§ 5. Биотическая (живая) компонента грунта

Биотическая (живая) компонента грунта представлена микроор­ганизмами и в меньшей мере макроорганизмами. Наибольшую роль они играют в почве и подпочвенной толще, а также в биогенных Грунтах — торфе, сапропели и др.

Макроорганизмы представлены высшими зелеными растения­ми, грибами, разлагающими сложные органические соединения, а также моллюсками, членистоногими, роющими животными (кро­тами, грызунами и др.), дождевыми червями и др. Все они оказы­вают либо механическое воздействие на строение и свойства верхней части грунтовой толщи, либо химическое — за счет выделения угле­кислоты и других химически активных соединений.

Еще большее влияние на твердую, жидкую и газовую компонен­ты грунта оказывают микроорганизмы (бактерии, микроскопичес­кие грибы и водоросли, вирусы, дрожжи, актиномицеты и др.), ко­личество которых может достигать нескольких миллионов особей в 1 г грунта.

На состав и свойства грунтов они воздействуют главным обра­зом путем накопления таких агрессивных продуктов их жизнеде­ятельности, как кислоты, щелочи, сульфиды, газы С0₂, H₂S, NH₃ и др. Определенное значение имеет и непосредственное участие микробных сообществ в электрохимических реакциях на поверх­ности минеральных частиц, в частности в развитии биокоррозии. Так, например, обитающие в грунтах тионовые бактерии могут способствовать образованию агрессивных кислых вод с высокой биокоррозионной активностью по отношению к подземным со­оружениям.

По представлению В.В. Радиной, газообразные продукты жиз­недеятельности микроорганизмов могут снижать трение между частицами песчаного грунта и переводить его в текучее плывун­ное состояние. В ряде исследований отмечалось также сниже­ние механической прочности грунтов за счет выделения микро­организмами поверхностно-активных веществ. По другим дан­ным, микроорганизмы, например железобактерии, за счет об­разования ожелезненных прослоев могут увеличивать прочность грунтов.

Поэтому при инженерно-геологических исследованиях наряду с другими компонентами грунта детальному изучению подвергается и биотическая (живая) компонента грунта.

§ 6. Текстура, структура и структурные связи в грунтах

Структурно-текстурные особенности и характер структурных свя­зей являются одними из важнейших показателей при инженерно-геологическом изучении грунтов. В совокупности они отражают ус­ловия формирования грунтов и во многом определяют их строение и свойства.

Текстура — это особенности строения грунта, обусловленные ори­ентировкой и пространственным расположением отдельных зерен, минеральных частиц, агрегатов и других структурных элементов. В первую очередь текстура характеризует неоднородность строения грунта и ориентированность его основных структурных элементов.

В магматических грунтах различают следующие текстуры: мас­сивную, порфировую, полосчатую (темные и светлые минералы рас­полагаются в виде чередующихся полос), флюидальную (мелкие кристаллы как бы обтекают более крупные кристаллы) и др. В мета­морфических грунтах развиты сланцеватая, гнейсовидная, массив­ная и другие виды текстур. Наибольшим разнообразием отличаются текстуры осадочных пород, которые подразделяют на беспорядоч­ные и упорядоченные (ориентированные). К первым относят мас­сивные, глыбовые, комковатые и др. Сре­ди упорядоченных выделяют слоистые, скрытослоистые, листова­тые, плитчатые и чешуйчатые текстуры.

Все указанные типы текстур в той или иной степени влияют на инженерно-геологические свойства грунтов и их поведение под на­грузками, в откосах строительных выемок, на склонах и т. д. Тек­стурные особенности могут способствовать снижению прочности грунтов, увеличивать их сжимаемость, обусловливать резкую ани­зотропность свойств в различных направлениях, увеличивать водо­проницаемость, ускорять выветривание грунтов и др.

Под структурой грунта понимают особенности его внутреннего строения, обусловленные размером, формой и количественным со­отношением отдельных зерен, частиц и агрегатов, а также характе­ром взаимосвязи их друг с другом.

Структура грунта, так же как и текстура, отражает его генезис и последующие преобразования. В магматических грунтах по степени кристалличности выделяют полно-, неполнокристаллическую и стек­ловатую структуры, по абсолютным размерам зерен — гигантозернистую (> 50 мм), крупнозернистую (50—5 мм), среднезернистую (5—1 мм), мелкозернистую (<1 мм) и скрытокристаллическую.

Характерной чертой структур метаморфических пород является их полнокристалличность. Высокую прочность метаморфическим грунтам придает фанобластовая структура, типичная для кварцитов и гнейсов.

Весьма разнообразны структуры осадочных грунтов. Так, на­пример, в осадочных обломочных сцементированных грунтах вы­деляют структуры псефитовые (брекчии и конгломераты), псам­митовые (песчаники), алевритовые и др. В осадочных обломоч­ных рыхлых — плотные и раздельно-зернистые структуры, в гли­нистых грунтах в зависимости от размеров агрегатов различают макро-, мезо- и микроагрегатные структуры.

Структурно-текстурные особенности грунтов изучают визуально либо с помощью поляризационного микроскопа, а микроструктуры (микротекстуры) — с помощью электронного микроскопа и специ­альной рентгеновской съемки.

Важнейшей инженерно-геологической характеристикой грунтов являются их структурные связи, т. е. связи между структурными элементами (частицами, зернами, агрегатами и др.).

По своей природе структурные связи могут быть кристаллиза­ционными, цементационными, водно-коллоидными и механичес­кими. В зависимости от характера структурных связей, согласно ГОСТ 25100—95, выделяют четыре основных класса грунтов, кото­рые будут рассмотрены ниже.

Кристаллизационные и цементационные жесткие связи ха­рактерны для магматических и метаморфических грунтов, а так­же для некоторых осадочных пород — обломочных сцементиро­ванных (песчаники, конгломераты и др.), химических (известня­ки, гипсы и др.) и органических (мела, опоки и др.). Эти наибо­лее прочные и необратимые структурные связи придают грунтам твердость и большую прочность, Кристаллизационные связи, возникающие в грунтах при отрицательной температуре и харак­терные для мерзлых- грунтов, носят название криогенных.

Водно-коллоидные структурные связи присущи рыхлым осадоч­ным грунтам, в основном — глинистым. Связи этого типа обрати­мые — при разрушении они могут восстанавливаться. Грунты с водно-коллоидными связями размокают в воде или набухают; при вы­сыхании дают усадку, прочность их невысокая.

Механические связи характерны для песчаных и крупнообломоч­ных грунтов. Грунты с подобными структурными связями слабо сжи­маемы и хорошо водопроницаемы, прочность их высокая и сред­няя.