Реферат лессы и их инженерно геологическое значение

Обновлено: 30.06.2024

Просадочные явления -просадки, уплотнение грунта, находящегося под действием внешней нагрузки или только собственного веса. Происходит при искусственном замачивании (в лёссе и лёссовидных отложениях), оттаивании (термические просадки в мёрзлых грунтах), динамических воздействиях (вибрационные просадки). Величина про седания поверхности, вызванная просадкой грунтов, колеблется от долей см до 2 м. Просадки могут вызывать образование трещин на поверхности и в массиве грунта. Если фильтрация влаги в просадочных при замачивании грунтах происходит после окончания П. я., то возможна послепросадочная деформация грунта за счёт выщелачивания из него водорастворимых соединений. Причины П. я. (в лёссе и лёссовидных отложениях) - недоуплотнённое состояние грунта с теряющими прочность при замачивании связями частиц. При данной влажности грунта каждой величине давления отвечает определённая его пористость, уменьшающаяся с возрастанием давления. Междучастичные связи в грунте могут задержать его уплотнение, несмотря на увеличение (под влиянием веса новых отложений или построенных сооружений) давления, благодаря чему создаётся несоответствие пористости давлению - недоуплотнённое состояние. При снижении прочности связей частиц грунта (например, при замачивании лёсса в результате утечек из водопроводной сети или при повышении уровня грунтовых вод вблизи водохранилищ) возникают П. я. Недоуплотнённое состояние лёсса и лёссовидных отложений характерно для засушливых полупустынных или степных районов (Средняя Азия, Украина, Северный Кавказ, Китай, юг Центральной Европы, бассейн Миссисипи). Термические П. я. могут протекать в зоне развития многолетнемёрзлых горных пород.Просадочные свойства лёсса и лёссовидных грунтов изучаются в компрессионных приборах, путём замачивания котлованов и др. способами. Отношение величины уплотнения грунта при замачивании к первоначальной высоте образца грунта называется относительной просадочностью (изменяется от 0 до 0,1 и больше). П. я. возможны при возрастании влажности грунта до некоторой величины (начальная влажность просадки) и при давлении, превышающем некоторую величину (начальное давление просадки). Условия строительства на лёссе и лёссовидных грунтах подразделяются на два типа: просадки поверхности земли под действием собственного веса замоченного грунта менее 5 см, просадки поверхности более 5 см. Разные типы условий требуют различных строительных мероприятий. Для борьбы с П. я. в строительстве производится замачивание грунтов, силикатизация, уплотнение, обжиг (см. Закрепление грунтов, Уплотнение грунтов), осуществляются конструктивные мероприятия и устраняются возможности замачивания оснований сооружений. Просадочность - явление, свойственное лессам, и лессовидным грунтам и связанное с воздействием воды на структуру грунта с последующим ее разрушением и уплотнением под весом самого грунта или же при суммарном давлении собственного веса и веса сооружения.

Плывуны - насыщенные водой рыхлые отложения, способные в результате давления вышележащих толщ и других механических воздействий переходить в текучее состояние, при вскрытии их в котлованах, горных выработках, выемках ведут себя подобно вязким жидкостям, приходя в движение и оплывая. Различают псевдоплывуны и истинные (тиксотропные) плывуны. При промерзании плывун подвергается сильному пучению, слабо фильтрует воду.

Борьба с плывунами сводится к их осушению. При проходке туннелей, горных выработок и пр. применяют специальные щиты, кессоны, замораживание и т.п.

Набухание грунта - увеличение объема грунта при его смачивании. Свойственно главным образом глинистым грунтам.

Суффозия(от лат. suffossio - подкапывание, подрывание)-выщелачивание, вынос мелких минеральных частиц и растворимых веществ водой, фильтрующейся в толще горных пород. Суффозия приводит к нарушению микроагрегатной структуры грунтов; вызывает оседание всей вышележащей толщи с образованием на земной поверхности мелких и крупных замкнутых понижений (микрозападин, блюдец, западин, воронок, падин) диаметром до 10, редко до 100-500 м.

Морозное пучение-увеличение объёма промерзающих влажных почв и рыхлых (главным образом, глинистых и пылеватых) горных пород вследствие кристаллизации в них воды (образующей ледяные прослойки, линзы и т. д.) и разуплотнения минеральных частиц. Наблюдается в областях распространения сезонно- и многолетнемёрзлых пород. Морозное пучение вызывает неравномерное поднятие промерзающих толщ; неодинаковая величина поднятия объясняется различиями в условиях промерзания, составе пород, их влажности, плотности. Наиболее подвержены морозному пучению глинистые породы, поскольку их пучение зависит не только от собственной влажности, но и от миграционной влаги, поступающей в промерзающий грунт из смежных немёрзлых зон. Напряжения, возникающие в грунтах при морозном пучении способны вызвать разрыв корневой системы растений, деформации и смещения сооружений и т. п. Для предупреждения неблагоприятных последствий морозного пучения проводят мелиоративные работы, обрабатывают грунт веществами, изменяющими его физико-химические свойства; применяют специальные строительные конструкции.

1. Черноусов С.И. Основы инженерной геологии для транспортных строителей Новосибирск ИЗД-во СГУПСа 2007 212с.

2. Черноусов С.И. ,Крицкий М.Я., Сухорукова А.Ф. Инженерноя геология Западно-Сибирской железной дороги.

Лёссовые породы встречаются на всех континентах, но наиболее широко они распространены в Европе, Азии и Америке. По подсчетам К. Кейльгака, при средней мощности лёсса 10 м общая площадь, занятая лёссовыми породами на земном шаре, составляет 19 млн. км2. Северная граница распространения лёссов опускается в Европе до 60њ с. ш., в Азии она проходит гораздо севернее, а южная граница достигает 28њ с. ш. В тропических и субтропических областях лёссы не встречаются.

Рис. 3. Карта развития лёссовых пород на территории СНГ.

На территории стран СНГ площадь, покрытая лёссовыми породами, составляет около 34% континентальной части СНГ. Лёссы лежат сплошным покровом на большей части Украины (до 80%) и юге европейской части России. Большие площади покрыты лёссовыми породами в Средней Азии, Казахстане, Восточной, Южной и Западной Сибири. Довольно часто они встречаются в Белоруссии, Поволжье, Якутии и других районах. На рис. 3 показана карта распространения лёссовых пород на территории СНГ, составленная В.С. Быковой и С.А. Пастушковой ("Лёссовые породы СССР", 1986). Лёссы - это молодые отложения четвертичной системы, возникшие в недавнее геологическое время (не более 1,5 млн. лет тому назад), а в определенных физико-географических условиях они могут образовываться прямо на глазах человека, например, в результате пыльных бурь. По условиям залегания лёссы повсеместно располагаются в виде покровов (то есть не перекрыты другими отложениями). Мощности лёссовых пород колеблются от нескольких сантиметров до десятков и даже сотен метров. В северных районах, где лёссовые отложения развиты лишь на отдельных участках, их мощность составляет 5 - 10 м, а в районах сплошного распространения (на юге Украины, Северном Кавказе) она повышается до 30 - 50 м и более. Самые мощные разрезы лёссовых пород (до 100 - 200 м) обнаружены в межгорных впадинах на территории Средней Азии.

Более чем за вековую историю изучения лёссов было предложено не менее двадцати различных гипотез их происхождения. Обобщение этих данных позволило объединить все гипотезы в несколько групп, объясняющих возникновение лёссов эоловым (ветровым) и водным путем. Эоловая гипотеза . Ее основателем является Ф. Рихтгоффен (1877). Относя лёссы к эоловым отложениям , он не считал ветер единственным фактором образования лёссовых пород. После детального изучения лёссов Китая Ф. Рихтгоффен пришел к выводу, что лёссовый (пылеватый) материал переносился и откладывался в бессточных впадинах ветром и дождевой водой и удерживался там степной растительностью. Эоловая гипотеза нашла много последователей среди ученых России и других стран, которые развили и дополнили ее. Так, В.А. Обручев (1904) объяснял формирование сплошного лёссового покрова на высоких элементах рельефа за счет пыли, принесенной из отдаленных районов (экзотическая пыль). По мнению П.А. Тутковского (1899), ветры развевали ледниковые отложения и уносили пыль далеко от ледникового покрова, где она и образовывала лёсс. Американские ученые Ф. Леверетт (1899), Т. Чемберлин и др. (1909) основное значение придавали образованию пылеватых толщ за счет развевания речных и водно-ледниковых отложений близлежащих долин. Многие известные отечественные и зарубежные ученые, например, А.И. Москвитин, И.И. Трофимов, Н.И. Кригер были и до настоящего времени остаются горячими сторонниками эоловой гипотезы. Это связано с тем, что данная гипотеза хорошо объясняет покровное залегание лёссов на больших площадях и подкрепляется фактами быстрого накопления в засушливых областях довольно мощных слоев пылеватых осадков после прохождения сильных пыльных бурь. Гипотезы водного происхождения. Среди сторонников, рассматривающих лёсс как породу, сформировавшуюся в водной среде, следует отметить выдающихся ученых П.А. Кропоткина (1876), В.В. Докучаева (1892), А.П. Павлова (1898), Ю.А. Скворцова (1948), Н.И. Толстихина (1928). По мнению этих исследователей, образование толщи пылеватых осадков происходило в результате смыва и последующего переотложения склоновых пород, переноса и накопления минерального материала в речных долинах и озерах, а также переноса и накопления лёссовых отложений водно-ледниковыми потоками. Существовала также точка зрения, что лёсс - это принесенная пыль, но переотложенная водными потоками. Все эти гипотезы рассматривают лишь процесс накопления пылеватых отложений, но не отвечают на главный вопрос: как пылеватый осадок превращается в лёсс с характерным набором признаков и свойств. Почвенно-элювиальные гипотезы . В соответствии с этими гипотезами пылеватые отложения могут накапливаться любым путем, а их превращение в лёсс со всеми специфическими признаками этой породы происходит в результате почвообразования и выветривания. К сторонникам этой гипотезы следует отнести Л.С. Берга (1916), Н.М. Симбирцева (1900), Б.Б. Полынова (1934), И.П. Герасимова (1939). При рассмотрении данных гипотез, к сожалению, приходится констатировать, что они могут объяснить происхождения лишь отдельных лёссовых толщ. Обобщение и анализ существующих в настоящее время гипотез происхождения лёссов позволяет сказать, что процесс формирования лёссовых пород состоит из двух этапов:

 накопление минерального пылеватого осадка, которое может происходить различными путями,

 превращение накопленного осадка в типичный лёсс, то есть в просадочную породу.

Безусловно, второй этап, характеризующийся появлением уникального явления - просадочности лёссов , имеет важнейшее значение. Ведь именно просадочность делает лёссы теми загадочными породами, над которыми уже более ста лет бьются ученые.

До сих пор нет единого мнения о природе просадочности лёссовых пород . Различные исследователи выдвигали достаточно много предположений и гипотез по поводу возникновения этого специфического и неотъемлемого свойства лёссов. Анализ существующих мнений показывает, что все гипотезы, объясняющие просадочность лёссовых пород, можно разделить на две группы. I. В первой группе просадочность лёссов рассматривается как их первичное свойство, то есть когда просадочность формируется непосредственно в ходе накопления и начальной стадии преобразования минерального пылеватого осадка. Одну из причин возникновения просадочности Н.Я. Денисов (1953) видел в формировании недоуплотненных лёссовых толщ вследствие захоронения рыхлой, сцементированной легкорастворимыми веществами, массы пылеватых частиц под постепенно накапливаемыми слоями вышележащих пород. Слабыми местами этой гипотезы было то, что она не могла объяснить сохранение просадочных свойств в течение длительного времени, не давала объяснений фактам увеличения просадочности под горизонтами погребенных почв и скачкообразному изменению просадочности лёссовых пород по разрезу каждого накопленного слоя. II. Гипотезы второй группы характеризуют просадочность как новообразованное свойство породы, то есть когда просадочность приобретается после накопления пылеватого осадка. Наибольшее распространение здесь получила гипотеза мерзлотного выветривания . По мнению Е.М. Сергеева и А.В. Минервина (1960), формирование просадочности происходит в результате циклического сезонного промерзания-оттаивания исходных пылеватых пород и удаления из них льда посредством сублимации (испарения льда минуя жидкое состояние). В ходе промерзания поровая вода превращается в лед, разуплотняет породу и способствует дроблению более крупных песчаных зерен до размера пылеватых частиц. Данная гипотеза формирования просадочности подтверждается лабораторным и натурным моделированием. Она хорошо объясняет распространение и характер залегания лёссов в пространстве и разрезе, скачкообразное изменение просадочности лёссовых пород по разрезу, увеличение просадочности под горизонтами погребенных почв, появление просадочности в условиях сурового климата плейстоценовой эпохи развития Земли (приблизительно от 10 до 800 тысяч лет тому назад) - периода времени, когда наблюдалось наиболее интенсивное накопление лёссовых толщ .

Многолетний опыт исследований лёссов показывает, что одним из основных факторов, определяющих просадочность этих пород, является их специфическая структура, то есть размер и форма твердых (минеральных) структурных элементов, строение порового пространства и особый характер структурных связей (взаимодействий между частицами).

Как уже отмечалось, лёссы - это пылеватые породы, которые не менее чем на 50% состоят из пылеватых частиц с размерами 0,005 - 0,05 мм. Для большинства лёссов характерно высокое, иногда до 15 - 20%, содержание карбонатов, преимущественно кальцита (CaCO3), и присутствие до 3 - 5% растворимых солей (сульфаты, хлориды). Важной особенностью структуры лёссовых пород является ее высокая агрегированность , когда пылеватые и глинистые частицы образуют изометричные агрегаты с размерами 0,01 - 0,25 мм. Фотография такого глинисто-пылеватого агрегата, полученная с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ), показана на рис. 4а. Специфическое строение имеют песчаные и крупные пылеватые зерна, названные глобулами . Как показали наблюдения в РЭМ, в центре глобулы размещается ядро, состоящее из отдельных кварцевых микроблоков. Поверх ядра располагается дырчатая оболочка кальцита, которая в свою очередь перекрывается глинистой "рубашкой" (непрерывной пленкой частиц глинистых минералов), пропитанной оксидами железа и аморфным кремнеземом (SiO2). Пример такой искусственно разрушенной глобулы показан на рис. 4б, где в центре виден хорошо ограненный микрокристалл кварца со следами кальцитовой оболочки на поверхности. Специфический характер твердых структурных элементов в лёссах обусловливает формирование в них так называемых агрегативных, или зернистых, микроструктур. Пример агрегативной микроструктуры показан на рис. 5а, где А - глинисто-пылеватый агрегат изометричной формы. Пористость просадочных лёссов обычно изменяется от 42 до 46%. При этом поровое пространство лёссовых пород характеризуется присутствием трех типов пор: макропор, межзерновых и межагрегатных микропор, внутриагрегатных микропор. Наиболее крупными являются макропоры , имеющие трубчатую форму с диаметром 0,05 - 0,5 мм (рис. 5а, 3 ). Они обычно хорошо видны невооруженным глазом и пронизывают лёссовую породу в вертикальном направлении. Макропоры являются одним из важнейших диагностических признаков структуры просадочных лёссов. Некоторые ученые считают, что макропоры - следы корней растений. Однако сейчас существует мнение, что большая часть макропор представляет собой своеобразные магистральные каналы, образовавшиеся в результате преимущественно вертикальной миграции воды и газов. Об этом свидетельствует наличие значительных выделений солей на стенках макропор.

Наиболее важными в структуре лёссовых пород являются межагрегатные и межзерновые микропоры (рис. 5а, 2 ). Эти микропоры обычно имеют изометричную форму, а их размер изменяется от 0,008 до 0,05 мм. Электронномикроскопические исследования показывают, что подобные микропоры слагают основную часть порового пространства и относятся к категории так называемой активной пористости, которая и определяет величину просадочной деформации породы. Подчиненную роль в поровом пространстве играют более мелкие внутриагрегатные микропоры (рис. 4а ; 5а, 1 ) с размером менее 0,008 мм. Специфический состав и условия формирования лёссовых пород приводят к образованию у них разнообразных по своей природе структурных связей, которые во многом определяют особенности деформирования этих пород при увлажнении. Основную роль в структурном сцеплении (связности) лёссовых пород играют контакты между зернами и глинисто-пылеватыми агрегатами, осуществляемые через глинистые "рубашки" или глинистые "мостики". В физико-химической механике дисперсных систем такие контакты называются переходными. Их прочность обусловлена ионно-электростатическими силами. Характерной особенностью переходных контактов является их обратимость по отношению к воде. При увлажнении они быстро теряют прочность и трансформируются в слабопрочные коагуляционные контакты. Помимо переходных, в просадочных лёссовых породах могут также существовать фазовые контакты цементационного типа, обусловленные выделением легко растворимых солей в приконтактных зонах при испарении поровой влаги. Рассматривая механизм просадочности лёссов , можно сказать, что присутствие обратимых переходных контактов повышает просадочность благодаря их быстрому разрушению при увлажнении породы. Наличие же более прочных фазовых контактов цементационного типа может приводить к увеличению прочности всей структуры и, соответственно, снижению величины просадки. Для подобных пород характерны медленные послепросадочные деформации, которые во много раз могут превысить величину самой просадки при кратковременном увлажнении. И, наконец, при рассмотрении процесса просадочности лёссов нельзя не принять во внимание присутствие в этих породах сил поверхностного натяжения воды, так называемых капиллярных сил, о которых часто забывают многие ученые. Точные экспериментальные исследования показывают, что по мере заполнения пор водой, то есть при исчезновении капиллярных менисков, связывающих отдельные зерна и агрегаты, при увлажнении лёсса происходит слишком быстрое и резкое снижение его прочности, которое нельзя объяснить только разрушением переходных и цементационных контактов. Силы поверхностного натяжения воды вполне могут играть роль своеобразного спускового механизма, обусловливающего начало процесса просадки. Подводя итог, можно сказать, что в основе просадки лежат два взаимосвязанных явления, развивающихся при увлажнении лёссов и воздействии внешней нагрузки. Во-первых, происходит резкое снижение энергии взаимодействия структурных элементов на контактах, потеря структурной прочности вследствие преобразования переходных контактов в коагуляционные и исчезновение сил поверхностного натяжения. Во-вторых, происходит распад глинисто-пылеватых агрегатов, сопровождаемый формированием своеобразных дефектов в микроструктуре лёссов, и возникают условия для взаимного смещения структурных элементов. Таким образом, в результате просадки происходит смыкание части макропор и большинства крупных межагрегатных микропор и формируется более плотная и однородная микроструктура, аналогичная показанной на рис. 5б. Одновременно возрастает содержание мелких межагрегатных и внутриагрегатных микропор (рис. 5б, 2 и 1 соответственно).

В связи с широким распространением лёссовых пород на территории России и стран СНГ проблема борьбы с просадочностью этих пород в основаниях инженерных сооружений становится весьма актуальной. Ведь при промачивании лёсса происходит просадка и резкое уменьшение прочности грунта (под грунтом понимают любую горную породу, являющуюся предметом инженерной деятельности человека). При этом наблюдается потеря устойчивости основания, его интенсивная осадка и часто выдавливание водонасыщенного лёссового грунта из под фундамента сооружения, что обычно приводит к полному или частичному разрушению зданий, плотин, дорог и т.д. По оценкам специалистов, до 45% стоимости работ по строительству гражданских и промышленных объектов на лёссовых грунтах тратится на комплекс мероприятий, предотвращающих деформацию сооружений из-за просадочности. Познание природы просадочности лёссовых пород позволило разработать эффективные инженерные методы борьбы с этим грозным явлением. В основном эти методы сводятся к воздействию на неустойчивую специфическую структуру лёсса и трансформации ее в устойчивое недеформируемое состояние. При этом, исходя из описанного механизма просадки, стремятся повысить плотность лёссового грунта (снизить его активную пористость) и увеличить прочность контактов между минеральными частицами (перевести менее прочные, обратимые по отношению к воде, переходные контакты в более прочные - фазовые). Существует несколько способов борьбы с просадкой лёссов. Наиболее распространенным является механическое уплотнение лёссовых грунтов тяжелыми трамбовками, вес которых может достигать 10 т, а иногда и более. Обычно трамбовки многократно (до 10 - 16 раз) сбрасываются на уплотняемый участок грунта с высоты 4 - 8 м. Данный метод позволяет уплотнить толщу лёссового грунта на глубину до 3,5м. Если необходимо ликвидировать просадочные свойства лёссовых грунтов на глубину до 25 м, то проводят их глубинное уплотнение грунтовыми набивными сваями или энергией взрыва. Иногда для ликвидации просадочных свойств производят предварительное промачивание лёссового массива. При этом происходит спровоцированная просадка грунта, после чего он уплотняется, теряет просадочность и переходит в стабильное состояние. Одним из способов борьбы с просадочностью является термическое закрепление лёссовых грунтов , при котором через грунт с помощью специальных приспособлений пропускают раскаленный воздух или газы при температуре 300 - 800 њC. Под действием высокой температуры происходит оплавление и спекание минералов на контактах между отдельными частицами и агрегатами частиц и формируются прочные фазовые контакты кристаллизационного типа, устойчивые по отношению к воздействию воды. В результате существенно повышается прочность лёссового грунта и он становится непросадочным. Просадочность многих типов лёссовых отложений может быть также существенно уменьшена с помощью метода силикатизации . При этом в грунт через перфорированные трубы с одной стороны нагнетают раствор силиката натрия (жидкого стекла), а с другой - раствор хлористого кальция. При соединении обоих растворов в порах просадочного грунта образуется водонерастворимый гель кремниевой кислоты, который цементирует грунт и делает его непросадочным. К сожалению, данный метод в некоторых случаях может приводить к сильному химическому загрязнению закрепляемых пород, и поэтому в настоящее время он применяется очень редко.

Проблема лёссов , возникшая более ста лет назад, все еще существует и далека до полного разрешения. Тем не менее, сейчас можно говорить о различных условиях происхождения лёссов и о весьма сложной и многофакторной природе их просадочности. Во многом просадочность лёссов может объясняться формированием в них особой лёссовой структуры. Последующее углубленное изучение тончайших особенностей структуры лёссовых пород, по-видимому, и является ключом к разгадке проблемы лёссов. Решение этой проблемы позволит достичь существенного прогресса в создании эффективных методов борьбы с просадочностью лёссовых пород, что повысит надежность строительства и исключит возможность разрушения возводимых на этих породах инженерных сооружений.

 Грунтоведение. Под ред. акад. Е.М. Сергеева М.: 1983.

 Денисов Н.Я. Строительные свойства лёсса и лёссовидных суглинков. 2-е изд. М.: Стройиздат, 1953.

 Кригер Н.И. Лёсс, его свойства и связь с географической средой. М.: Наука, 1965.

 Кригер Н.И. Лёсс. Формирование просадочных свойств. М.: Наука, 1986.

 Ларионов А.К. Инженерно-геологическое изучение структуры рыхлых пород. М.: Недра, 1986.

 Лёссовые породы СССР. Под ред. Е.М. Сергеева, А.К. Ларионова, Н.Н. Комиссаровой. М.: Недра. 1986, Т. 1, 2.

В лёссах и лёссовидных породах при замачивании их водой при определенном давлении наблюдается резкое уменьшение объема, которое называется просадкой. Грунты, у которых отмечается это явление, называются просадочными.

- Континентальные породы, содержащие более 50% частиц размером 0.05-0.005мм, обладают высокой пористостью и присутствием макропор

- Отложения перигляциальных и внеледниковых зон

- Генезис эоловый, делювиальный, пролювиальный, аллювиальный, смешанный

- Просадочность син и эпигенетическое

- Лессы или лессовидныепороды

Особенности состава и строения

- Однородные толщи, слабовыраженная слоистость

- Присутствие в разрезах погребенных почв или гумуса (прослои)

- Возможно присутствие прослоев песка, гравийно-галечного материала, вулканического пепла

- Столбчатая отдельность в верхней части естественного обнажения

- Наличие горизонта конкреций карбонатов и гипса и др до 20 см

- Частицы сильно агрегированы с глобулярным строением

- плотность 1.33-2.03, зависит от влажности

- Невысокие характеристики пластичности, обычно 4-18 редко выше

- Низкая водопрочность – быстрое размокание и размывание

- Водопроницаемость обычно менее 0.5, существенно выше в вертикальном направлении

- Сжимаемость от 0.05до0.71 Е=2-55

- Наибольшие показатели деформационных свойств при влажности 17-18%

- В водонасыщенном состоянии могут обладать плывунными свойствами

Просадочность - Это способность грунтов уплотняться при замачивании с водой в условиях компрессии. Она связана с разрушением и ослаблением структурных связей в грунте и последующем доуплотнением под собственным весом или нагрузкой. Обладают лишь недоуплотненные, маловлажные,с неводостойкими структурными связями грунты.

Предварительное уплотнение – деформирование образца до его замачивания возрастающей нагрузкой от 0 до …., коэффициент пористости уменьшается

Просадка – дополнительное уплотнение образца при его замачивании под нагрузкой …коэффициент пористости снижается

Послепросадочная деформация – обусловлена компрессией уже просевшего грунта при давлениях

Коэффициент макропористости, характеризует диапазон уменьшения пористости e_m

Коэффициент относительной просадочности, характеризует склонность грунта к просадке, если он больше 0,01- просадочный. i= h/h₀

Начальное просадочное давление, минимальное давление при котором проявляется просадка при замачивании (i=0,01)

Начальная просадочная влажность-минимальная влажность , при которой при данной нагрузке i=0,01

Просадочность лёссов происходит как в природной обстановке (степные блюдца), так и в результате деятельности человека. Установлено, что в основе образования степных блюдец лежит процесс доуплотнения (сжатия лёссовых пород в местах повышенного их увлажнения). При строительстве и эксплуатации оросительных каналов вдоль них создаются зоны повышенного увлажнения. В этих зонах часто наблюдается просадка, выражающаяся в опускании поверхности земли до 1,5—2 м. Это опускание идет неравномерно, с образованием трещин и террас отседания различной высоты и часто приводит к разрушению откосов канала. В зависимости от ширины канала подобного рода деформации наблюдаются на расстоянии до 40—60 м от его бровки.

Величина просадочности лёссовых пород легко фиксируется в лабораторных условиях по компрессионной кривой, которая имеет характерную форму в результате резкого, скачкообразного изменения коэффициента пористости при замачивании.

Поскольку величина просадочности зависит от давления на породу при ее замачивании, значение коэффициента макропористости оказывается различным при разных нагрузках.

Степень просадочности лёссовых грунтов оценивается по величине относительной просадочности, определяемой при компрессионных испытаниях по выражению веса вышележащих слоев грунта; h_p — высота образца того же грунта при давлении P после замачивания водой. Если величина относительной просадочности е_пр => 0,02, то такой грунт относится к категории просадочных.

Величина просадочности лёссовых пород с глубиной в общем уменьшается, но под горизонтами погребенных почв значительно возрастает.

Меры борьбы с просадочностью лёссовых грунтов сводятся к химическому их закреплению (силикатизация, укрепление смолой и другими цементирующими веществами), глубинному обжигу, механическому трамбованию и предварительному замачиванию.

Сложный узел проблем, возникающих при взаимодействии современных строительных объектов с окружающей, в том числе и с геологической средой, определяет необходимость для инженера-строителя обладать знаниями в инженерной геологии. Также иметь четкое представление о геологической среде родной местности. На территории Нижегородского Поволжья распространены породы лессового покрова.

Главная цель инженерной геологии – изучение природной геологической обстановки местности до начала строительства, а также прогноз тех изменений, которые произойдут в геологической среде, и в первую очередь в породах, в процессе строительства и при эксплуатации сооружений. В современных условиях ни одно здание или сооружение не может быть спроектировано, построено и надежно эксплуатироваться (а в последствии может быть ликвидировано или реконструировано) без достоверных и полных инженерно-геологических материалов.

Основные задачи, которые я ставлю в своей работе, следующие:

— распространения лессовых пород, генезис, состав, структура, физико-механические свойства;

— комплексная оценка просадочности лессовых пород с выявлением роли ряда факторов и установлением преобладающего типа грунтовых условий по просадочности.

— обоснование рациональных направлений строительства на лессовых породах на базе установленных инженерно-геологических закономерностей.

Природа недоутопленности, свойственная всем лессам, рассмотрена в работах Н.Я.Денисова.

Значительную роль в познании процессов литогенеза сыграли работы В.Д. Ломтадзе и Н.И. Кригера, отмечая влияние генезиса, с физико-механических позиций раскрывает значение этапа литификации, который является ведущим в формировании внешнего облика и специфических свойств лессовых пород.

На карте распространения лессовых пород России территории всех анализируемых регионов отнесены к трем районам:

1) эолово-делювиальных нерасчлененных субаэральных лессовидных пород и лессов водораздельных равнин и склонов, обладающих просадочными деформациями преимущественно при дополнительных нагрузках;

2) лессовых пород(преимущественно лессовидных) различных генетических типов и комплексов, способных давать незначительные просадочные деформации при дополнительных нагрузках;

3) четвертичных отложений с участками лессовидных пород, неоднородных по просадочности.

В распространении лессовых пород проявляется один общий признак: они имеют преимущественно прерывистое, островное развитие, залегая невыдержанными по мощности слоями на различных геоморфологических элементах (водораздельных пространствах, выположенных склонах и поверхностях высоких речных террас).

Минералогический состав лессовых пород.

Минералогический состав лессовых пород отличается рядом региональных особенностей.

Среди элювиально-делювиального комплекса Т.Г. Рященко выделяет петрографические провинции, увязанные с подстилающими породами. В области распространения кембрийских пород – рудная. Она характеризуется содержанием магнетита, ильменита, в меньшей степени лимонита до 80-90%, в качестве примесей присутствуют зерна апатита, циркона, гранатов, редко – роговой обманки и эпидота. На ордовикских песчаниках и алевролитах – эпидот-гранато-рудная минеральная ассоциация. Количество рудных составляет 40-60%, гранатов – 15-30%, эпидота – 15-20%, среди второстепенных типичны циркон, турмалин, роговая обманка, сфен, апатит, дистен. В поле юрских пород преобладают цирконо-гранато-рудное, реже рудно-амфиболовое сообщества.

Основные минеральные ассоциации делювиальных лессовидных образований среди среднеплейстоценовых – цирконо-гранато-рудная либо эпидот-рудная, а верхнеплейстоценовых – амфиболо-эпидотовая с увеличением рудных минералов в районах высоких речных террас. К второстепенным минералам относятся гранат, циркон, рутил, апатит, пироксены, турмалин и др. Преобладание зеленоцветных минералов – основная отличительная черта лессовидных делювиальных суглинков. В вертикальном разрезе лессовой толщи наблюдается выдержанность минерального состава.

Облессованный аллювий отличается заметным обогащением минералов тяжелой фракции. Преобладают эпидот, амфиболы, рудные, цоизит, кроме того, присутствуют циркон, гранат, сфен, таз, пироксены и др.

Химический состав лессовых пород.

Химический состав лессовых пород помогает распознать те процессы, которые протекают в осадках при их литификации.

Важнейшей чертой лессовых пород является карбонатность. Содержание карбонатов от 0 до 20 %, редко более. Среди них выделяются сингенетичные, обычно тонкие зерна, и вторичные, чаще в виде разнообразных скоплений.

В молодых аллювиальных образованиях чаще всего встречаются вторичные карбонаты, накапливающиеся под влиянием почвенных процессов в условиях интенсивной дегидратации. Вседствие этого наблюдается повышение карбонатности с высотой террас. Элювиально-делювиальные лессовые разности отличаются широким диапазоном изменения карбонатности. Карбонаты встречаются в различных формах, как первичные терригенные, так и вторичные, аутигенные. Вид и количество их в первую очередь зависит от состава коренных пород.

В процессе выветривания и делювообразования происходит некоторый вынос солей. Количество воднорастворимых солей в составе лессовидных отложений различных типов не превышает 1%, в в распределении же их проявляется влияние климатических условий, состава материнских пород и процессов диагенеза.

В лессовидных суглинках и супесях верхнего делювиального горизонта легкорастворимых солей встречается от 0,06 до 1,7%.

В степных и лесостепных частях фиксируется прогрессивное накопление легкорастворимых соединений. Совершенно другая картина наблюдается на участках значительного увлажнения. Под действием атмосферных осадков делювиальные породы опресняются за счет выноса хлоридных и сульфатных солей.

Делювиальные среднеплейстоценовые и аллювиальные породы относятся к незасоленным. В делювиальных суглинках встречается 0,1-0,2% солей, а в аллювии обычно 0,06-025%.

Основным источником материала служили местные коренные и четвертичные породы. Разнообразие исходного материала, региональные природные и местные геоморфологические особенности определили отличия в составах. Они выражаются в характере распределения карбонатов и их количестве, емкости поглощения, валовом химическом составе. Но в тоже время близость многих черт: слабая засоленность и единство типа засоления, преобладание вторичных карбонатов в аллювиальных образованиях и породах среднеплейстоценового возраста, щелочная реакция среды, одинаковый комплекс поглощенных катионов, что свидетельствует об однозначности и единонаправленности протекающих процессов литификации.

Структурно-текстурные особенности лессовых пород.

На основании полевых исследований выделены следующие разновидности текстур:

1. пористая, характеризуется однообразием состава, равномерным распределением зерен и включений. Встречается большей частью у эолово-делювиальных и делювиальных верхнеплейстоценовых разностей;

2. скрытослоистая (после удара молотком кусок раскалывается по параллельным плоскостям); обычна для делювиальных нижнеплейстоценовых, реже наблюдается эолово-делювиальных и делювиальных верхнеплейстоценовых отложений;

3. слоистая, чаще всего параллельная, реже косая; слоистость особенно типична для флювиогляциальных, аллювиальных и озерно-аллювиальных образований и прослеживается по всему разрезу, у пород делювиального рода встречается только по отдельным частям слоя;

4. полосчатая и пятнистая- наблюдаются в зоне элювиально-делювиальных лессовидных отложений; обусловлена изменениями пород под влиянием окислительных процессов при гипергенезе.

Текстурные особенности лессовых пород определенным образом указывают на условия осадконакопления и литификации. Лессовидные суглинки нижнего горизонта отличаются обычно хорошо выраженной слоистостью, наличием включений крупных зерен и вторичных образований, что указывает на относительно интенсивные условия сидементации и глубокие изменения при диагенезе и катагенезе. Слоистость, встречающаяся в эолово-делювиальных и делювиальных разностях, связана с активизацией процессов плоскостного смыва в отдельные отрезки времени. Элювиально-делювиальные отложения отличаются текстурами, образующимися в процессе выветривания.

Лессовые породы отличаются значительным разнообразием состава (см. таблицу). Это – разновидности от пылеватых песков до тяжелых глин, но в подавляющем большинстве – средние суглинки. На долю пылеватых частиц приходится около 50% с преобладанием крупнопылеватой фракции.

Читайте также: