Что такое оседание грунта?
Оседание - это движение земной поверхности вниз по отношению к такому объекту, как уровень моря. Другими словами, это можно описать как сдвиг земной поверхности вниз. Просадка грунта - это явление, которое затрагивает местных жителей, геологов, владельцев бизнеса, геодезистов и инженеров-геотехников.
Оседание грунта вызвано как природными явлениями, так и антропогенными условиями. Процессы, связанные с деятельностью человека, которые могут привести к оседанию грунта, включают добычу полезных ископаемых, удаление природного газа и чрезмерное использование грунтовых вод. Естественные процессы, вызывающие оседание грунта, включают землетрясения, перемещение резервуаров грунтовых вод, эрозию и уплотнение почвы, а также многие другие. Последствия оседания можно наблюдать на больших территориях, таких как штат или целая провинция, или это может произойти на небольших участках, таких как уголок вашего огорода.
Растворение известняка
Оседание очень часто встречается в районах, образованных растворимыми породами, такими как гипс и известняк. Эти местности называются карстовыми. Упомянутые породы растворяются, оставляя после себя пустоты. Крыши в этих пустотах со временем ослабевают, разрушаясь. Чтобы заполнить оставленное пространство, камни или земля поверх пустых крыш также будут падать, оставляя неровную поверхность земли из-за смещения. Оседание в результате растворения приводит к образованию провалов.
Добыча полезных ископаемых
Методы добычи полезных ископаемых, которые требуют рытья туннелей в земле для достижения полезных ископаемых (подземная добыча полезных ископаемых), являются причиной оседания грунта. В этих методах добычи используются такие процессы, как гидроразрыв пласта, извлечение столбов, различные виды обрушения и разработка длинных стволов, что приводит к обрушению поверхности сверху. Просадка грунта, вызванная горными работами, может быть предсказана с точки зрения силы и степени повреждения, за исключением случаев, когда обрушивается колонна или обрушивается туннель, расположенный близко к поверхности. В основном это происходит в очень старых шахтах. Степень проявления такого оседания наблюдается только в непосредственной близости от шахт плюс очень небольшая территория вокруг них.
С просадкой грунта из-за добычи полезных ископаемых можно легко бороться, когда все заинтересованные стороны работают сообща. Это может быть достигнуто путем тщательного планирования процесса добычи, принятия превентивных мер по выявлению слабых мест и ремонта шахт после завершения добычи.
Добыча природного газа
Неразработанное месторождение природного газа обладает давлением до 60 МПа (600 бар). Давление падает с годами по мере продолжения добычи полезных ископаемых. Наличие давления газа также означает, что слои почвы над газовыми пустотами хорошо поддерживаются. Давление на полях снижается из-за извлечения, а это означает, что давление, вызванное переносом чрезмерных поверхностей почвы, становится невыносимым. Если это произойдет, то проседание неизбежно.
Хорошим примером может служить месторождение Слохтеренгас в Нидерландах. Добыча полезных ископаемых в этом районе началась в конце 1960-х годов. С тех пор из-за снижения давления под поверхностью земли уровень грунтовой поверхности снизился на 30 см. Степень проседания наблюдалась на площади 250 км2.
Землетрясения
Известно, что землетрясения вызывают оседание земной поверхности. Когда происходят землетрясения, образуются трещины, которые отмечают линии, по которым двигалась земная кора. Эти трещины называются разломами. Оседание в результате землетрясений может быть вызвано нисходящим вертикальным движением одной стороны разлома. В зависимости от протяженности разлома оседание может затронуть очень большие площади поверхности. Оседание также может произойти из-за последствий сотрясения грунта. Встряхивание приводит к тому, что сыпучие частицы оседают и теряют силу, с которой они удерживали частицы на себе.
Управление геопространственной информации Японии заметило и сообщило об оседании сразу после землетрясения в Тохоку в 2011 году. Оседание на 0,50 м (1,64 фута) было отмечено на севере Японии в районах, близких к побережью Тихого океана. Максимальное оседание, вызванное землетрясением в Тохоку, составило 1,2 м (3,93 фута) в сочетании с деформацией земной коры до 5,3 м (17,3 фута)
Оседание, связанное с грунтовыми водами
Грунтовые воды, которые являются основным источником воды на Земле, хранятся в контейнероподобных конструкциях, которые в целом выглядят как очень большая губка. Поскольку люди продолжают использовать воду из этих резервуаров, использованную часть заменяет дождевая вода. Если вода используется слишком быстро, по сравнению со скоростью замещения дождем, то земля над резервуаром может обрушиться, заполнив пространство, оставленное водой.
Другим способствующим фактором является заселение низменностей и прибрежных равнин, которые нуждаются в дренаже перед заселением. Дренаж почв в результате подвергает компоненты почвы окислению и разложению. Разложившееся органическое вещество становится очень слабым и не способно удерживать какой-либо вес, что приводит к оседанию.
Кроме того, эти осушенные почвы уплотняются из-за силы, вызванной их собственным эффективным напряжением. По мере того как вода вытекает из почвы, все больше частиц почвы уплотняется вместе из-за эффективного стресса.
Этим видом проседания можно управлять, если учитывать такие факторы, как оптимизация урожая. Заселение низменностей, болотистых мест или прибрежных районов также должно регулироваться соответствующими органами власти.
Оседание, вызванное разломом и складками
Складки - это выпуклости в породах, возникающие из-за сил сжатия, в то время как разломы - это трещины, возникающие в породах из-за противоположного напряжения. Геологическое определение разломов - это разрыв или разрыв в объеме земной породы, на котором произошло огромное смещение, вызванное движением горной массы. Когда в ядре земли возникают различные напряжения, это давление либо компенсируется возникновением разломов, либо образованием туннелей, которые обеспечивают движение горячей жидкой мантии.
Существуют различные типы неисправностей, а именно нормальные, обратные и проскальзывающие. Разница заключается в том, что тип разлома будет определять направление сдвига земли. Известно, что нормальные разломы смещают одну сторону породы вверх, в то время как другая сторона опускается вниз. То, что видно на поверхности земли, - это раскол земли над трещинами, которые расколются в двух направлениях.
Разломы и складки развиваются на протяжении тысячелетий, а это означает, что такого рода оседания могут не произойти даже в течение жизни одного поколения.
Изостатическое оседание
Поверхность земли плавает в астеносфере, уравновешивая массу под своей поверхностью и свою собственную плотность с плотностью астеносферы. В случае, если масса добавляется на поверхности земной коры, она оседает в астеносфере до некоторого уровня, чтобы сохранить изостатический баланс. Увеличение массы земной коры вызвано отложением - процессом, при котором на суше образуются горные породы, отложения и почвы.
Противоположность изостатическому оседанию происходит при уменьшении массы земной коры. Этот процесс, называемый изостатическим отскоком, происходит, когда поверхность земной коры восстанавливается до своего нормального состояния изостазии. Этот процесс происходит на протяжении тысячелетий, так что если бы мы увидели его последствия сегодня, это означало бы, что процесс начался более века назад.
Изостатический отскок вызывается такими явлениями, как таяние ледяных покровов или высыхание водных масс.
Озеро Бонневиль - прекрасный пример изостатического отскока. Количество воды, которое когда-то содержал океан, привело к тому, что озеро опустилось почти на 200 футов (61 м) ниже уровня моря. Это естественный балансирующий эффект для поддержания равновесия. Когда вода высохла, поверхность восстановилась, это означает, что середина озера на 200 футов (61 м) выше, чем бывшие берега озера
Сезонные эффекты
Глина встречается почти во всех видах почв в большинстве мест. Известно, что глина - очень противоречивый тип почвы. Из-за небольших размеров частиц на них сильно влияет содержание влаги в почве. Из-за смены сезонов, когда жарко и сухо, вода испаряется из частиц почвы, что приводит к уменьшению объема массы почвы. Затем это приводит к опусканию поверхности почвы. Любые здания, построенные поверх грунта, подвержены сезонному высыханию и разрушению до основания. Наличие сужающихся трещин на зданиях в большинстве случаев является результатом сезонного высыхания.
Растительность и деревья также могут привести к обратному оседанию, процессу, называемому набуханием или пучением почвы.
Как измерить просадку грунта
Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) придумало способ измерения оседания с помощью Глобальной системы позиционирования (GPS). По этой конкретной причине в NOAA есть орган под названием Национальная геодезическая служба, который внедрил высокочувствительные сети GPS, которые отслеживают уровни поверхности в разных местах. Эти сети GPS называются непрерывно работающими опорными станциями (CORS). В некоторых районах CORS отсутствует, и в таких случаях для отслеживания просадки может использоваться технология, работающая со спутником, называемым InSAR (интерферометрический радар с синтетической апертурой). Датчики грунтовых вод также являются точным методом измерения и отслеживания высоты поверхности земли.
