Скальные и полускальные технически упрочнённые грунты.

Термическое упрочнение грунтов обусловлено физическими, физико-хи­мическими и химическими процессами: 1) дегидратацией и агрегацией час­тиц, 2) размягчением и спеканием частиц (прежде всего высокодисперсных), 3) диссоциацией карбонатов и частичным разрушением алюмосиликатов с образованием аморфного кремнезема и глинозема, а затем — кальциевых си­ликатов и алюминатов, придающих техногенному грунту дополнительные гидравлические вяжущие свойства, 4) плавлением и кристаллизацией новых минералов. В зависимости от температуры и времени обжига в грунте преобла­дают те или другие процессы.

Техногенные грунты с жесткими структурными связями в ходе термиче­ского упрочнения возникают при спекании и плавлении исходного грунта. К минералам, которые при обжиге плавятся раньше остальных, вызывая спека­ние, относятся полевые шпаты, слюды, карбонаты щелочных земель, гипс, сернистые соединения железа и растворимые в воде соли. Различают три ста­дии спекания: 1) начало спекания, когда расплавлено достаточное для обра­зования сплошной массы количество материала, 2) полное спекание, при котором поры в породе заполняются расплавившимся материалом, 3) плав­ление породы, выражающееся в ее размягчении и течении. Температура нача­ла спекания у некоторых глинистых грунтов около 450°С, а у большинства 750—800°С.

Техногенные грунты с жесткими структурными связями могут быть также получены методами электрохимического закрепления глинистых водонасыщенных грунтов. Электролитическая обработка глинистых пород с коэффициен­том фильтрации 0,005—0,01 м/сут основана на совместном действии электроосмотического и электрохимического процессов, протекающих в грунтах под действием постоянного тока, усиленных введением в них растворов электроли­тов (NaCl, СаС1₂, MgCl₂, А1С1₃, FeCl₃) через анод. Образующиеся при электро­химических реакциях слаборастворимые соединения (например, гидроокиси железа и кальция) выпадают в осадок как в анодной, так и в катодной зонах, цементируя частицы грунта. Кроме того, за счет С0₂ воздуха из Са (ОН)₂ может образовываться СаС0₃, что также способствует закреплению грунта. В резуль­тате электролитической обработки уменьшается набухаемость, пучинистость и усадочность грунтов, увеличиваются их прочностные характеристики.

Скальные и полускальные техногенно ухудшенные грунты.

Скальные и полускальные техногенные грунты, образующиеся как по­бочные продукты хозяйственной деятельности, представлены грунтами с жесткими структурными связями, свойства которых претерпели изменения (обычно в сторону их ухудшения) в результате этой деятельности. Прежде всего это грунты в массивах, непосредственно прилегающих к горным выработкам (карьерам, шахтам, штольням, котлованам, тоннелям). Возникновение техногенных скальных и полускальных грунтов в этих зонах определяется изменением их напряженного состояния при выемке породы, взрывных работах и водопонижении, а также интенсификацией выветрива­ния.

Класс дисперсных техногенных (искусственных) грунтов.

Несвязные техногнные грунты.

В группе техногенных несвязных грунтов выделяется три подгруппы: 1) при­родные образования, измененные в условиях естественного залегания (техно- генно измененные грунты), 2) природные перемещенные образования (тех- ногенно переотложенные), 3) антропогенные образования (см. табл. 16.9).

Среди техногенно измененных несвязных грунтов, полученных из природ­ных несвязных образований методами технической мелиорации, можно вы­делить несколько основных типов. Прежде всего, это уплотненные несвязные грунты. Механическое уплотнение несвязных грунтов не приводит к принципи­альному изменению их структурных связей — упрочнение и снижение водо­проницаемости достигается за счет снижения пористости и увеличения сум­марной площади контактов между частицами грунта в единице его объема. Методы уплотнения грунтов подразделяются на поверхностные, когда уплот­няющее воздействие прикладывается на поверхности массива и приводит к уплотнению толщи грунтов сравнительно небольшой мощности, и глубин­ные — при передаче уплотняющего воздействия на значительную глубину. Поверхностное уплотнение производится укаткой, трамбованием, вибраци­онными механизмами, подводными взрывами, методом вытрамбовывания котлованов. Для водонасыщенных песчаных грунтов наиболее эффективны методы глубинного виброуплотнения и уплотнение подводными взрывами.

Армирование грунтов, в том числе и несвязных, не меняет существенно строения и свойств природного грунта, но создает в массиве пространствен­ные разноуровенные конструкции за счет:

А. каркасообразования в теле мас­сива пород путем внедрения системы элементов повышенной прочности или плотности;

Б. совмещения грунтовых масс с армирующими элементами (плен­ки, сетки, ткани, металлические полосы, стержни и др.) с последующей укладкой и уплотнением нового своеобразного композиционного материала.

Среди техногенно переотложенных несвязных грунтов выделяется две под­группы. Насыпные техногенные несвязные грунты формируются в процессе строительства как необходимый элемент строительных конструкций, земля­ных сооружений или в процессе складирования строительных материалов или промышленных отходов. Толщи насыпных грунтов обычно неоднородны по составу, часто обладают неравномерной сжимаемостью и способны к самоуп­лотнению под весом вышележащих толщ, при вибрации и водопонижении. Намывные несвязные техногенные грунты создаются в понижениях релье­фа при подготовке территории к строительству, как намывные сооружения из грунтовых материалов, как запасы строительного материала для устрой­ства насыпей при последующем освоении территорий или гидроотвалы гор­ного производства.

Антропогенно образованные несвязные грунты, вещественный состав кото­рых не имеет аналогов в природе, представляют собой промышленные отходы. По механизму образования их (так же как и техногенно переотложенные грунты) можно подразделить на насыпные и намывные. Несвязные антропо­генные образования представлены отвалами и гидроотвалами шлаков метал­лургического производства, золошлаков, образующихся на тепловых элект­ростанциях при сжигании твердого топлива, а также шламами хвостохранилищ горно-обогатительных производств. ­