Карст. 
Геологическая среда как основа инженерных сооружений

Карст, карстовое явление (от назв. плато Карст, или Крас, Kras, в Словакии а. karst; н. Karst; ф. karst; и. karst, carst), — нарушение целостности массивов растворимых горных пород под воздействием вод.(Рис. 4).

Карстовые явления связаны с карбонатными (известняк, доломит, мел, мрамор и пр.) и некарбонатными (гипс, ангидрит, каменная соль) породами. В пределах материков обнажённые и погребённые карстующиеся карбонатные породы занимают до 40, гипсы и ангидриты около 7, каменная соль до 4 млн. км².

Карбонатные породы растворяются при участии свободной углекислоты или других минеральных и органических кислот. Растворение сульфатных пород и каменной соли может происходить в чистой воде, но наличие в воде растворённой соли, не имеющей общего иона с солью, образующей растворимую породу, повышает растворимость.

Развитие карста происходит под совокупным воздействием поверхностных и подземных вод. Растворение горных пород часто сопровождается механическим размывом. Размыв может подготавливаться растворением спаек между зёрнами, что освобождает их от сцепления и облегчает смыв.

Для поверхности площадей развития карста характерны мелкие борозды и углубления — карры, замкнутые понижения (воронки, котловины, полья, естественные колодцы и шахты, слепые овраги и долины), ниши в обрывах.

В известняковом карсте тропиков распространены останцы (моготе).

Наиболее типичны воронки (конические, котло-блюдцеобразные либо в виде ям неправильной формы) диаметром от 1 до 200 м и более и глубиной от 0,5 до 50 м, а иногда значительно больше.

На дне воронок и других понижений встречаются водопоглощающие отверстия — поноры, часто являющиеся началом шахт или колодцев, пропастей, иногда достигающих глубины более 1000 м (максимальная глубина 1410 м — пропасть Жан-Бернар в Альпах, Франция).

Котловины и воронки могут то заполняться водой, то осушаться (периодически исчезающие озёра). Котловины, имеющие площадь до нескольких десятков и сотен км², с исчезающими водотоками известны под названием польев.

В закарстованных массивах образуются различные подземные ходы, полости, пещеры, которые часто развиваются вдоль трещин.

Одна из крупнейших пещер мира Мамонтова с пещерной системой Флинт-Ридж (США, Кентукки) достигает 341 км суммарной длины; самая крупная пещера в России — гипсовая Оптимистическая (Подолия) длиной около 150 км. Суммарную длину более 100 км имеют пещеры Хёллох (Швейцария, Альпы), Джуэлл (США, Южная Дакота) и Озёрная (Россия, Подолия), 9 пещер мира длиной более 50 км, 14 — более 40 км. Комплекс поверхностных и подземных карстовых форм наиболее полно выражен в том случае, когда поверхность растворимых горных пород обнажена (голый карст); менее выражен, когда эти горные породы перекрыты слоем почвы и дёрна (задернованный карст), нерастворимыми рыхлыми осадками (покрытый карст), полускальными и скальными образованиями (бронированный карст). В случае глубокого погребения растворимых пород под не карстующимися толщами образуется т.н. погребённый карст.

Карстовые местности бедны поверхностными водотоками. Для них характерны исчезающие под землю пещерные реки, мощные источники (тип воклюз), иногда субмаринные источники (выходы пресной воды на дне моря).

С карстовыми явлениями внешне сходны явления псевдокарста, возникающие во льду и мёрзлых грунтах (Термокарст), в мелкообломочных и пористых грунтах (кластокарст, глинистый карст, лёссовый карст, механический карст, суффозия, просадки). В их развитии основную роль играют другие, не типичные для карста физикческие процессы: таяние льда, механическое воздействие движущейся воды и пр. (Рис.5).

Карст осложняет добычу полезных ископаемых, залегающих ниже или на уровне карстующихся пород. В этом случае карстовые воды обводняют горные выработки (Кизеловское месторождение угля наУрале, Прибалтийский сланцевый бассейн, Северо-Уральские бокситовые месторождения, Миргалимсайское полиметаллическое месторождение в Казахстане). Наряду с этим, повышенная водоотдача и водопроницаемость карстующихся пород может благоприятствовать размещению в них дренажных выработок и осушению через их толщу месторождений (Соколовское, Сарбайское железорудные месторождения и др.). Быстро развивающийся соляной карст затрудняет разработку каменных и калийных солей. В карстовых полостях часто накапливаются полезные ископаемые, образуя месторождения бокситов (Россия, КНР и др.), свинцово-цинковых руд (штат Миссури, США), железных руд (Россия), фосфоритов (штат Флорида, США), нефти (США, Мексика, Россия) и др.

Карст осложняет промышленное, жилищное и транспортное строительство, сооружение ГЭС, водохранилищ и др. При добыче полезных ископаемых в закарстованных массивах особое внимание уделяется выбору системы разработки месторождений, водному режиму работ и др.

В районах развития карста применяются различные способы противокарстовой мелиорации. К ним относятся: регулирование поверхностного и подземного стока; тампонирование карстовых пустот путём нагнетания цементного, глинистого и битумного растворов; специальные устройства и сооружения (фундаменты с учётом специфики территории, армирование, ограничение этажности и плотности застройки и др.); устройство противофильтрационных завес и др. Строительное и хозяйственное освоение закарстованных областей требует проведения комплексных инженерно-геологических изысканий с применением съёмки, разведки, геофизических, стационарных, лабораторных и других видов исследований. В практических целях карст используется путём каптажа карстовых источников, дренирующих галерей, колодцев; разработки месторождений, формирование которых связано с палеокарстом; приспособления карстовых пустот для подземных хранилищ; освоения карстовых пещер как объектов для туризма.(Рис. 6).

Рис. 6 Карстовые пустоты

водохранилище суффозия мелиорация Ширина зоны воздействия зависит от размера водохранилища, нормального подпорного уровня, амплитуды колебания вдоль бровки берега. И может изменяться от нескольких десятков метров, до нескольких километров.

Для водохранилищ с точки зрения опасных геологических процессов наиболее характерны 3 зоны:

• 1) зона подтопления;
• 2) зона переработки берегов;
• 3) зона затопления.

Под переработкой берегов водохранилищ понимается результат совокупного воздействия гидрометеорологических геологических и инженерногеологических процессов (абразия, эрозия, оползни, карст, суффозия, образование и перемещение вдоль береговых отмелей, пересыпей и др.) приводящих к деформированию береговых слонов и прибрежных территорий.

В чистом виде эти процессы очень редко встречаются, встречаются только в переходном состоянии.

Для Братского водохранилища наиболее типичны:

В первой зоне — продолжающиеся активные развития карста, суффозии, просадок, провалов;

Во второй зоне — интенсивное переформирование берегов;

В третьей зоне — изменение динамики подводных процессов, связи с преобразованиями в режиме водохранилища.