Абразійна дія уламкового матеріалу в береговій зоні

Абразійна дія уламкового матеріалу в береговій зоні. Значно ефективнішою є абразійна дія уламкового матеріалу, що переміщується хвилями і прибоєм у береговій зоні, тобто бомбардування бенча, кліфу або штучної стіни уламками порід. Суть цього способу руйнування полягає в концентрації силової дії твердого уламка (чи гальки), що швидко рухається (летить), на досить обмежену поверхню зіткнення цього уламка з площиною бенча, кліфу або зі штучною спорудою. За впливу на пухкі або слабозцементовані породи (відклади), навпаки, важливим чинником руйнування є саме гравітаційний вплив прибійного потоку або рухомого придонного шару води, оскільки в цьому процесі енергія потоку не витрачається на відривання частинок гірської породи, а лише на перемішування. Хоч досі фізику абразійної дії уламкового матеріалу в береговій зоні вивчено не надто добре, проте вже у своїх монографіях І.С. Щукін (1938) і В.В. Зенкович (1962) вказували на важливе морфогенетичне значення цього процесу.
Руйнування берегових придонних обривів або штучних берегозахисних споруд відбувається за абразії, здебільшого, внаслідок ударного впливу уламків порід. Швидкість стирання бетону під час його хвильового бомбардування галькою досягає 30 см у рік, а облицювання із міцного пісковику – 50 см/рік; сваї рельсових естакад «перепилюються» галькою за 8-10 років. Однак навіть максимальні значення замірів тиску хвилі на декілька порядків нижчі, ніж усі напруги, які необхідні для досягнення межі твердості сієніту, габро, базальту, граніту, вапняку, твердого пісковику. Відповідно, питання щодо руйнування гірських порід при абразії зводиться до вивчення результатів зіткнення уламків породи з руйнівною поверхнею.
Розрахунки для однієї з найміцніших порід – діабазу – засвідчили, що силовий вплив у момент удару навіть за порівняно невеликих швидкостей руху шару сягає значних величин. У момент зіткнення з площиною вони дають навантаження того ж порядку, що й межа твердості найміцніших порід. Руйнування матеріалу, відповідно до теорії пружності, залежить від дотичних напруг.
Проте ефект зіткнення породи під час удару під впливом всесторон- нього стиснення сильно знижується, коли поверхня вдаряючого тіла нерівна і ці мікронерівності співмірні з розмірами поверхні зіткнення. Саме такі умови ми найчастіше спостерігаємо, досліджуючи природні об’єкти. Це насамперед важливо під час шліфування початково кутастих уламків. Значення критичних швидкостей під час шліфування таких уламків у процесі їхнього зіткнення можуть бути досить незначними. Завдяки цьому уламки швидко набуватимуть згладженої форми. Наприклад, експериментальні дослідження, виконані на Чорному морі, засвідчили, що кутасті уламки базальту, викинуті на пляж, упродовж трьох місяців набули округлої форми, втративши при цьому до 20% своєї початкової ваги. В подальшому втрати на стирання цих згладжених уламків становили не більше 5 % в рік.
Отже, чим більша відшліфованість уламкового матеріалу (або чим більше згладжена поверхня, бомбардована галькою), тим більші швидкості необхідні для того, щоб була досягнута неміцна деформація на цій чи іншій ділянці поверхні дотику. В природних умовах найчастіше для абразійної дії уламків на кліф або одне на одне необхідні значно менші швидкості, ніж ті, які необхідні для руйнування, якщо враховувати ефект твердості породи при ударі.
Іншим питанням, пов’язаним з абразійною дією відкладів, є питання щодо мінімальних розмірів абразійних тіл. Спостереженнями засвідчено, що піщинки з діаметром, меншим, ніж 1 мм, не можуть бути абразійним матеріалом. Дані з обкатаності кварцових піщаних зерен засвідчують, що межею обкатаності є частинки діаметром 0,3-1,2 мм.
На природних берегах, не змінених будівництвом у береговій зоні, абразійний вплив гальки на бенч і кліф найефективніший за певних оптимальних запасів уламкового матеріалу. Очевидно, там, де уламкового матеріалу дуже багато, бенч надійно захищений від ударів гальки. Там, де гальки дуже мало, сумарний ефект абразійного зносу поверхні кліфу і бенча також незначний. І лише оптимальна кількість наносів на поперечному профілі берега може здійснювати максимальну роботу зі зносу кліфу і бенча.
Методика дослідження абсолютних швидкостей абразії полягає у визначенні глибини циліндричних отворів, просвердлених у породі в різних точках поперечного профілю в межах бенча. Експериментальні дослідження абразійної дії уламкових порід на стінку кліфу в природних умовах досить незначні. Отримані дані швидкості абразійного процесу для флішових порід крейди і палеогену на Чорному морі становили 0-12 мм/рік, а в окремих поодиноких випадках – до 20 мм/рік і 33 мм/рік, для пляжу – 7 мм/рік, бенчу – 4-5 мм/рік. Дані щодо швидкості абразії мергелів, пісковиків, вапняків за чотири роки засвідчують, що максимальна абразійна дія на бенч досягається трохи нижче лінії урізу, на глибині біля 0,4 м. Середня швидкість абразії для Чорного моря ставновить 10-15 мм/рік.