Инженерно-геологическая характеристика осадочных пород с жесткими связями.

Супеси содержат от 3 до 10 % глинистых частиц, вследствие чего по своим инженерно-геологическим свойствам они занима­ют как бы промежуточное положение между глинистыми и песчаными грунтами.

Содержание глинистых частиц у суглинков меньше, чем у Глин — около 10—30 %, в связи с этим количество коллоидов то­же не так велико. Мономинеральных разностей среди суглинков не встречается. Свойства, характерные для глинистых пород, выражены, естественно, в суглинках менее ярко.

К глинам обыкновенно относят породы, у которых содержа­ние глинистых частиц превышает 30%. Встречаются глины, обладающие высокой дисперсностью, у них количество глинистых частиц ни может достигать 60 % и более. Как правило, в глинах содержится много коллоидов. Среди глин преобладают полиминеральные. Описанные выше особенности связных или глинистых фунтов выражены у глин особенно ярко.

По петрографическому составу глинистые фунты можно разделить на глины, суглинки и супеси.

К глинистым относят породы, у которых содержание глинистых частиц превышает 3 %. Эти грунты обладают хорошо выраженными пластическими свойствами и способностью к набуханию в воде. Во влажном состоянии они практически водонепроницаемы.

Глинистые частицы формируются, в основном, в процессе хи­мического выветривания. Наличие этих частиц в породах в зна­чительном количестве обусловливает проявление нового характера связей между всеми элементами (частицами). Это коллоидные связи, кото­рые являются следствием действия сил молекулярного и электро­статического притяжения как непосредственно между самими ча­стицами, так и между частицами и молекулами воды, содержащейся в породе. При непосредственном взаимодействии между частицами устанавливаются достаточно прочные связи, обусловливающие вполне высокую прочность породы в целом. В том случае, когда минеральные частицы окружены оболочками воды, взаимодействие может осуществляться лишь через эти оболочки, и, естественно, что связи между частицами (они называ­ются водноколлоидными) оказываются менее прочными. При таких связях частицы под влиянием внешних усилий мог перемещаться без нарушения сплошности всей массы породы, это означает, что порода обладает способностью к значительны) пластическим деформациям. Такие породы, которые могут при определенной степени влажности (увлажнения) переходить в пластичное состояние, с инженерно-строительной точки зрения должны быть выделены в отдельную общность грунтов, которое именуется связными или пластичными.

Инженерно-геологическая характеристика осадочных горных пород без жестких связей.Обломочные, глинистые, некоторые представители хемогенных и органогенных пород достаточно условно можно объединить в группу пород без жестких связей, что полностью характеризует «взаимоотношения» слагающих их эле­ментов. Эта группа объединяет большой и разнообразный круг по­род — от высокодисперсных глин до грубообломочных пород. Группа описываемых пород подразделяется на три крупные под­группы: первая объединяет глинистые и пылеватые, или связные, вторая — обломочные несцементированные, или несвязные, третья — биогенные. В подгруппу связных входят глинистые и лессовые породы, для которых характерно значительное содержание глинистых и пылеватых частиц. Отдельно рассматриваются породы, имеющие жесткие связи, — это сцементированные породы ти­па песчаников или аргиллитов.

Классификация обломочных осадочных пород

Размер об­ломков, мм	Обломки	Обломочные породы	Фракции по ГОСТ 25100 95
	углова­тые	окатанные	рыхлые	сцементированные из ча­стиц
				угловатых	окатанных
Более 200	Глыбы	Валуны	Грубообломочные	Брекчии	Конгло­мераты	Валунная (каменистая)
200-40	Щебень	Галеч­ник				Галечниковая (щебенистая)
40-2	Дресва	Гравий				Гравийная (дресвяная)
2-0,05	Песчаные	Песчаные		Песча­ники	Песчаная
0,05-0,005	Пылеватые	Пылеватые		Алевро­литы	Пылеватая
Менее 0,005	Глинистые	Глинистые		Аргилли­ты	Глинистая

Окатанность возникает в процессе переноса обломков водой. В природе чаще всего встречаются скопления, состоящие из обломков разного размера. Название обломочной породе при этом дается по обломкам, которые в породе занимают более 50%.

К обломочным породам в виде самостоятельной группы относят пирокластические породы, которые формируются из твердых вулканических продуктов (пепла, песка). Оседая на поверхность земли, песок и пепел образуют сцементированные накопления (пепел, туфы и др.).

Грубообломочные породы.В их состав входят угловатые (глыбы, щебень, дресва) и окатанные (валуны, галька, гравий) обломи различных горных пород. Наибольшее количество приходится на горные районы, морские побережья, речные долины, районы ледниковых отложений.

Песчаные породы — рыхлые накопления, состоящие из обломков минералов песчаного размера (2—0,05 мм). Таких частиц породе должно быть не менее 50 %. По крупности частиц пески подразделяют на крупные (2—0,5 мм), средние (0,5—0,25 мм), мелкие (0,25—1 мм) и пылеватые (менее 0,1 мм). В песках преобладают минералы, наиболее устойчивые к выветриванию (кварц, слюды и др.).

Мономинеральные пески, например кварцевые, встречаются редко. «Вредными» в строительном отношении примесями являются оксиды железа, гипс, слюды, глинистые частицы. Проис­хождение песков — речное, ветровое, морское и т. д.

Глинистые породы. Глинистые частицы являются основными составными частями супесей, суглинков и глин. Каждая из этих пород в зависимости от количественного взаимоотношения пылеватых и глинистых частиц имеет свои разновидности. Так, су­песь бывает легкая крупная, легкая пылеватая, тяжелая пылеватая; суглинки — легкие, легкие пылеватые, тяжелые, тяжелые пылеватые; глины — опесчаненные, жирные.

Глинистые породы составляют около 50 % общего объема осадочных пород и чаще всего являются основаниями различных зданий и сооружений.

К связнымотносят различные глины, суглинки, супеси лессы и лессовидные породы. Все они формируются преимущественно под влиянием процессов выветривания и денудации (хотя имеются и морские глины различных генетических типов), когда на­ряду с агентами физического выветривания активно действуют агенты химического выветривания.

Благодаря этому изменяется не только минеральный состав пород, но и степень их дисперсности. Химические реакции, про­текающие в природе, приводят к возникновению и накоплению глинистых частиц (размером менее 0,001 мм), коллоидных частиц (размером менее 0,025мм). Агенты химического выветривания являются основным фактором, обусловливающим особенное состава пород, входящих в связные.

Связные породы обладают целым рядом свойств, значительно отличающих их от других грунтов. К числу наиболее характерных особенностей следовало бы отнести изменение их свойств в зависимости от влажности. Так, с ростом влажности прочность резко снижается, в сухом же состоянии эти породы способны выдерживать без разрушения весьма значительные нагрузки.

При большом содержании воды порода вообще способна пе­рейти в текучее состояние. Связные грунты при определенно влажности проявляют пластичность и липкость, они набухают при увлажнении и дают усадку при высыхании. Пористость обычно высокая, однако, несмотря на это, водопроницаемости незначительна, так как пористость породы сформирована преимущественно замкнутыми микропорами.

Связные породы, в свою очередь, подразделяют на глинистые, лессовые и алевритовые.

Глинистые грунты могут формироваться под воздействием различных природных процессов. В соответствии с этим при их подразделении в инженерно-геологических целях выделяют не только петрофафические, но и генетические типы.

Каждый тип характеризуется присущими ему особенностями состава, структуры и текстуры глинистых толщ. Выделяют элювиальные, делювиальные, пролювиальные, аллювиальные, флювиогляциальные, озерные, озерно-болотные, морские, моренные, эоловые супеси, суглинки и глины (кроме, пожалуй, эоловых глин). Глинистые породы являются одним из наиболее широко распространенных типов грунтов. Они встречаются среди отло­жений различного возраста, начиная с кембрия и кончая совре­менными, по сути еще формирующимися образованиями. Кроме того, ощутимое влияние на свойства глини­стых фунтов оказывают их возраст и условия залегания.

Пескиимеют чрезвычайно широкое распространение. Интенсивное использование песков в строительной практике в различных целях предопределяет необ­ходимость тщательного их изучения. Песчаные породы открыва­ют в нашем описании распространенную группу несвязных грунтов, не имеющих или почти не имеющих аналогичных глинистым грунтам связей между частицами и реализующие свои прочностные и деформационные характеристики за счет других особенностей своего внутреннего строения.

Состав, строение и свойства песков определяются, как и у всех пород, их генезисом. Установлено, что разные генетические типы песков имеют различное распространение: в Европейской части СНГ, включая страны Балтии, 51 % площади занимают аллювиальные пески, 24 % — водноледниковые, 11,3% —эоло­вые, 3,6 % — аллювиальные, 5—6 % — морские, 1,6 % — озерные, 1,5% — остальные типы.

Крупнообломочные породыпредставляют собой преимуществен­но обломки пород размером более 2 мм. Обломки эти несцемен­тированы и аналогичны во взаимодействии друг с другом песча­ным грунтам, т. е. в них отсутствуют связи, характерные для глинистых грунтов и грунтов с жесткими кристаллизационными связями. Обломки пород, в основном определяющие свойства и поведение грунтов под сооружениями, могут иметь различный петрографический состав и различную форму, степень обработанности, что, с одной стороны, определяется составом пород, а с другой (и это главное) — генезисом крупнообломочных пород (рис. 25).

 

Рис. 25. Формирование пористости зернистых пород различной морфологии: а — угловатых; б—окатанных («кубическая установка»); в — окатанных различного размера («гексагональная упаковка»)

 

Обломочные сцементированные породы. Рыхлые обломочные породы в природных условиях могут подвергаться це­ментации за счет веществ, выделяющихся из циркулирующих вних водных растворов; в поры может вноситься («вмываться») пылеватый и глинистый материал. Кроме того, в них могут выпадать из растворов в осадок гипс, кальцит, кремнекислота, гидроксиды железа и другие соединения. Появление этих веществ в толще не­сцементированных обломочных грунтов приводит не только к уве­личению плотности последних, но и вызывает образование прочных кристаллизационных связей между отдельными частицами вследствие цементации межчастичного пространства. В итоге в ходе геологической «жизни» несцементированные крупнообломочные породы и пески превращаются в конгломераты, брекчии, песчаники, т. е. в грунты с жесткими кристаллизационными связями. Обычно это происходит в зоне цементации, которая располагается в земной коре на некоторой глубине ниже зоны выветривания.

Но взаимоотношению обломков (или зерен) и цементирую­щего вещества различают базальный, контактовый и поровый тип цемента. Наиболее прочны породы с базальным цементом, в котором, обломки рассеяны в общей массе цементирующего ве­щества. Цементирующие вещества по своему составу могут быть Кремнеземистыми, железистыми, известковыми и глинистыми. Наиболее прочным является кремнеземистый цемент, наименее прочным — глинистый. Наиболее широко распространены следу­ющие типы сцементированных пород: конгломераты, брекчии, и аллевролиты и аргиллиты.

Обломочные сцементированные породы, как правило, терригенные и их свойства обусловлены в большинстве случаев составом цементирующего вещества, его количеством и типом. Наи­более характерными цементами в терригенных породах являются кремнистый (кварцевый), железистый, карбонатный и глини­стый. Реже встречаются породы, сцементированные гипсом, еще реже — имеющие в виде цемента галлоидные соединения.

Обломочные породы в зависимости от размера составляющих частиц могут быть подразделены на крупнообломочные сцемен­тированные: конгломераты, гравелиты, реже брекчии; мелкообло­мочные сцементированные (песчаные), объединяющие крупно-, средне- и мелкозернистые песчаники.

Среди крупнообломочных сцементированных пород наиболее известны, описаны и изучены конгломераты (рис. 26). Они в об­щем-то и самые распространенные среди сцементированных по­род. Мощные толщи конгломератов образовались в эпохи горообразования (при орогенезе).

Гравелиты в виде толщ значительной мощности и протяжен­ности встречаются значительно реже, чем конгломераты, а чаще образуют пачки и прослои, переслаивающиеся с другими терригенными породами. Гравелиты состоят из обломков алевролитов, песчаников, эффузивных или интрузивных пород гравийных раз­меров, сцементированных различного состава цементом. Состав и тип цемента определяют физико-механические свойства гравелитов. Они относительно легко выветриваются, при этом сначала выкрашиваются гравийные зерна, а затем порода распадается на о6ломки неправильной формы, образующие глыбовые осыпи, курумы и каменные потоки.

Рис. 26. Осадочная сцементированная порода — конгломерат.

 

 

Песчаные сцементированные породы по величине составляющих их зерен и соотношению фракций различного размера частив подразделяют на однородные (крупно-, средне-, мелко-, тонкозер­нистые) и разнозернистые. По минеральному составу преобладают песчаники полиминерального состава, плохо сортированные, преимущественно слабоокатанными зернами. Встречаются также мезомиктовые, полимиктовые и олигомиктовые песчаники, нозначительно реже. Цемент песчаников также может быть самым разнообразным как по составу, так и по типу (базальный, поровый, пленочный и т. д.). Все эти факторы по существу определяют физико-механические свойства песчаников и обусловливают значительное разнообразие этих свойств, что является достаточно ха­рактерным для этого типа осадочных пород.

Наибольшей прочностью, как установлено, обладают кварцевые песчаники с кремнистым или железистым цементом. Сред нее значение их сопротивления сжатию, как правило, превышая 150—200 МПа. Наименее прочные песчаники, обычно сцементированные глинистым цементом, имеют прочность не более 1-2 МПа.

Определенное влияние на инженерно-геологические свойства песчаников оказывают состав песчаной фракции и размер песча­ных зерен. Если мелкозернистые песчаники имеют прочность на сжатие в среднем 120 МПа, то среднезернистые—около 90 МПа. Играет также роль и возраст породы. Например, от древних пород к молодым меняется характер цемента и увеличивается пористость, что, в свою очередь, снижает прочность. Однако известно, что среди достаточно молодых (например, меловых) песчаников Подмосковья встречаются прослои и линзы песчаников на крем­нистом цементе, прочность которых превышает 200 МПа.

Большое разнообразие песчаников и их свойств требует тща­тельной инженерно-геологической оценки. Крепкие песчаники являются высокопрочными породами, устойчивыми к выветрива­нию, малосжимаемыми, слабоводопроницаемыми (фильтрующи­ми воду исключительно по трещинам). Слабопрочные разности песчаников легко выветриваются, часто разрушаются до песков. Эти породы характеризуются водопроницаемостью по порам (кроме трещин) и являются неводостойкими образованиями.

Пылеватые и глинистые сцементированные и сильноуплотнен­ные породы.Типичными представителями этих пород являются аргилиты и алевролиты.Они образуются при «окаменении» песчано-пылеватых и глинистых пород вследствие их уплотнения, повышения температуры и кристаллизации коллоидов. Аргилли­ты типичны для платформенных областей, где они залегают сре­ди недислоцированных и неметаморфизованных пород. Алевролиты встречаются как в платформенных, так и в складчатых областях. Алевролиты из складчатых областей часто несут на себе следы метаморфизма.

Алевролиты и аргиллиты редко образуют однородные тела значительных размеров. Чаще всего они залегают прослоями в толще песчаных или песчано-карбонатных пород. В зависимости от гранулометрического состава они могут быть песчаными, пылеватыми или глинистыми (в данном случае это характеристика состава главных примесей). Характеристика состава является определяющей в оценке формирования физико-механических свойств описываемых пород, но тем не менее главнейшими факторами, сказывающимися на прочностных параметрах аргил­литов и алевролитов, являются тип и состав цемента. В зависи­мости от цемента алевролиты и аргиллиты образуют обширный ряд последовательных переходов от слабопрочных разностей, близких по своим свойствам к глинам, до окварцованных пород, среднее значение прочности которых превышает 100 МПа. В большинстве случаев алевролиты и аргиллиты в инженерно-геологической практике оцениваются как породы с худшими показателями, нежели песчаник. Объясняется это тем, что породы обладают выраженной слоистостью, особенно в тонкозернистых разностях, и вследствие этого значительной анизотропией свойств. По базальным поверхностям алевролиты и аргиллиты легко выветриваются, часто образуют подвижные осыпи на склонах. Вместе с этим массивные разности алевролитов по прочности иногда приближаются к крепким песчаникам, а иногда и превосходят их.

Большое различие в показателях физико-механических свойств определяется широким диапазоном в изменении состава пород, их структуре, текстуре, характере цементационных связей, степени выветрелости. Описываемые породы практически всегда неморозостойкие, не выдерживают механического перемятая и размягчения, а также резких температурных колебаний и возникающих всвязи с этим напряжений. Породы выветриваются исключительна быстро, чему способствует слоистая текстура, которая иногда еще усугубляется наличием слюдистых включений. Многие образцы поднятые из скважин на поверхность, рассыпаются в труху, размокают в воде в течение первых суток, а при резких сменах температуры окружающего воздуха и еще быстрее — «на глазах» — в течение нескольких часов. Установлено также, что глинистые алевролиты по сравнению с песчаными обладают меньшей плотностью и соответственно большей пористостью. Наличие алевролитов и аргиллитов как слабых прослоев в массивах (слоистый толщах) терригенных пород существенно осложняет общую инженерно-геологическую обстановку, затрудняет проведение инженерных изысканий, требует длительного изучения слоистой толщи, в общем, отрицательно сказывается на инженерно-геологической их оценке в качестве оснований промышленно-гражданских и других сооружений.

Хемогенные породы образуются в результате выпадения из водных растворов химических осадков; процесс протекает в водам морей, континентальных усыхающих бассейнов, мелководных лагунах, заливах, соленых источниках и т. д. К этим породам относят различные известняки, известковый туф, доломит, ангидрит, гипс, каменную соль и др. Общей для пород особенностью является их растворимость в воде, трещиноватость. Наиболее же распространенными хемогенными породами являются все-таки известняки, которые по своему происхождению могут быть также обломочными, органогенными.

Органогенные (био-хемогенные) породы образуются в результате накопления и преобразования остатков животного мира и растений, отличаются значительной пористостью, многие растворяются в воде, обладают большой сжимаемостью. К. органогенным поро­дам относятся известняк-ракушечник (рис. 27), диатомит и др.

Кремнистые породыхимического и биохимического происхождения встречены и описаны среди самых разновозрастных отложений. В составе мезозойских и частично палеозойских кремнистых пород преобладает такой минерал, как халцедон, а кайнозойские породы сложены в основном опалом. Приведенная общая минера­логическая характеристика является отличительной чертой крем­нистых пород данного генезиса.

Морские кремнистые породы довольно широко распростране­ны в земной коре. В инженерно-геологической практике наибо­лее хорошо изучены опоки, особенно мелового и палеоген-неогенового периодов. Они встречаются в Среднем и Нижнем Монолжье, на восточном склоне Урала, в западной части Запад­но-Сибирской низменности и ряде других районов.

Опоки сложены тонкозернистым опалом, содержание которо­го достигает 85—90 %, Обычно в опоках почти отсутствуют частицы свыше 0,1 мм, а частиц, которые меньше этой величины, содержится более 70—80 %. Рядом промежуточных типов опоки снизаны с глинистыми и песчаными породами.

Типичные опоки имеют желто-серый и светло-серый цвет, для плотных окремнелых разностей характерна более темная (темно-серая) окраска. Практически во всех разностях опок об­наруживается раковистый излом.

Общими инженерно-геологическими особенностями опок яв­ляются: 1) высокая пористость; 2) большая влагоемкость; 3) сравнительно высокая прочность в сухом и значительное ее па­дение при водонасыщении; 4) слабая морозоустойчивость.

Характерной чертой опок является именно их чрезвычайно слабая морозоустойчивость. Уже после 2—4 циклов попеременно­го замораживания и оттаивания образцы разрушаются. Это мо­жет быть объяснено лишь большой влагоемкостью опок (до 50—70 %). Кроме того, нужно отметить, что хотя поры в опоках открытые и сообщаются друг с другом, водопроницаемость опок ничтожна (возникающий в опоках естественного сложения коэф­фициент фильтрации, равный 5 м/сут, связан исключительно с трещиноватостью пород массива).

Диатомиты и трепелы — также кремнистые породы. Инженер­но-геологически они, как и опоки, изучены слабо, так как прак­тически не используются в качестве оснований сооружений, хотя широко применяются в промышленности строительных материа­лов и других отраслях производства.

Карбонатные осадочные породыраспространены довольно ши­роко. Они встречаются практически в составе всех стратиграфи­ческих систем, например среди нижнепалеозойских отложений Сибирской платформы, в среднем и верхнем палеозое Русской платформы, в мезозое Крыма, Кавказа и Средней Азии. Инже­нерно-геологическому изучению карбонатных пород уделяется большое внимание не только потому, что они часто используют­ся в качестве оснований и среды для многих сооружений, но и в связи с их способностью к карстованию. Детальное изучение закарстованных массивов проводится при промышленно-гражданском, дорожном, гидротехническом и энергетическом строитель­стве (включая подземные сооружения), а также при разработке месторождений полезных ископаемых.

Среди карбонатных пород наиболее широко распространены известняки и доломиты, значительно реже встречается мел, хотя местами он образует значительные залежи. Помимо чистых раз­ностей указанных пород описано большое число «смешанных» типов: различных мергелей, известковых песчаников и т. д.

Известняки,как правило, образуются в морских условиях и в зависимости от примесей (глинистых, битуминозных и др.), их структуры и текстуры обладают значительно разнящимися свой­ствами.

Наиболее прочными являются массивные мелкозернистые пе­рекристаллизованные окварцованные известняки. Сопротивление их сжатию в воздушно-сухом состоянии 100—240 МПа. В неко­торых случаях после испытаний на морозостойкость прочность их значительно снижается и не превышает 70 МПа, что, главным образом, объясняется их микротрещиноватостью, существенно нарушающей внутреннюю структуру породы.

В различных стратиграфических системах отмечено широкое распространение битуминозных известняков. Обычно это микро- и мелкозернистые образования, хотя описаны и среднезернистые разности.

Прочность битуминозных известняков в воздушно-сухом со­стоянии составляет 75—90 МПа, при водонасыщении эта величина практически не снижается. Аналогичная картина постоянства прочности отмечается и при испытании на морозостойкость.

Кристаллические известняки разнообразны по структуре: от мелкозернистых до крупнозернистых и даже брекчневидных. Наиболее прочными, при оценке известняков по структуре, явля­ются мелкозернистые разности (их временное сопротивление сжатию достигает 100 МПа). Прочность крупнозернистых извест­няков колеблется в большом диапазоне значений (75—25 МПа) и зависит как от структуры породы, так и от ее микротрещиноватости, которая имеет литогенетическое и тектоническое проис­хождение. Немалую отрицательную роль здесь играют микротрещины выветривания.

У брекчиевидных кристаллических известняков среднее значе­ние предела прочности на сжатие редко превышает 25—30 МПа. Еще менее прочны известняки-ракушечники: их сопротивление сжатию редко превышает 2—3 МПа, а во многих случаях менее 1 МПа.

Наличие кремнистого материала сказывается положительно на прочностных и других характеристиках известняков, в то время как примесь глинистого материала (за исключением водопрони­цаемости) может играть отрицательную роль.

Прочность массивов, сложенных карбонатными породами, в основном определяется их трещиноватостью различного проис­хождения. Кроме тектонической трещиноватости, трещин первичной отдельности, по долинам рек массивы часто нарушены трещинами оседания. В отсевших блоках породы разбиты на от­дельные глыбы густой сетью трещин.

Характер и интенсивность выветривания известняков во мно­гом зависят от их структурных и текстурных особенностей. Наи­более стойкими к выветриванию являются массивные мелкозер­нистые окремневшие или окварцованные известняки, особенно же легко выветриваются плитчатые и рассланцованные разности. Аналогичная зависимость прослеживается и в процессе карстования известняков.

Доломитынаряду с известняками являются широко распро­страненными породами карбонатного комплекса. Обычно это мелко- или среднекристаллические породы, гораздо реже встре­чаются крупнозернистые и брекчиевидные разности. Довольно часто доломиты содержат повышенное количество кальцита, а в отдельных случаях отмечена примесь глинистого материала. Доломиты обычно имеют высокие показатели физико-механических свойств.

Основным фактором, определяющим физико-механические свойства доломитов, является их микротрещиноватость, но немаловажную роль в формировании свойств играет и состав доломи­тов Так известковые доломиты имеют прочность на сжатие 80 МПа, а глинистые - около 60 МПа, тогда как чистые разно­сти пород без примесей всегда показывают прочность намного больше, чем 100 МПа.

Прочность доломитов естественным образом тесно связана с генезисом и со структурой породы.

Наиболее прочными являются перекристаллизованные и брекчиевидные разности (R_сж≤110МПа), затем пелитоморфные хемогенные и обломочные (R_сж≤17...30 МПа), органогенные и мелоподобные разности (R_сж = 3...12 МПа).

При фильтрации через доломиты сульфатных вод образуется вторичный кальцит, выщелачивание которого зачастую приводит к образованию доломитовой муки. Доломитовая мука залегает в виде линз или относительно выдержанных прослоев среди пермских и каменноугольных отложений и подробно изучена в Поволжье (район Самарской Луки). Доломитовая мука состоит в основном из доломита (87-99 %) и кальцита (13-1 96), размеры частиц ко­торых в своей основной массе составляют 0,01—0,25 мм. В некото­рых разностях содержание частиц размером 0,05-0,01 мм достига­ет 88% Часто присутствуют крупные частицы размером 5—7мм. Естественная пористость породы очень высокая — до 33—54 %. Доломитовая мука не пластична. Отдельные ее «участки» слабо­сцементированы вторичным кальцитом. Главные физико-механи­ческие свойства доломитовой муки во многом сходны со свойства­ми тонкозернистых песчаных грунтов. Водопроницаемость же доломитовой муки очень мала. Это, по-видимому, является одной из главных причин оплывания ее в фильтрующих откосах и бортах карьеров а также возникающей в ее толще механической суффо­зии, особенно когда слабоуплотненная доломитовая мука выпол­няет открытые сообщающиеся трещины.

Одной из очень интересных карбонатных пород является мер­гель.Это известково-глинистая порода, у которой глинистые час­тицы сцементированы карбонатным материалом. Распределение глинистого и карбонатного вещества в мергеле чаше всего равно­мерное Мергель и мергелистые породы встречаются в отложени­ях всех стратиграфических систем. Обычно под мергелем пони­мают такую породу, у которой содержание СаСО₃ колеблется в пределах 25-30%- При большем содержании СаСО₃ порода по­лучает название мергелистый известняк, а при меньшем — гли­нистый мергель. Эти типы пород связывают мергель, с одной стороны с известняками, а с другой — с глинами. Мергели ха­рактеризуются различными свойствами, которые должны учитываться в конкретной обстановке (на участке исследований для проектирования и строительства основания сооружения).

Мергель способен набухать благодаря содержащемуся в нем глинистому веществу, при этом все мелкие трещины, по которым возможна циркуляция волы, закрываются и тем самым прекра­щается фильтрация воды сквозь мергелистые толщи. Набухание мергелей, равно как и другие их инженерно-геологические свой­ства, зависят главным образом от соотношения в породе карбо­натной и глинистой составляющих.

Физико-механические свойства мергелей в связи с содержа­нием карбонатов и степени их дисперсности определяются в очень широком диапазоне изменения. На природных склонах и откосах искусственных выемок мергели быстро выветриваются, разрушаются, формируя весьма подвижные плитчатые осыпи.

Немаловажной особенностью мергелей, обусловленной уника­льностью их состава (карбонаты + глина), является (практически без дополнительного обогащения) возможность использования их в качестве природного сырья для производства цемента. Так, мер­гели карбонатного флиша Цемесской бухты Черного моря служат сырьем для знаменитых новороссийских цементных заводов.

Своеобразной породой карбонатного состава является белый писчий мел.Кроме мела описано значительное число мелоподобных пород. Мел и мелоподобные породы встречаются в России редко, преимущественно в бассейне Дона и в Нижнем Поволжье и приурочены к отложениям верхнемелового возраста.

Мел является органо-хемогенной породой, сформировавшейся в особых условиях, когда одновременно с наличием известковистых остатков организмов шло выделение из воды неорганиче­ского кальцита. Однородность мела весьма высока, а содержание кальцита всегда больше 90 % (92—97 %).

В сухом состоянии мел представляет собой плотную породу, в подонасыщенном обладает довольно мягкой консистенцией и рас­тирается руками до отдельных мельчайших частиц. Общий состав частиц: размером 0,05—0,005 мм — 80 % (трехсуточное отстаивание суспензии мела давало полное оседание и при этом жидкость в стеклянном цилиндре над осадком была совершенно прозрачной); 0,001—0,005 мм — не более 3 % крупнее 0,05 мм — 15 %, причем преобладают частицы, имеющие размер 0,05—0,1 мм; более 1 мм — нет.

Мел имеет значительную пористость и трещиноватость. При отсутствии трещин водопроницаемость меловых толщ очень мала, при наличии трещин пористость от 30—32% до 52—54% —наи­меньшей пористостью обладают образцы с повышенным содержа­нием терригенного материала.

Прочность мела изменяется в значительных пределах в зави­симости от его состава, пористости и влажности. Благодаря сла­бой цементации и большой влагоемкости мел имеет очень низ­кую морозоустойчивость. При инженерно-геологической оценке массивов, сложенных писчим мелом, необходимо детально изу­чать текстуру породы, ее консистенцию, а также возможность механической суффозии по трещинам.

Писчий мел и мелоподобные породы обладают значительной водоудерживающей способностью, а также не выдерживают перемятия, особенно во влажном состоянии, что затрудняет проходи­мость транспорта во вскрытых в мелах строительных котлованах и карьерах по добыче писчего мела — важного полезного ископаемо­го, используемого в промышленности строительных материалов.

Сульфатные галоидные породыобразуют самостоятельные круп­ные тела преимущественно в районах передовых прогибов. В дру­гих же образованиях они присутствуют в виде линз, прослоев, це­мента в доломитовых толщах или в лагунно-континентальных терригенных отложениях.

Гипс,как типичный представитель сульфатных отложений, ча­сто встречается вместе с ангидритом. Ангидрит (CaSO₄) в сопри­косновении с водой легко гидратируется и переходит в гипс (CaSO₄·2H₂O). Этот переход сопровождается значительным увели­чением объема, с которым, в свою очередь, часто связаны де­формации гипсовых толщ и соответственно они сказываются и на расположенных на этих отложениях основаниях сооружений. Деформации проявляются не только в самой породе, но и сказы­ваются на соседних породах и проявляются в кровле слоистой толщи. Это обстоятельство следует учитывать при назначении программы инженерно-геологических изысканий. Чаще всего в инженерно-строительной практике приходится оценивать и изу­чать не отдельные пласты сульфатов, а их включения и линзы, встречающиеся среди доломитов, морских глин и других пород. При этом большое значение имеет правильная оценка процессов выщелачивания, которые не только существуют, но и могут возникнуть в породах в процессе эксплуатации инженерного сооружения.

Попутно заметим, что растворимость гипса 2—7 г/л, что само по себе уже требует значительного внимания к возможным про­цессам химической суффозии и карста, и вызывает необходи­мость тщательных гидрогеологических исследований гипсовых толщ.

Некоторые разности ангидритов,особенно мелкокристалличе­ские, характеризуются высокими показателями прочности. При­рода прочности сульфатных пород слабо изучена и требует тщательного специального исследования для каждого конкретного случая использования их в строительной практике. Гипсы и ан­гидриты являются ценными полезными ископаемыми.

Среди галоидных солей, встречающихся в природе в виде горных пород, наибольшее распространение имеет каменная соль, практически нацело выполненная галитом (NaCI). Достаточно известны также сильвин (КСl), сильвинит (КСl • NaCI) и карнал­лит (КС1 • MgCl - 6Н₂О).

Выпадение галоидов из перенасыщенных растворов происхо­дит в обстановке либо замкнутых континентальных озер и релик­товых морей-озер, либо в обстановке морских краевых лагун, имеющих затрудненную связь с открытым морем.

Соляные месторождения достигают громадной мощности и часто отличаются друг от друга своеобразными признаками. При­мером может служить Соликамское месторождение каменных со­лей, в котором при прохождении снизу вверх по разрезу отмеча­ется следующая смена солей: каменная соль, сильвинит, карналлит. Возможность использования галоидных пород в инже­нерно-строительных целях весьма ограничена, так как они силь­но растворимы в воде. Величина их растворимости превышает 100 г/л. Это обстоятельство играет еще более отрицательную роль в тех случаях, когда галоидные породы встречаются в виде прослоев, линз или рассеяны в других породах. Наличие раство­римой составляющей в этих породах существенно снижает их инженерно-геологические характеристики.

Галоидные породы, в первую очередь, имеют колоссальное значение как очень ценные полезные ископаемые для различных отраслей химического производства.

Органогенные породы образуются в результате накопления и преобразования остатков животного мира (зоогенные) и растений (фитогенные). Зоогенные — известняк-ракушечник, мел и другие, и фитогенные — трепел, опока, торф и др. Органогенные породы отличаются значительной пористостью, например торф. К этой группе пород относят каменный уголь, нефть, асфальты и др.

Диатомит — слабосцементированная, очень пористая порода белого, светло-серого или желтовато-серого цвета, состоящая из скелетов морских и озерных диатомовых водорослей. Всегда со­держит примесь глинистого материала. Общее содержание крем­незема 80—95%.

Трепел — сходен с диатомитом, но отличается малым содержа­нием неизмененных органических остатков. Легкая, землистого облика порода. Состоит из опала с примесью глинистых частиц. Окраска белая, светло-серая, реже бурая, черная. Объемный вес 250-1000 кг/м.

Диатомиты и трепелы залегают слоями и сходны по всем свойствам. Обладают огнеупорными, кислостойкими, звуко- и теплоизоляционными свойствами, являются сырьем для произ­водства цементов, кирпича и т. д.

Опока — твердая, реже мягкая пористая порода с содержанием до 10% кремнистых остатков водорослей и других организмов, а также примесей глинистого материала, кварца и др. Цвет жел­тый, темно-серый, черный; легкая, хрупкая. Опока внешне похо­жа на мергель, залегает пластами.

Торф — своеобразная, геологически относительно молодая, не прошедшая стадии диагенеза, фитогенная горная порода, образу­ющаяся в результате отмирания и разложения болотной растите­льности в условиях избыточного увлажнения и недостаточного доступа кислорода. По внешнему виду торф обычно представляет собой очень сильно увлажненную волокнистую (при малой сте­пени разложения) или пластичную (при высокой степени разло­жения) массу. Эта масса в зависимости от содержания гумуса бы­вает или светло-коричневой, или почти черной. Сухое вещество торфа состоит из неразложившихся растительных остатков — рас­тительного волокна, продуктов их разложения — гумуса и мине­ральных веществ — золы. Содержание минеральной составляю­щей — золы — не превышает, как правило, 40%.

Лессовые породыотносятся к числу очень распространенных пород, которые встречаются на всех континентах, но особенно широко в Европе, Азии и Америке. Общая площадь, занятая лес­совыми породами на земном шаре, равна примерно 13 млн км². В тропических и субтропических областях Земли лессовые поро­ды не встречены, равно как и в северных, и южных районах, где имеют сплошное распространение вечномерзлые породы. В гра­ницах бывшего СССР лессовые породы занимают примерно 14 % континентальной части, т. е. около 3,3 млн км². Они лежат почти сплошным покровом на большей части Украины, на юге Евро­пейской части России, широко распространены в Средней Азии, Закавказье, Западной Сибири, слагают значительные массивы в Беларуси. Якутии и многих других районах.

Лессовые породы встречаются как на равнинах, так и в гор­ных районах. В пределах низменных равнин они имеют почти сплошное распространение и характеризуются выраженным до­статочно четко постоянством состава, окраски и строения в пре­делах однотипных элементов рельефа. Мощность отложений, как правило, возрастает от первых надпойменных террас к водоразде­лам - в поймах лессовые породы всегда отсутствуют. Для пред­горных и горных районов лессовые породы имеют невыдержан­ное по простиранию (по площади) распространение. Лессовые породы здесь отличаются многообразием генетических типов. В отложениях четко прослеживается проявление вертикальной зональности.

По условиям залегания лессовые породы повсеместно занима­ют покровное положение. Между лессовыми и подстилающими породами может наблюдаться как четко выраженная граница, так и постепенный переход.

Для лессовых пород и их толщ можно выделить следующие общие особенности:

• отсутствие слоистости практически во всех описанных случаях;

• изменение окраски от светло-палевой до шоколадной вниз по разрезу;

• наличие в лессовых породах: погребенных почв и гумусированных прослоев; прослоев песка и гравийно-галечных образований; прослоев вулканических пеплов; пустот биогенного происхождения; горизонтов конкреций карбонатов; столбчатой отдельности в верхней части толщ.

До сих пор нет единого мнения специалистов по генезису лессов: разные ученые высказывают весьма различные, часто рез­ко противоположные точки зрения на происхождение лессов и лессовидных пород. Называют и эоловый, и морской, и аллюви­альный, и пролювиальный, элювиальный (выветривание) генезис. Иногда даже связывают происхождение лессов с континенталь­ным оледенением. Вопрос о генезисе может быть решен, по на­шему мнению, только на основе комплексного изучения состава и строения лессов и их толщ с учетом такого подхода, как полигенетичность лессовых пород, когда эти породы многократно пе­реоткладывались различными способами в разной обстановке от эоловой до морской и (или) в обратном порядке.

По гранулометрическому составу лессовые породы характеризуются значительным разнообразием. Они включают различные разности по крупности, начиная от пылеватых песков до лессовидных глин. Но для всех гранулометрических разностей отмече­но наличие практически всегда пылеватых частиц, содержание которых превышает 50 % по отношению к другим фракциям. Наиболее однородными являются собственно лессы (в них содер­жится не более 15—16 % глинистых частиц и практически отсутствуют частицы размером более 0,25 мм).

В природных условиях лессовые породы отличаются тем, что частицы в них находятся в агрегированном состоянии. Высокая истинная дисперсность, выраженная в преимущественном преоб­ладании пылеватых частиц, сильная агрегированность глинистых и коллоидных частиц, наличие кальцита в значительных количествах создают благоприятные условия для развития в лессовых породах просадочных явлений, которые во многом являются своего рода отличительной чертой лессовых пород в инженер­но-геологическом отношении.

Лессовые породы — это полиминеральные образования. В со­став крупных фракций входит до 50 наименований минералов, из них примерно 10—15 минералов — главные породообразующие. Почти на 90 % минералы представлены так называемой легкой фракцией (плотность частиц менее 2,75 г/см³), главная роль в которой отведена кварцу и полевым шпатам, затем следуют кар­бонаты (кальцит— в среднем 15 %), слюды, гипс и другие минералы. Тяжелая фракция (плотность частиц более 2,75 г/см³) ми­нералов насчитывает порядка 30 минералов. Для крупных фракций лессовых пород, несмотря на их полиминеральность, характерно удивительное сходство минеральных ассоциаций в разных изученных образцах, отобранных в различных, часто до­статочно удаленных друг от друга районах. Это сходство минера­льных ассоциаций выражается как в качественном, так и в коли­чественном наличии и соотношении минералов. Все лессовые породы имеют примерно одинаковый состав главных породооб­разующих минералов, такое же сходство отмечено и во второсте­пенных минералах, что имеет важное значение в формировании инженерно-геологических свойств пород.

В тонкодисперсных фракциях лессовых пород встречается до 25 коллоидно-дисперсных минералов. Однако это не значит, что они присутствуют в породах все вместе, обычно они группируют­ся по 7—12 представителей. Среди этих минералов наиболее рас­пространенными являются гидрослюды, кварц, монтмориллонит и каолинит. Каждая гранулометрическая фракция лессов имеет достаточно постоянную минералогическую ассоциацию.

Наряду с минеральными частицами в лессах присутствует гу­мус (до 12 %). Больше всего гумуса содержится в прослоях по­гребенных почв. Нужно отметить, что повышенное содержание гумуса снижает просадочные свойства грунтов.

Одной из наиболее характерных черт лессов является их карбонатность. Наиболее типичный представитель карбонатов в лес­сах — кальцит.

Карбонаты содержатся в разных количествах в лессах различ­ной географической принадлежности. Для лессов Европейской части России содержание карбонатов колеблется от 0,1 до 20%, для Западной Европы — от 0 до 35 %, для Средней Азии — от 15 до 25 %.

Прочность лессовых пород во многом обусловлена количест­венным содержанием карбонатов, так как высокодисперсные карбонаты способны к созданию достаточно прочных слаборастворимых кристаллизационных связей между отдельными частица­ми породы. Кроме того, наличие ионов кальция способствует аг­регации глинистой и коллоидной фракций.

Установлено, что просадочность лессов очень тесно связана с содержанием водно-растворимых соединений в них: чем больше этих соединений, тем больше просадочность.

Естественная влажность лессовых пород лежит в большом диапазоне: 1—39%, но наиболее часто этот диапазон составляет 3—25 %. Естественная влажность и просадочность связаны между собой: обычно просадочные лессы имеют низкую естественную Влажность.

Лессовые породы, являющиеся полидисперсными глинисто-пылеватыми полиминеральными образованиями, характеризу­ются наличием сложной системы связей между составляющими их частицами. Эта система связей является определяющей в фор­мировании всего комплекса инженерно-геологических свойств лессов.

Суммарная пористость, тесно увязанная с указанными струк­турными связями, обычно очень велика в лессах, ее диапазон со­ставляет 30—64 % (чаще 44—50 %). Просадочные лессы практиче­ски всегда имеют несколько более высокие против средних значения пористости. Пористость способствует просадочности при смачивании лессов.

Важным фактором в проявлении просадочных свойств являет­ся микроструктура лессов. Например, установлено, чем ближе друг к другу располагаются песчаные и пылеватые частицы, чем меньше толщина глинистых пленок между ними, тем выше просадочность лессовых пород.

Рассматривая свойства лессовых пород, необходимо иметь в виду, что лессовые образования, являющиеся, как уже отмечалось, полидисперсными. полиминеральными образованиями с различ­ными типами структур, формируются в результате различных гене­тических, диагенетических и эпигенетических процессов. Большое разнообразие факторов, действующих в условиях континентальной поверхности, неизбежно приводит к различиям лессовых пород как по составу, строению, так и по их инженерно-геологическим свойствам. Именно поэтому лессовые породы одного и того же ге­незиса в разной климатической обстановке могут иметь разные инженерно-геологические свойства. В районах с одинаковыми климатическими условиями различные генетические типы лессовых пород обладают неодинаковыми свойствами.

Приведем некоторые общие физические характеристики лес­совых пород: плотность частиц — 2,54—2,84 г/см³, плотность — 1.33—2,03 г/см³, плотность скелета — 1,12—1,79 г/см³. Лессовые породы обычно обладают невысокой пластичностью: число плас­тичности у чистых лессов меняется от 4 до 10 %, у лессовидных глин соответственно 25—30 %.

Одним из наиболее характерных признаков лессовых пород является их низкая водопрочность. Она выражается в их быстром размокании и значительной размываемости, что часто фактиче­ски определяет оврагообразование в лессовых толщах.

Водопроницаемость лессовых пород изменяется в широких пределах: коэффициент фильтрации может быть и 0,001 и 8,5 м/сут. Все зависит от конкретного состава, строения и усло­вий залегания лессовых пород. В лессовых породах отмечена фи­льтрационная анизотропия, невзирая на отсутствие видимой сло­истости (не имеются в виду отмеченные выше различные типичные горизонты в лессах).

Сжимаемость лессовых пород изменяется в широких пределах (модуль общей деформации в средних значениях лежит в диапа­зоне 2—52 МПа). Лессы и лессовидные грунты, имеющие небо­льшую естественную влажность, обладают незначительной сжи­маемостью. Увеличение влажности, а тем более насыщение пород водой резко снижают их сопротивление сжатию.

Сопротивление сдвигу лессовых пород определяется, главным образом (не отрицая значения других факторов), их физическим состоянием: в сухом состоянии эта величина значительна, при увлажнении породы она естественным образом снижается.

Просадочностъ —типичное свойство лессовых пород. Она вы­ражается в способности лессов и лессовидных пород уменьшать под нагрузкой свой объем при увлажнении, вследствие чего про­исходит опускание поверхности земли, называемое просадкой. Различают собственно просадки лессовых толщ и дополнитель­ные осадки сооружений при замачивании пород.

Не рассматривая подробно сущность явления просадки, отме­тим лишь, что просадочность, как свойство, является по сущест­ву способностью лессовых пород к доуплотнению, поэтому неко­торые специалисты выделяют просадки в рыхлых пылеватых песках. Весомую роль в исследовании сути просадки лессовых пород сыграл профессор Н.Я. Денисов, который создал одну из наиболее правдоподобных схем явления просадки и всех проис­ходящих процессов, его сопровождающих.

Просадочность лессовых пород проявляется как в природной обстановке {так называемые степные блюдца — значительные в диаметре понижения на поверхности земли глубиной 0,8—1,0 м в] степных районах при распространении в них лессовых, склонных к просадкам пород), так и при воздействии человека (примеров описания фактов просадок можно привести множество, но достаточно напомнить «Атоммаш» в Волгодонске). Назовем те бес­спорные факторы, которые характеризуют явление просадки и формируют просадочность лессовых пород:

• высокая пористость и малая влажность до момента просадки;

• после просадки величина их пористости значительно умень­шается, а степень влажности (или водонасыщенности) увеличива­ется;

• малая гидрофильность;

• несколько повышенное содержание легководорастворимых солей, которые располагаются на контактах между частицами и придают дополнительную связность.

Кратко явление просадки можно изложить следующим образом: вода, попадая в недоуплотненную лессовую породу с большой пористостью, размягчает и частично растворяет соли на контакте между частицами, благодаря чему связи между частицами наруша­ются. Частицы приобретают возможность перемещения в иные (новые) положения равновесия при данном внешнем давлении, а что как раз и вызывает изменение (уменьшение) объема породы и просадку поверхности земли над толщей этой породы.

Почвы.Собственно почвы как природные образования не яв­ляются предметом изучения инженерной геологии. Это задачи почвоведения. Но в силу того что почвы довольно часто вовлека­ются в сферу строительной деятельности человека и могут служить основанием, средой или материалом для возведения соо­ружений, согласно инженерно-геологическим понятиям, они яв­ляются грунтами.

На наш взгляд, наилучшим является определение почв, дан­ное основоположником мирового почвоведения В.В. Докучаевым:

• Почвой следует называть «дневные» или наружные горизонты горных пород (все равно каких), естественно измененные совме­стным влиянием воды, воздуха и различного рода организмов, живых или мертвых». Значительный вклад в изучение почв внес великий русский ученый В.Р.Вильяме.

Гений современной науки В.И. Вернадский выполнил значительные работы в области геохимии почв как составной части биосферы и неживой природы одновременно. Им была по суще­ству высказана мысль о том, что почвы — это переходная грань между живой и неживой природой, настолько в них все переплетено различными взаимодействиями органических и неорганиче­ских соединений, соприкосновением живого и неживого.

Своеобразие состава и энергетического состояния почвы позволяет рассматривать ее как особое природное образование, ин­женерно-геологические особенности которого отличны от осо­бенностей подстилающих почву горных пород. В первую очередь это своеобразие выражается в том, что неорганическое минеральное вещество настолько тесно связано с органическим, что уда­ление того или иного ведет к разрушению почвы как природного образования, как самостоятельного тела. Поэтому изучение почв в любых целях должно (и возможно) только в указанном единст­ве органического и неорганического. Эту главную особенность почв необходимо учитывать, когда почвы приходится использо­вать в качестве фунтов при строительстве аэродромов, железных дорог и других инженерных сооружений.

Мощность по отношению ко всей зоне выветривания, которую почва обычно покрывает, невелика —не более 1,5—2,0 м и очень редко 5—7 м.

При характеристике почв как грунтов в первую очередь следует учитывать некоторые общие их особенности, которые свойственны всем без исключения типам почв:

• своеобразие состава, выражающееся в высокой дисперсности как минеральной, так и органической составляющей и их глубо­ком взаимопроникновении и взаимовлиянии;

• четко выраженные генетические горизонты в вертикальном разрезе (профиле);

• ярко выраженная макроструктура.

Рассмотрим главные составные части почв. Минеральная составляющая в песчаной и пылеватой фракциях представлена главным образом кварцем, полевыми шпатами, слюдами и иногда другими минералами, в глинистой фракции — практически всегда монтмориллонитом, бейделитом, нонтронитом, каолини­том, галлуазитом, встречены вторичные образования диоксида кремния и оксидов железа. Важное значение имеют простые соли в твердом состоянии, содержание которых колеблется от до­лей процента до десятков процентов. Часть этих солей раствори­ма в воде и может мигрировать по веществу почвы. Кроме простых солей в почвах выделены и сложные соединения в виде комплексных соединений. Они также могут быть растворимы в воде и мигрировать по веществу почв. Наряду с этим простые соли и другие неорганические соединения, имеющиеся в веществе почвы, также способны к перемещению по нему. Наличие простых солей, особенно в значительных количествах, оказывает влияние на такую инженерно-геологическую особенность почв, как агрессивность почв по отношению к строительным материа­лам. Воздействие на стройматериалы и конструкции других неор­ганических соединений пока описано лишь в качественном вы­ражении.

Органическая часть почв — гумус содержится в почвах от долей процента до 20—22 % по массе. Он является сложным, относительно устойчивым комплексом органических соединений, в составе которого большую роль играют специфические высокомолекуляр­ные органические кислоты, образующиеся при разложении расти­тельных и животных осадков в условиях недостатка кислорода в ходе сложнейших биохимических реакций. Как правило, это гуминовые и другие близкие к ним кислоты. Все эти соединения, а также часть минеральной составляющей находятся в коллоидном состоянии. Собственно гумус есть то самое проявление единства живого и неживого, органического и неорганического.

Коллоидная природа почвенного гумуса определяет его высо­кую обменную способность, большую гидрофильность и клеющую способность, что существенно сказывается на инженер­но-геологических особенностях почв, в целом же его наличие ухудшает инженерно-геологические свойства почв и в то же время существенно увеличивает их плодородие и ценность.

Важное значение имеют состав и особенно концентрация почвенного раствора, а также состав поровых вод в нижележа­щих материнских породах, которые определяют состав обменных катионов в почвах.

Прочность почв очень сильно зависит от характера их микро­структуры. Испытания образцов почв показали, что R_сж всред­нем лежит в диапазоне 2—6 МПа. Макроструктура в значитель­ной мере определяет степень водопроницаемости почв, их капиллярные «способности».

Краткая инженерно-геологическая характеристика различных типов почв:

• тундровые почвы обладают крайне неудовлетворительными инженерно-геологическими свойствами: не могут быть использо­ваны в качестве естественных оснований сооружений, так как об­ладают ничтожной несущей способностью, при промерзании в них развивается интенсивное пучение, обладают чрезвычайно низкой водоотдачей, проявляют четко выраженные тиксотропные свойства и при динамических воздействиях переходят в плывунное состояние, имеют огромную «экологическую уязвимость», практи­чески невосстановимы в пределах времени существования челове­ческого общества;

• подзолистые и дерново-подзолистые почвы в инженерно-гео­логическом отношении могут обладать благоприятными свойства­ми, но в зависимости от степени их дисперсности. «Наилучшими» и этом смысле являются почвы супесчаного и песчаного состава. В силу малого количества гумуса в этих почвах они «экологически уязвимы» с точки зрения сохранения их плодородия;

• болотные почвы являются крайне неудовлетворительными Фунтами, «экологически уязвимы»;

• серые лесные почвы содержат большое количество органики, глинистых и коллоидных частиц и близки по свойствам к чернозе­мам;

• черноземные почвы, или черноземы, весьма богаты гумусом (до 22%), обладают высокой влагоемкостью, набухавмостью, лип­костью; в сухом состоянии держат вертикальные стенки, а при увлажнении оплывают, плохо отлают воду, труднопроходимы, лег­ко размываются и размокают; в силу высокой степени плодородности и ценности не могут и не должны быть использованы как грунты; «экологически уязвимы»;

• черноземовидные почвы по инженерно-геологическим свойст­вам очень близки к черноземам, «экологически уязвимы»;

• каштановые, или бурые, почвы содержат меньше гумуса, чем черноземы; в составе имеют гипс и другие водорастворимые соли; в целом при размокании схожи с черноземами, но быстро отдают воду; так же как черноземы, имеют экологическую ценность;

• сероземные почвы характеризуются очень высоким содержанием пылеватых частиц, сильно размокают, труднопроходимы для транспорта, в бортах выемок при увлажнении оплывают, склонны к засолению при неправильном орошении, «экологически уязвимы»;

• красноземы обогащены гидратами оксида железа и алюминия и содержат небольшое количество гумуса. В инженерно-геологиче­ском отношении в России большого значения не имеют в силу малого распространения, «экологически уязвимы»;

• засоленные почвы по инженерно-геологическим свойствам достаточно различны. Многие из них являются агрессивными грунтами по отношению к строительным материалам, в сухом состоянии обладают значительной плотностью и прочностью, но при увлажнении размокают, их коллоиды переходят в раствор, что ведет к образованию из них глубокой, очень липкой непроходимой грязи (размокший солонец подсыхает медленно), некоторые их разности практически никогда не просыхают в безморозный период; использование засоленных почв как материала для насыпей невозможно, так как они значительно снижают их прочностные деформационные характеристики.

Искусственные грунты. В настоящее время под искусственными грунтами понимают горные породы и почвы, которые сознательно изменены человеком при решении различных инженер­ных задач или подверглись изменениям при производственно или другой хозяйственной деятельности людей, в том числе в виде отходов производства и потребления, т. е. нецеленаправленно.

В первом случае человек прогнозирует и создает те или иные свойства фунтов в соответствии с решаемыми задачами. Для того разрабатываются специальные технологии и методы, обору­дование и механизмы для получения грунтов с заданными характеристиками. К числу таких «обработанных» технологий относит­ся гидромеханизация земляных работ.

Во втором случае человека «не интересует» то, что происхо­дит или может произойти с грунтами или другими материалами, превращающимися в грунты, а все изменения в них он соверша­ет попутно при решении других, часто весьма далеких от инже­нерно-геологических проблем задач.

Инженерно-геологические свойства искусственных грунтов определяются составом материнской породы или характером по­ступающего в грунтовую среду материала, а также способом, дли­тельностью, интенсивностью воздействия человека на материн­скую породу или грунтовую среду с поступившим в нее материалом.

По своему петрографическому составу искусственные грунты представляют собой удивительное разнообразие, что вызвано множеством факторов их образования.

По процессам своего образования искусственные грунты мо­гут быть подразделены на следующие виды:

• любые (все) виды грунтов — источником их накопления яв­ляется горнотехническая, инженерная, сельскохозяйственная и другая деятельность человека;

• виды грунтов, образованные исключительно при горно-тех­нической, инженерной и бытовой деятельности (кроме грунтов ку­льтурного слоя); в данном случае накопление грунтов происходит на специально отведенных сравнительно небольших по площади участках;

• отвалы и свалки грунтов, отходов производства, строительного мусора и бытовых отбросов — накопление происходит, как правило, на выделенных локализованных участках, строение и ха­рактер изменчивости массивов не подчиняются никаким законо­мерностям;

• шлаки, золы, шламы энергетической, металлургической и хи­мической промышленности — по составу и свойствам отдельные виды грунтов не имеют аналогов среди природных образований и могут содержать компоненты, состав и концентрация которых опасны для окружающей среды и человека; обычно концентриру­ются на специально отведенных участках и предусматривают тех­нологию складирования и утилизации;

• все виды грунтов, кроме скальных, закрепленных в естественном залегании тем или иным способом или материалом, разра­ботанным в технической мелиорации; грунты в данном случае часто находятся в нестабильном состоянии, в связи с чем их свойства могут изменяться во времени за счет физико-химических и грави­тационных процессов независимо от внешних воздействий и изменений окружающей среды;

• виды грунтов планомерно, целенаправленно образованные методами гидромеханизации или другими способами земляных ра­бот (отсыпка, планировка участка, увлажнение, трамбование и т.д.) при создании земляных сооружений (дамб, плотин, основа­ний), искусственных территорий, планировке земной поверхности, складировании отходов горно-технической деятельности и произ­водств; грунты, улучшенные в заданных пределах свойств в естест­венном залегании трамбованием, укаткой, осушением, взрывами, электроосмосом и другими способами технической мелиорации. Образование грунтов является управляемым, контролируемым на всех стадиях процессом. Грунты в конечном итоге должны соот­ветствовать заранее разработанным пределам изменения состава, структуры, состояния и физико-механических свойств, а также прогнозу их изменения во времени.

В связи с тем что при проектировании и создании оснований промышленно-гражданских да и большинства других сооружений часто приходится иметь дело с искусственными грунтами, приве­дем некоторые характеристики их видов.

Культурный слой имеет чрезвычайно своеобразный состав, формирующийся в процессе его образования. Минералого-петрографический состав основной минеральной массы обусловлен чаще всего геологическими условиями местности, а состав вклю­чений определяется характером хозяйственно-культурной деятель­ности человека. В отличие от грунтов природного происхождения культурный слой всегда имеет неоднородность состава, которая незакономерна и отмеч