовой пустотой. Изучают формирование гидрогеологических окон, которые по разным причинам появляются в водоупоре.
Геологи изучают грунты различных типов и их деформации, определяют закономерности этих процессов. Исследуют особенности попадания разных типов грунтов в трещины, разрабатывают модели, помогающие определить размеры воронки, которая может появиться в результате карстовых или суффозионных процессов.
Геологические изыскания для оценки уровня карстовой опасности включают:
- выявление такой опасности из-за природных процессов или техногенных действий;
- геологические, гидрологические, геодезические изыскания при строительстве;
- обследование всех факторов окружающей среды;
- предложения по проведению защитных мероприятий.
Если планируется застройка закарстованного участка, оценка опасности необходима. Нужно понять, какой тип воронки может появиться на этом участке и какие причины вызовут его появление. Строителям необходимо знать, насколько устойчивы грунты, могут ли появиться провалы, какой формы и размера они будут. Это позволит принять решение о возможности строительства и использования зданий на этом участке. При повышенной карстовой опасности от строительства лучше отказаться или разработать проект, учитывающий особенности грунта и характер поверхностных или грунтовых вод.
Особенно важно вести исследования в районах, где большое влияние на рельеф и ландшафт оказывают техногенные процессы: устраиваются водозаборы, ведутся выработки, на землю оказывается вибрационная нагрузка.
Если планируется строительство и следующая за ним эксплуатация строения или сетей, нужно предусмотреть защитные мероприятия для этой территории, которые снизят риски негативных процессов, предотвратят ущерб и возможные жертвы.
В целях инженерной защиты строений производятся противокарстовые мероприятия. Эти меры могут быть планировочными, укрепительными, конструктивными. Необходимо внедрить противофильтрационные методы. Способы борьбы с карстом бывают технологическими и эксплуатационными. Для большинства объектов используют сочетание всех перечисленных мероприятий.
Заключение
Карстовые процессы превращают район, в котором они происходят, в неблагоприятный для ведения строительных работ. Но инженерно-геологические исследования и оценка уровня опасности и устойчивости таких участков, а также внедрение мероприятий противокарствовой защиты позволяют возводить объекты и на таких территориях.
