ПРОЦЕСС ВЫВЕТРИВАНИЯ

Поверхность земной коры находится под постоянным воздействием различных процессов как созидательного, так и разрушительного характера. Разрушаются горные породы, искусственно созданные строительные материалы, изделия, конструкции и сооружения. Таким образом, на поверхности Земли непрерывно происходит механическая дезинтеграция и химическое разложение всех минеральных и неминеральных образований. Этот сложный, постоянно действующий разрушительный процесс получил название «выветривание».

Факторами процесса выветривания являются инсоляция, колебания температуры, приводящие к замерзанию и оттаиванию поверхностных и подземных вод, воздействие кислот и щелочей, разрушающее влияние корней растений и т. д. Интенсивность и характер воздействия факторов выветривания связаны с их «мощью», составом минеральных веществ, геологическим строением местности, наличием воды и т. д. Характер выветривания в большой степени зависит от климата. Например, в аридных районах выветривание зависит в основном от температурных изменений в диапазоне положительных температур. В полярных и высокогорных областях главной разрушающей силой является попеременное промерзание и оттаивание. В умеренных и особенно в тропических районах с теплым и влажным климатом основным фактором является глубокое химическое разложение минеральных тел.

Наличие и интенсивность действия факторов выветривания во многом обусловили появление такого понятия, как «дорожно-климатические зоны», которое нашло отражение в одном из важнейших документов — СНиП 2.05.02—85 «Автомобильные дороги».

Наиболее сильно выветривание проявляется у поверхности земной коры и до глубины, куда имеют доступ факторы выветривания. Проникновению в глубину факторов выветривания способствуют пористость и трещиноватость горных пород. Считают, что область современного выветривания достигает глубины 5—10 м. Проникновению в землю факторов выветривания способствует также техногенная деятельность человека (проходка шахт, тоннелей, дорожных выемок, глубоких строительных котлованов, карьеров строительных материалов и т. д.)

В результате воздействия процесса выветривания у поверхности земли образуется кора выветривания. В ее состав входят видоизмененные горные породы, продукты их разрушения и вновь образованные минеральные вещества. Вся масса продуктов выветривания, оставшаяся на месте своего образования, носит название «элювий». Под корой выветривания залегает коренная порода, т. е. порода, на которой образовалась кора выветривания (рис. 54).

Следует отметить, что в процессе многолетней эксплуатации незащищенные от выветривания строительные изделия (кирпич, бетон, асфальт и т. д.) также приобретают свою кору выветривания. На их поверхности образуются микрослои, состоящие из продуктов их выветривания.

Виды выветривания. Выделяют три вида выветривания — физическое, химическое и биологическое. В основу выделения каждого вида положен какой-либо один фактор выветривания, который является определяющим. Несмотря на это, все три вида выветривания всегда действуют совместно и одновременно.

+ + + + + + + + +'+ + 4

+ + + + + + + + + + +

а

б

Рис. 54. Строение коры выветривания горных пород (а) и выветрелые толши

горных пород (б):

  • 1 — кора выветривания (элювий); 2 — коренная порода
  • 1. Физическое выветривание выражается преимущественно в механическом дроблении минеральных тел (горных пород, строительных материалов и т. д.) без существенного изменения их минерального состава. Большую роль в этом «дробящем» разрушении играют колебания температуры. Так, например, в пустынях суточные колеба-

ния температур весьма значительны, в дневное время до + 80 °С, а ночью всего + 20 °С. Это разрушает породы. Разрушение пород и дорожных конструкций усиливается, когда в микротрещины проникает вода. При замерзании вода увеличивается в объеме на 9—11%, развивается большое боковое давление и порода разрушается. Это явление обычно называют морозным выветриванием. Многие породы, особенно глинистые, распадаются на куски при переменном намокании и высушивании. Физическое выветривание преобладает в районах пустынь с холодным климатом (арктические, горные районы и т. п.).

2. Химическое выветривание выражается в разрушении горных пород, строительных материалов и дорожных конструкций вплоть до полного распада, т. е. до уровня анионов и катионов, с одновременным формированием новых минеральных образований. Основными факторами этого выветривания являются вода, кислород, углекислота, органические кислоты и др. С этими факторами связаны сложные химические процессы — растворение, окисление, гидратация, кар-бонатизация, гидролиз.

Интенсивность химического выветривания зависит от площади воздействия воды, ее температуры, длительности процессов. Наиболее подвержены этому выветриванию карбонаты, сульфаты и др. Наибольшую разрушительную силу химическое выветривание имеет в условиях теплого и влажного климата.

3. Биологическое выветривание иногда называют органическим. Оно проявляется в виде механического и химического воздействий живых и растительных организмов на земную поверхность.

Механическое разрушение — результат воздействия корневой системы растений. Корни деревьев способны разрушать даже прочные скальные породы и бетонные плиты. Корни травянистой растительности легко разрушают слои асфальтового дорожного покрытия. Кроме механической силы разрушения корни растений обладают способностью разрушать горные породы и строительные материалы органическими кислотами, которые они выделяют как в период своего роста, так и после отмирания в процессе разложения. Существенно нарушают целостность горных пород различные землерои.

Биологическое выветривание проявляет себя практически повсеместно, особенно в районах с влажным климатом, который способствует росту и развитию растений.

В определенной степени к биологическому виду выветривания следует отнести техногенную деятельность человека, в частности строительство и эксплуатацию автодорог.

Строительство автодорог и аэродромов осуществляют на горных породах, которые, безусловно, подверглись воздействию процесса выветривания. Эти же породы приходится использовать как строительный материал. Во всех этих случаях горные породы следует оценивать по степени их выветрелости и делать выводы, насколько они пригодны для решения строительных задач. Степень выветрелости горных пород, да и строительных материалов, которые послужили в дорожных сооружениях ряд лет, необходимо оценивать коэффициентом выветрелости Кв. Значение коэффициента равно отношению плотности выветрелой породы (материала) к плотности невыветре-лой. При Кв = 1 — порода невыветрелая; при Кв = 1 ...0,9 — слабовы-ветрелая; при Кв = 0,9...0,8 — выветрелая и при Кв < 0,8 — сильно вы-ветрелая (типа «рухляка»).

Борьба с процессом выветривания. Горные породы, строительные материалы, дорожные и аэродромные сооружения под действием процесса выветривания со временем утрачивают хорошие качества и постепенно, но неизбежно разрушаются. Все дело в оценке того, какова скорость процесса разрушения и что ему можно противопоставить. Существует много способов и приемов борьбы с выветриванием, но полностью исключить его воздействие практически не представляется возможным. Однако снижать до минимума разрушительную силу процесса выветривания вполне возможно и необходимо. Это существенно продлевает время нормальной эксплуатации сооружений.

При строительстве и эксплуатации автодорог и аэродромов рекомендуют следующие мероприятия по борьбе с процессом выветривания:

  • 1) использовать в строительстве наиболее качественные по свойствам и по стойкости к выветриванию природные строительные материалы;
  • 2) своевременно осуществлять и поддерживать в хорошем состоянии планировку поверхности земли и систему отвода поверхностных вод в полосе автодорог и на территориях аэродромов;
  • 3) при необходимости в борьбе с подземными водами строить дренажные сооружения;
  • 4) в выемках скальных пород цементировать трещины;
  • 5) проводить посадку деревьев и посев трав на откосах земляного полотна.

Одним из важных условий в борьбе с процессом выветривания является высокое качество строительных работ и постоянный контроль состояния сооружений.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >