1. Vlastnosti geologických procesů v inženýrské geologii.
2. Pojem inženýrsko-geologické procesy.
3. Faktory určující vývoj geologických a inženýrskogeologických procesů.
4. Klasifikace procesů v inženýrské geologii.
Klíčová slova: Geodynamika, procesy, jevy, lidská činnost, průzkum, obrazy, deformace, zhutňování, sesuvy, závaly, sesuvy, suťoviny, poruchy, krasové dutiny, kurumy.
Doporučené materiály
KM-3. IDZ-1. Programování mikrokontrolérů MCS-51 v jazyce Assembly. Programování (kód). Test
Inženýrská geodynamika studuje všechny moderní geologické procesy, které jsou důležité při posuzování jednotlivých regionů pro účely národohospodářského rozvoje a při výstavbě a vytváření velkých inženýrských staveb (hydraulické, průmyslové objekty, doly, lomy, podzemní zásobníky ropy atd.), stejně jako starověké geologické procesy.
Tyto procesy mají určitý vliv na geologickou stavbu území. Informace o geologických procesech jsou nezbytné k tomu, aby bylo možné předem předvídat jejich možné projevy v důsledku změn, ke kterým dochází v přírodě pod vlivem přírodních příčin a rozmanitých lidských činností. Ne vždy při rozhodování o konstrukci geologických poměrů a zejména charakteru vývoje geologických procesů na území. Zvláštní vliv si přitom zaslouží geologické procesy katastrofického charakteru, které vznikají neočekávaně, rychle se rozvíjejí a způsobují výrazné poruchy. Například moderní tektonické pohyby zemské kůry mohou svou různou intenzitou zkrátit dobu stability čerstvě obnažených hornin ve svazích lomů a v železničních výkopech.
Tato okolnost zavazuje geotechnické průzkumy ke studiu všech geologických procesů probíhajících ve zkoumaném území. Ideálním případem je, když budovaná inženýrská stavba zapadne do přírodního prostředí tak, že v něm nenaruší stávající rovnováhu. Tyto případy jsou vzácné. Stavba budovy, kanálu, lomu, tunelu a dalších staveb nebo ekonomický stav území (zavlažování nových pozemků, výstavba kanálů atd.) vedou ke vzniku dříve nepřítomných geologických procesů. v této oblasti. Procesy, které vznikly v důsledku lidské činnosti, se nazývají inženýrsko-geologické procesy. Soubor geologických a inženýrskogeologických procesů a doprovodných jevů charakterizuje geodynamickou situaci.
Dynamická geologie studuje geologické procesy probíhající v přírodě nezávisle na člověku a primárně řeší problémy univerzálních lidských řešení. Inženýrská geologie studuje geologické procesy v souvislosti s lidskou činností, změny přírodních podmínek pod vlivem této činnosti s cílem dávat doporučení, jak předcházet vzniku pro člověka nežádoucích geologických procesů a měnit průběh stávajících geologických procesů v nezbytně nutné směr.
Na počátku století se lidská výrobní činnost stala největší geologickou silou a může vést ke vzniku geologických procesů různého typu. Zároveň je důležité, aby nově vznikající inženýrsko-geologické procesy nenarušovaly racionální využívání geologického prostředí. Tyto jevy mohou být různé. Inženýrsko-geologické procesy, stejně jako geologické, se mohou stát nebezpečnými a ohrožovat bezpečnost staveb, pokud nebyly zohledněny při rozvíjení představ o geodynamické situaci, nebo pokud jejich prognóza dostala směr a to se promítlo do návrhu staveb a vývoj opatření souvisejících s jejich dopadem. Inženýrskogeologické procesy jsou totožné s přírodními geologickými procesy. Například procesy zpracování břehů nádrží jsou podobné abrazi podél břehů moří a jezer.
Výsadbové jevy ve spraších způsobené úniky vody z vodovodů a kanalizací a při její filtraci z kanálů lze přirovnat k výsadbě masivů. Když jsou namočené v přírodním prostředí, dochází k vytvoření „usazování“ zemského povrchu. Zhutnění hornin na bázi struktur simuluje proces zhutňování hornin v zóně katageneze pod vlivem hmotnosti pozdějších sedimentů a pod tlakem kontinentálních ledovců lze přičíst 1 g. Procesy jako deformace hornin na základně konstrukcí. Dobře srovnatelné jsou pohyby hornin nebo podzemní práce a poruchy nad krasovými dutinami. Inženýrskogeologické procesy jsou zpravidla omezeny na staveniště nebo pokrývají území v jeho bezprostřední blízkosti. Jsou způsobeny výraznými změnami přírodního prostředí a samy jej ovlivňují a zejména stav a vlastnosti hornin. Horniny budou mít vždy rozhodující vliv na vývoj a projevy geologických procesů. Lidská činnost závisí také na tom, na jakou skálu narazí. ŽE. Podle povahy a intenzity svahů a procesů existují 4 kategorie hornin, které lze výrazně charakterizovat. U plemen patřících do I. kategorie, tzv. velmi silné a extrémně silné, svahové procesy se vyvíjejí slabě.
Těžbou dochází k narušení primárního napěťového stavu a rovnovážných podmínek hornin v masivu. K tomu dochází v důsledku redistribuce stresu, což vede k tomu, že se na některých místech objeví oblasti koncentrace stresu a na jiných zeslábnou. V podmínkách horninových masivů, které jsou z hlediska strukturních a mechanických vlastností heterogenní, se obraz redistribuce napětí zdá být mnohem složitější.
V nové situaci napětí způsobeného výkopy se horniny deformují tím intenzivněji, čím nižší jsou jejich pevnostní ukazatele. Pokud jsou v blízkosti důlních děl (v jejich střechách) horniny vysoké pevnosti, unesou váhu nadložních hornin, a tím akumulují velké zásoby potenciální energie deformace horniny.
Důlní a geologické jevy při podzemních pracích. Deformace v důsledku narušení přirozeného namáhaného stavu masivu při těžbě se mohou objevit bezprostředně po ražbě nebo po určité době nutné pro vytvoření značného rozpětí dolu, vznik nevratných deformací (fenomeny dotvarování a relaxace) těžby. hornin a změny stavu a vlastností samotných hornin horniny v důsledku změn mechanických podmínek deformace, ke kterým dochází v průběhu těžby, dále hydrogeologické situace, stupně zvětrávání hornin atd.
Většina důlních a geologických jevů při podzemních pracích je výsledkem působení horninových tlakových sil. Podřadnou roli hrají důlní a geologické jevy, které vznikají v důsledku vlivu filtračních tlakových sil. Do první skupiny patří pohyby hornin, zvedání skály, mačkání, otřesy a náhlé výrony uhlí a plynu a některé další jevy. Druhou skupinu důlních a geologických jevů tvoří jevy průtrže filtrace, průrazu podzemních vod a tekutých písků, sufuzní eroze hornin a některé další.
Rockový pohyb je složitý a vícestupňový proces deformace horninových vrstev poddolovaných důlními pracemi. Počínaje výkopem se rozvíjejí v celém nadloží a mohou se dostat až na povrch, což způsobuje hladké, sotva znatelné ohyby nebo výrazné, často ostré a nerovnoměrné deformace, doprovázené tvorbou trhlin a závalů. Oblast masivu, která se začala pohybovat, tvoří zónu přemístění. Prohlubeň vytvořená na povrchu Země se nazývá posunovací žlab. Úhly sklonu čar vymezujících zónu posunutí od nedotčeného masivu se nazývají úhly posunutí. Velmi důležitými prvky posunu jsou největší poklesy ηо, velikost největšího horizontálního posunutí ξmax a největší sklon žlabu ηmax.
Zvedání kamenů pozorováno na ložiskách hnědého uhlí, černého uhlí a antracitu. Následkem zdvižení se zmenší průřez dolu, poškodí se podpěra a minové cesty. Někdy je důlní otvor zcela zaplněn vzdouvajícím se kamenem.
Nadzvedávání se typicky projevuje v plastických jílovitých horninách, které mají malou soudržnost a vnitřní tření. Ale ve významných hloubkách těžby (až 1000 m nebo více) je někdy zaznamenána pohyblivost půdních hornin, které se vyznačují značnou pevností a patří do skupiny polotvrdých a dokonce tvrdých hornin (jílovité břidlice, husté a silné blatníky a prachovce). Boj proti nim se provádí hlavně s použitím silných, tuhých a uzavřených podpěr, jakož i výběrem takových technologických schémat a metod práce, které zajišťují maximální snížení tlaku horniny, rychlou výstavbu a upevnění důlních děl.
Mačkání kamenů a uhelných slojí. Tyto jevy jsou pozorovány v případech, kdy střecha útvaru obsahuje skály, které umožňují vychýlení bez viditelné diskontinuity, nebo skály, které sestupují ve velkých blocích. Mačkání začíná slabými vrstvami uhlí nebo horniny. Silné horninové vrstvy a inkluze, například v uhelné sloji, prudce snižují stlačitelnost. Slabé druhy střešní krytiny také snižují ždímatelnost. Je zřejmé, že všechny faktory, které zvyšují tlak horniny na líc, přispějí k ždímání. Z hornicko-geologických faktorů má největší vliv na těžbu uhlí: těžební systém a délka porubů, vzájemná poloha porubů a rychlost jejich postupu a způsob správy střech. Vlivem těchto faktorů mnohé doly dosáhly výrazného zvýšení produkce práce při těžbě uhlí.
Výbuchy kamení a náhlé výrony uhlí a plynu představují vážné nebezpečí při těžebních operacích. Ničení hornin a uhlí při těchto jevech má charakter náhlé exploze, doprovázené silným rachotem, otřesem a vzdušným šokem. V důsledku toho je poškozena nebo zcela zničena podpěra důlních děl, důlní díla jsou zasypána vyřazenou horninou a uhlím a horniny střechy, oslabené nárazem, ztrácejí stabilitu a často se hroutí a blokují důlní díla. Horninu obvykle předchází zvýšený tlak horniny na pilíře a podepření děl, vyboulení zeminy, vytlačení pilířů a některé projevy tlaku horniny.
K roztržení hornin dochází, když hostitelské horniny mají vysokou pevnost a tuhost a jejich schopnost akumulovat pružnou deformační energii. Jsou pozorovány v oblastech maximální koncentrace napětí a v okamžiku jejich okamžité redistribuce, kdy je narušena kontinuita vysokopevnostních střešních hornin, obvykle v nejvíce uvolněných zónách.
Intenzivní dislokace hornin těmto jevům vždy nahrává. Náhlé nárazy velké síly jsou pozorovány v potašových dolech a při těžbě opuštěných pilířů v uhelných dolech.
Náhlé emise uhlí a plynu (metan, oxid uhličitý) jsou omezeny na spodní části uhelné sloje. Ve většině případů začínají v hloubce 250 m, byly však zaznamenány případy i v mělčích hloubkách.
Uhelná sloj vystavená náhlým průtržím má sypké složení, bez štěpného štěpení a je uzavřena v odolných horninách (pískovce, silné jílovité a písčito-jílovité břidlice).
Důlní a geologické jevy v povrchové těžbě. Svahy vzniklé při povrchové těžbě podléhají různým typům deformací. Mnohé z nich, zejména sesuvy, značně komplikují těžební provoz, zvyšují náklady a ztráty nerostných surovin. Problematika stability svahů nabývá na významu v souvislosti s dalším rozvojem povrchové těžby v nových pánvích a ložiskách a také s prohlubováním stávajících lomů. Zvláště akutní jsou otázky stability stěn uhelných dolů, protože masivy uhelných ložisek jsou zpravidla složeny z méně stabilních hornin než masivy rudných ložisek.
V lomech jsou svahy dočasných (pracovních), nepracovních a výsypných lavic, stejně jako svahy kapitálových a zářezů.
V přírodě neexistují absolutně stabilní svahy, všechny jsou do té či oné míry zdeformované. Proto lze hovořit pouze o relativní stabilitě svahů. Svahy jsou považovány za relativně stabilní, pokud je jejich deformace malá a nevyžaduje žádnou značnou práci k vyčištění přemístěných hmot. V tomto případě se rozlišují svahy krátkodobé a dlouhodobé stability. Sklony pracovních stran jsou klasifikovány jako krátkodobě stabilní; jejich relativní stabilita zajišťuje normální průběh obličeje a frontální práce obecně. Svahy neprovozních říms a kapitálových příkopů musí splňovat podmínky dlouhodobé stability. Jejich relativní stabilita musí být zachována po celou dobu životnosti lomu.
Sesuvy jsou charakterizovány obrovskými objemy hornin, které se účastní tohoto typu deformace. Sesuvy půdy lze rozlišit:
1) malý, kdy se objem sesuvných hmot měří ve stovkách a tisících metrů krychlových;
2) střední, kdy objem sesuvných hmot je desítky tisíc metrů krychlových;
3) velké, kdy objem sesouvaných hmot je stovky tisíc metrů krychlových;
4) velmi velký, když se objem sesouvaných hmot měří v milionech metrů krychlových.
Hlavním rozlišovacím znakem sesuvů je sesuv sesuvných hmot po svahu po určité ploše, nazývané sesuvná plocha.
Kolapsy a sesuvy půdy se vyznačují rychlými posuny a pády velkých bloků a svazků hornin odtržených od říms a stěn lomu. Při pádu se bloky a kusy skály převracejí a drtí na menší kusy a balíčky. Kolapsy často začínají uklouznutím po zeslabujících plochách svahů řezaných lomů.
Scree se vyskytují ve formě přemístění a pádu malých úlomků a zrn hornin oddělených v důsledku zvětrávání a praskání. Odlupování hornin způsobené nebo zesílené vibracemi (například vrtáním a trháním) se nazývá odlupování.
Slivers. V podmínkách zavlažování lomů, na jejichž stěnách se vyvíjejí filtračně nestabilní horniny, jsou pozorovány jevy odlupování, sufúze, filtrační průtrž a některé další typy filtrační destrukce hornin. Charakteristické jsou zejména pro období otvírky a počáteční fáze vývoje ložiska, kdy se ještě plně neprojevil drenážní efekt obnažených ploch lomu a zařízení snižujících vodu. Svažování hornin je jedním z nejčastějších a nejdůležitějších typů filtrační destrukce svahů nezpevněných a podmáčených lomových hornin. Klouzání závisí na granulometrickém složení hornin. Polykací jazyky mohou dosáhnout 5 m.
