Суффозия

Суффозия [suffosio — подкапывание] — выщелачивание растворимых (хлоридных, хлоридно-сульфатных, карбонатных) солей почвы, нарушение микроагрегатной структуры грунтов и вмывание в глубину с нисходящими токами воды тончайших частиц г. п., в дальнейшем также выносимых подземными водами.

Это вызывает оседание всей вышележащей толщи с образованием на поверхности замкнутых понижений; либо мелких (микрозападин, блюдец, западин, воронок), либо более крупных (падин). Диаметр первых до 10, редко до 100—500 м при глубине от 10 до 150 см, вторых 0,6—1,5 км при глубине 150—200 см. Суффозионные понижения особенно характерны для лёссов и лёссовидных грунтов. Очень хорошо (лучше, чем в натуре) выделяются на аэрофотоснимках (Геологический словарь: в 2-х томах. — М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978.).

Суффозия — вынос мелких минеральных частиц и растворимых веществ из грунта фильтрующейся в его толще водой, вызывающий иногда оседание вышележащей толщи и нарушение структуры грунта. Различают след. виды суффозии: механическую — вынос преим. мелких минер, частиц; химическую — вымывание растворимых солей; коллоидную — вынос частиц грунта с разрушением микроагрегатов коагулированных глинистых частиц.

Суффозия может возникать только в породах определ. гранулометрич. (химического) состава и структуры и при скорости движения фильтрующейся воды, превышающей некоторую критич. скорость, или при т. н. разрушающем градиенте падения напора в фильтрующем потоке. Разрушающие градиенты в природных условиях встречаются редко. Они возникают в долинах рек и вдоль оврагов при резком понижении уровня воды после паводка. При этом суффозия вызывает оседание поверхности с образованием неглубоких замкнутых понижений, воронок, а в некоторых случаях—оползневые явления. Характерный рельеф участков распространения суффозии позволяет оконтурить их путем инженерно-геологич. съемки и тем самым установить места, непригодные для строительствава, учитывая, что суффозия вызывает ослабление основания и неравномерную осадку сооружений, а борьба с ней сложна.

Суффозия может возникать также при искусств, нарушении режима подземного потока в связи с постройкой гидротехнич. и др. сооружений. Суффозионные явления в этих случаях могут повлечь серьезные нарушения в эксплуатации сооружений и даже их разрушение. Так, открытый водоотлив из котлованов при сооружении фундаментов часто вызывает такое увеличение скорости движения потока подземных вод, что он приводит к выносу частиц из грунта в основании близ располож. сооружений и повреждению последних. Вынос минеральных частиц водой, поступающей в грунтовой водозабор, может быть причиной заполнения ими водозабора и выхода его из строя. Вместе с тем явления С., связанные с работой водозаборного колодца, могут привести к образованию т. н. естеств. фильтра и тем самым улучшить работу колодца.

Значит, градиенты давления возникают при фильтрации воды из верхнего бьефа в обход и под гидротехнич. сооружениями, что при соответствующем составе и структуре грунта в берегах и основании может привести к выносу из него минеральных и водорастворимых частиц и к нежелательным деформациям сооружения.

Суффозионные явления, обусловлены потоком воды, движущимся от верхнего бьефа к нижнему, возможны также в теле земляных плотин, возведенных из песчаных, супесчаных и других несвязных грунтов. Оценка суффозионности грунтов, предполагаемых для возведения плотины, как правило, производится опытным путем. В первом приближении суффозионность грунта определяется видом графика гранулометрич. состава грунта (плавностью кривой, коэффициентами неоднородности и т. п.).

При градиентах падения напора, значительно превышающих критич. водный поток, может наблюдаться полное разрушение структуры грунта, в результате чего частицы грунта переходят во взвешенное состояние, а сам грунт принимает характер текучего тела (плывун). Подробнее об инженерных мероприятиях по борьбе с суффозией см. Фильтрация.

Основной причиной преждевременного разрушения дорожных покрытий, кроме нарушения технических требований к его составу, возведению и эксплуатации, — являются процессы суффозии. В дорожном строительстве суффозия (от лат. Suffosio – подкапывание) трактуется как механический вынос из рыхлых пород мельчайших частиц (песчаных и алевритовых) подземными потоками.

Именно с суффозией связано образование просадок на поверхности земли в виде «блюдец» и «воронок», диаметр, которых может достигать 10 м и более. Подчиненную роль в процессах суффозии играют выщелачивание и растворение. Они дополнительно разрыхляют породу, благодаря чему увеличивается скорость фильтрации воды через нее. Некоторые пески, даже не содержащие в себе растворимых составляющих, разрыхляются фильтрующимся через них потоком в результате выноса наиболее мелких зерен.

Размыв породы может происходить при струйчатом движении воды через породу, то есть по достаточно крупным пустотам и каналам, в которых возможно завихрение струй, что нередко приводит к срыву слабо связанных частиц породы. Наиболее интенсивно процессы суффозии протекают в тонко — и мелкозернистых песках, лессовидных грунтах и суглинках.

В меньшей степени суффозионные процессы проявлены в более плотных глинистых породах. Причем размыв в них начинается по трещинам. Более подвержены внутреннему размыву глины, богатые монтмориллонитом, значительно изменяющиеся в объеме при различном изменении влажности. В обнажениях такие глины легко шелушатся и осыпаются. Струйчатое движение воды по трещинам срывает и уносит частицы там, где при переменном высыхании и увлажнении связь их с породой нарушается. Процесс размыва обычно не распространяется глубоко в толще глин, так как для этого струи должны иметь высокую скорость, которая возникает только вблизи колодцев ливневой канализации. Основными условиями возникновения механической суффозии являются:

Неоднородность гранулометрического состава грунтов, оцениваемая по коэффициенту неоднородности (Кн): суффозионными грунтами являются, как правило, несвязные песчаные грунты с Кн>20, а при Кн<10 грунт считается не суффозионным.
Критическая величина гидравлического градиента водного потока, ниже которого происходит только её медленная фильтрация без вымывания мелких частиц.
Наличие условий для выноса мелких частиц на дневную поверхность в основании склонов, различных выемках.

В естественных условиях суффозия развивается сравнительно медленно (до десятков лет), однако под влиянием техногенных факторов (прорывы водопровода и канализации), в местах с техногенным нарушением состава грунтов (места прокладки трубопроводов, кабеля) её скорость резко возрастает и отрицательно сказывается на устойчивости дорог и тротуаров, построенных на породах не устойчивых к суффозионным процессам. Суффозионные воронки хорошо заметны на грунтовых просёлочных дорогах. Асфальтированные же дороги могут скрыть довольно крупные воронки, что представляет серьёзную угрозу для транспорта и людей.

* * *

Резюмируя сказанное, отметим, что суффозия (от лат. suffossio — подкапывание, подрывание * a. suffosion; н. Suffosion; ф. suffosion, renard, erosion interne; и. sufosion) — процесс механич. выноса мелких частиц из массива горн. пород под воздействием потока подземных вод.

Hаиболее часто C. происходит в песчаных, лёссовых и др. дисперсных породах. B зависимости от состава и строения массива C. может развиваться в отд. слое или толще неоднородных по составу пород; на контакте двух слоев, сложенных породами разного состава; в неоднородном заполнителе трещин, зон тектонич. нарушений или карстовых полостей; на контакте г. п. и материала засыпок искусств. сооружения (фильтров, дренажей и др.).

Pазвитию C. способствуют: увеличение степени неоднородности гранулометрич. состава пород; возрастание скорости движения подземных вод или гидродинамич. градиента фильтрац. потока; наличие естеств. или искусств. областей разгрузки переносимого потоками мелкого материала.

C. приводит к изменению состава и структуры пород, увеличению их пористости и водопроницаемости, снижению прочности, что обусловливает оседание вышележащей толщи г. п. c образованием на поверхности замкнутых понижений (воронок, блюдец и др.) размером до неск. сотен м. Cуффозионное разрыхление пород в основании склонов или искусств. откосов способствует образованию оползней. C. в породах оснований сооружений может вызвать их неравномерные осадки, деформации и разрушения.

B естеств. условиях C. развивается сравнительно медленно (годы, десятки лет); под влиянием техногенных факторов её скорость резко возрастает. Hаиболее интенсивно она протекает на участках сосредоточенной фильтрации в p-нах возведения плотин или водохранилищ, при длит. откачках подземных вод из открытых (карьеры, котлованы) и подземных горн. выработок, a также из скважин водопонизит. систем.

Противосуффозионные мероприятия направлены на уменьшение градиента и скорости фильтрац. потока (противофильтрац. завесы, шпунтовые ограждения, штольневые дренажи, «обратные фильтры«, водопонизит. скважины) и на улучшение свойств г. п. методами технич. Мелиорации.

Лит.: Попов И. В., Инженерная геология, 2 изд., М., 1959; Сечи К., Ошибки в сооружении фундаментов, пер. с венгер., М., 1960; Гришин М. М., Гидротехнические сооружения, М., 1962; Патрашев А.Н., Методика подбора гранулометрического состава обратных фильтров, в кн.: Сб. трудов Гос. ин-та проектирования на речном транспорте, Л., 1957; Истомина B.C., Фильтрационная устойчивость грунтов