Карст - це і форма і процес.
Карстовий процес являє собою тривалий час розвивається процес розчинення або вилуговування осадових гірських порід підземними та поверхневими водами (корозійний процес).
Причини виникнення карсту:
Наявність трещиноватости в розчинних гірських породах.
Рух води і її мінералізація. Найбільш сильно розчиняє породи слабомінералізована вода і містить вільну вуглекислоту.
За хімічним складом порід розрізняють: карбонатний (вапняки, рідше доломіт), сульфатний (гіпс і ангідрит), соляної (галіт і сильвин).
Найбільш розчинні солі, потім гіпси. важче розчиняються вапняки.
На інтенсивність процесу впливає низька мінералізація, підвищена температура і швидкість руху води, крупність зерен в породі і її трещиноватость.
Розрізняють карст наземний і підземний.
Наземні форми карсту:
Карри - дрібні борозни і гребені на оголених поверхнях карсту порід.
Воронки - поглиблення різних форм і розмірів (поверхневі і провальні) .Найбільш поширені поверхневі форми карсту. Воронки бувають дуже різні: від пологих і дрібних до крутосхилих (рис 37). Діаметр воронок рідко перевищує 50 м. А глибина - 15-20 м.
Блюдця і западини представляють собою дрібні карстові воронки з пологими бортами.
Понори - вузькі глибокі отвори, похилі або вертикальні, що поглинають поверхневу воду і відводять її вглиб карстового масиву. Понори виникають на вузлах перетину тріщин при подальшому розвитку карсту.
Колодязі і шахти - вертикальні або похилі карстові форми, що йдуть в глибину на десятки і сотні метрів. Вони утворюються при подальшому розвитку понорів. Відомі шахти глибиною до 1100 м.
Сліпі долини річок закінчуються не впаданням в іншу водойму, а карстовими воронками і понорами, в яких вода йде під землю. На відміну від них, напівсліпі долини зберегли добре помітний відрізок долини нижче понори, званий суходолом.
Баштовий карст - одна з останніх стадій розвитку поверхневого карсту, при якій переважна частина гірських порід розчинена і винесена, а найміцніші блоки зберігаються у вигляді величезних окремих останцов. Баштовий карст характерний для жаркого вологого клімату Південно-Східної Азії.
Підземні форми карсту
Печери - природні підземні порожнини. Великі приміщення називаються залами, трохи менше - гротами. Ходи, заповнені водою - сифонами.
У сильно закарстованних районах спостерігається кілька поверхів печер.
Важливе значення має ступінь активності карстового процесу. Розрізняють діючий карст, який розвивається в сучасних умовах і пасивний або древній карст, у якого форми заповнені делювіально-пролювіальних матеріалом, задерновані. При зміні базису корозії (зазвичай рівень найближчої річки) та інших причин пасивний карст може перейти в діючий. Нижня межа розвитку карсту називається базисом корозії (рис. 38).
Зниження рівня базису корозії викликає зниження рівня грунтових вод, стара печера стає осушеної, а нова формується нижче.
Мал. 38 Зони карстового масиву в вапняках
I - зона розвитку карсту; II - зона цементації; УГВ - рівень грунтових вод
Печери можуть формуватися в будь-яких карстующихся породах, однак найбільш характерні для областей розвитку потужних карбонатних товщ.
Самою глубокойпещерой в світі є печера Вороняча (Крубера) в Абхазії. На даний момент її встановлена глибина перевищує 2040 м.
Кунгурская печера - довжина 4,6 км.
Найбільшою печерою є Мамонтовапещерав Північній Америці - довжина всіх проходів і галерей 240 км (кілька озер, річка і т.д.).
В залежності від їхнього місця в печері і форми, натічні освіти поділяються:
Сталактити - виросли на зводі печери з просочується води. Іноді можна спостерігати ряди сталактитів, марковані тріщину в стелі.
Сталагміти - виросли на підлозі з капає зверху води. Так як впала крапля води розтікається по сталактити, вони зазвичай коротші і широкі в порівнянні зі сталактитами. Зазвичай ростуть безпосередньо під сталактитами (ріс39).
Сталагмати - вертикальні колони. Утворюються з доросли до статі сталактитів або з об'єдналися і зрощених сталактита і сталагміта.
Анемоліт - сталактит або сталагміт, відхилений від вертикального положення одностороннім випаровуванням вод, викликаним циркуляцією повітря в печері.
Гури - напливи на підлозі печери, схожі на оплившій стеарин.
Завесиобразуются при рівномірному просочуванні води через тріщину в стелі, завдяки чому мають практично однакову товщину.
Недооблік карстових процесів в інженерно-будівельної діяльності може привести до серйозних наслідків: 1) просідання і провалів житлових будинків над підземними порожнинами; 2) деформацій залізничного або автомобільного полотна; 3) значною витоку води з водосховищ; 4) надходження ґрунтових вод в підземні виробки через карстові порожнини.
При будівництві в карстових районах необхідно здійснювати ряд заходів, спрямованих на підвищення стійкості та міцності порід і на припинення розвитку карстових форм.
Будівництво на цілинах, пальові фундаменти.
Підвищення стійкості і міцності порід - запобігання доступу води до карсту порід (нагнітання в тріщини рідкого скла, глинистого або цементного розчину).
Припинення розвитку карстових форм - гідроізоляція поверхностіжірной глиною, спорудження дренажних систем, відкачування, регулювання стоків (зливовідвід).
При проектуванні передбачаються комплексні інженерно-геологічні вишукування згідно СП 11.105.97 ч.II, що включають геофізичні методи (електророзвідка), що дозволяють визначити форми підземного карсту.
- вельми нестійкі (в рік утворюється 5-10 воронок на 1 квадратний км). Може досягати 100 і більше (300-350), наприклад с. Бабки (Чусовая - Кама);
- нестійкі - 1-5 воронок;
- середньої стійкості - 1 воронка за 1 - 20 років;
- стійкі - 1 воронка за 20-30 років;
- вельми стійкі - свіжих провалів не з'являлися за останні 50 років.
Суффозія - вимивання дрібних нерозчинних частинок грунту підземними водами. Це явище часто призводить до утворення суффозіонних воронок.
Умови виникнення: неоднорідність гранулометричного складу і поява критичного гідростатичного напору більше 5.
Заходи: зменшення швидкості і градієнта потоку, дренаж, відведення вод.
У міських умовах може провокуватися господарською діяльністю людини; наприклад, протечками з труб, зміною напрямку грунтових вод через будівництво, підземними комунікаціями.
Геологічна небезпека карсту і суффозии - утворення різних за матеріальним становищем і формі пустот і провалів.
Процесу карстоутворення схильні осадові породи: вапняки і доломіт, гіпс, кам'яна сіль.
Суфозія схильні уламкові грунти неоднорідного складу.
Зниження базису ерозії призводить до активізації процесів.
Інженерно-геологічні дослідження проводиться відповідно СП11.105.97 ч.II.
При будівництві основою всіх заходів, спрямованих на припинення розвитку карсту і суффозии є припинення фільтрації води.
Застосовувати пальові фундаменти, спеціальні конструктивні рішення і будівництво на цілинах.