Литература по Основам грунтоведения / Ананьев_Потапов_Инженерная Геология

равнина — это участок суши с близко залегающими к поверхности или имеющими выход на дневную поверхность коренными породами. Такие равнины есть в Казахстане, Северной Америке, Финляндии и других местах земного шара.

Равнины — наиболее удобные территории для расселения, где человек активно занимается инженерно-строительной деятельностью.

Горный рельеф представляет собой крупные с относительной высотой более 200 м возвышенности (горы, хребты) и понижения (долины, впадины,

котловины) (см. рис. 26).

По происхождению горы принято делить на тектонические, вулка-

нические и эрозионные.

Тектонические — это такие горы, которые образуются в результате сложных тектонических нарушений земной коры (образование складок,

надвигов и различного рода разломов).

Вулканические горы возникают в результате проявления вулкани-

ческих процессов. Они распространены менее широко, чем тектонические и приурочены к определенным частям земного шара. Большое количество вулканических гор поднимается над дном океанов.

Эрозионные горы образовались в результате глубокого эрозионного расчленения древних аккумулятивных равнин из-за поднятия их над базисом эрозии. Обычно такое поднятие сопровождается разрывными дислокациями земной коры, происходит опускание или подъем отдельных участков благодаря разломам, что сближает эрозионные горы с тектоническими глыбовыми горами.

Высота гор в значительной степени отражается в характере рельефа,

поэтому при классификации гор используют еще высотный признак. По высоте горы делят на высокие, средневысотные и низкие.

Высокие горы имеют абсолютные отметки более 2000 м с относи-

тельным превышением в 1000 м на 2 км протяженности по линиям,

перпендикулярным к направлению речных долин. Для этих гор характерны

такие природные геологические явления, как сели, снежные лавины, обвалы.

Средневысотные горы имеют абсолютные отметки от 700 до 2000 м

глубину относительного вреза 500—700 м на 2 км протяженности, ги горы имеют широкое распространение в Сибири и на Дальнем Востоке. Для них характерны осыпи и курумы, а в пустынях — эоловые формы выдувания.

Низкие горы имеют абсолютные отметки до 700—800 м и глубину расчленения от 150 до 450 м на 2 км протяженности, склоны обычно пологие.

Геоморфология и инженерная геология. Изложение основных пред-

ставлений из геоморфологии и изучение динамики земли убеждает в том, что для правильного решения инженерно-геологических задач необходимо проводить почти полный цикл геоморфологических исследований, особенно динамики экзогенных сил. Так, в настоящее время для инженерного проектирования совершенно недостаточно обоснования выбора места для строительства объекта с точки зрения механики грунтов и общей оценки геологического строения местности. Поэтому возникает вопрос о создании новой отрасли знаний на стыке инженерной геологии и геоморфологии — инженерной геоморфологии. Эта наука будет заниматься исследованием и оценкой рельефооб-разующих процессов и форм рельефа для поиска оптимального варианта размещения инженерно-строительных сооружений,

обеспечения их рациональной и эффективной эксплуатации и защиты от разрушительных стихийных процессов.

Основной задачей инженерной геоморфологии является изучение состояния динамического равновесия рельефа, выявление степени его устойчивости и прогнозирование изменений форм его в результате строительства. Такие прогнозы необходимы не только для выбора оптимального варианта размещения объекта, но и для гарантии его службы.

В период проектирования зданий и сооружений инженер-строитель должен четко представлять задачи, которые следует решать геоморфо-

логически:

• определять пригодность данного рельефа, как такового, так и в

динамике для строительства;

•устанавливать форму и тип рельефа;

•определять происхождение рельефа в целях выяснения его устой-

чивости во времени;

•определять возможную скорость изменения форм рельефа на строительной территории, т. е. составлять прогноз на будущее, на период эксплуатации объекта (например, скорость размыва берега и Дна реки, рост оврагов и т. д.);

•устанавливать, как динамика рельефа может повлиять на устой-

чивость объекта и возможности его бесперебойного функгионирова-Ния.

РАЗДЕЛ 2

ГРУНТОВЕДЕНИЕ

В разделе рассматриваются вопросы, связанные с характеристикой грунтов и их свойствами, применительно к строительству, приводятся основные сведения по способам улучшения их свойств (техническая мелиорация)

ГЛАВА 7

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУНТОВ

Основные понятия генетического грунтоведения

Грунтоведение — это наука о грунтах. Понятие «грунт» до сих пор является неоднозначным, вокруг него ведется много споров, и до конца вопрос определения этого термина еще не решен.

Например, одним таким определением является следующее: грунты — это любые горные породы (магматические, осадочные, метаморфические) и

твердые отходы производства, залегающие на поверхности земной коры и входящие в сферу воздействия на них человека при строительстве зданий,

сооружений, дорог и других объектов.

Наиболее удачным представляется высказывание академика Е.М.

Сергеева о том, что под грунтом следует понимать любые горные породы и почвы, которые изучаются как многокомпонентные системы, изменяющиеся во времени, с целью познания их как объекта инженерной деятельности человека.

Определение термина «грунт» дает возможность представить те задачи,

которые призвано решать грунтоведение. Но, естественно, любое название науки не описывает полностью всех ее положений, проблем, нерешенных вопросов.

При оценке свойств грунтов, выступающих в роли оснований, большое внимание уделяется их деформативным и прочностным показателям. Однако

следует помнить, что эти показатели в большой степени находятся в зависимости от многих других особенностей грунтов: химико-минерального состава, структур и текстур, характера взаимодействия грунтов с водой,

степени их выветрелости и ряда других. Недоучет тех или иных особенностей свойств «грунтов-оснований» влечет за собой ошибки при проектировании и строительстве зданий и сооружений, что в итоге приводит к утрате прочности грунтов в период эксплуатации.

Грунтоведение изучает свойства грунтов в зависимости от их состава и структурно-текстурных особенностей. Указанная зависимость и является основным положением отечественной школы грунтоведения.

Вслед за академиком Е.М. Сергеевым отметим, что совокупность состава и строения (структуры и текстуры) грунтов является выразителем их качества — внутренней сущности и определенности того или иного грунта,

которая отличает его от других грунтов. Внутренние связи, существующие в самом грунте, и внешние связи между грунтом и другими телами и определяют свойства грунтов.

Свойство грунта отражает только какую-то одну его особенность, т. е.

является частью общего или, иначе говоря, частью его качества, поэтому для познания качества грунта как совокупности отдельных свойств необходимо познание каждой из этих частей. Однако необходим и обратный процесс познания: от общего качества к сущности отдельных частей в их взаимоотношениях с другими телами при протекании как внутренних (в

грунтах), так и внешних (с другими телами) процессах взаимодействия.

Отсюда следует, что нельзя изучать только свойства грунтов или только их качество. Даже в том случае, когда интересующие инженеров-геологов горные породы были изучены специалистами других геологических наук,

при рассмотрении горных пород как грунтов приходится проводить ряд дополнительных исследований, так как только инженеры-геологи изучают грунты как многокомпонентные системы, изменяющиеся во времени.

Вследствие этого в инженерной геологии за главный принцип принято

комплексное изучение грунтов: как их свойств, так состава и строения, а

зачастую и состояния.

Прогноз изменений свойств грунтов во времени под влиянием различных воздействий возможен только при условии полной информации о том, как они сформировались в процессе генезиса и всей последующей их

«жизни».

В инженерной геологии термин «генезис» понимается в настоящее время более широко, чем буквальный перевод с греческого и чем принято сейчас в других геологических науках. По мнению академика Е.М. Сергеева,

речь идет не только об определенной форме осадконакопления, об определенном виде формирования осадков, но обо всех процессах, которые совершаются и в процессе формирования породы, и тогда, когда порода уже сформировалась, обо всех постгенетических процессах, иначе говоря, о всей геологической жизни породы: от момента начала ее формирования и до того момента, когда порода становится предметом инженерно-геологического изучения. Справедливо было бы говорить, что свойства горных пород зависят от их генезиса и постгенетических процессов, которых в них совершаются, но обычно мы упрощаем и говорим: состав, строение, а отсюда свойства горных пород зависят от генезиса.

Из вышеизложенного следует, что генетический подход при изучении грунтов является методологической основой грунтоведения, как и большинства наук геологического цикла. Эта методологическая основа должна использоваться и при решении практических вопросов — всегда должна прослеживаться связь между свойствами горных пород и процессами, которые их сформировали и на них впоследствии воздействовали. Это необходимо как для полного познания качества породы,

так и для прогноза изменений этого качества.

Естественно, в грунтоведении, да и в инженерной геологии вообще существуют и широко применяются другие методы исследований. Например,

механика грунтов для реализации количественных методов требует

схематизации процессов и некоторой формализации при создании моделей грунтов.

Определенная схематизация нужна и в грунтоведении, например, при изучении породы отдельных свойств горных пород, так как сразу невозможно познать сущность не только свойств массивов горных пород, но и даже свойства самих горных пород. Если изучать породу целиком, то получить информацию об отдельных свойствах будет практически невозможно. Горные породы сами по себе сложно организованные системы,

не говоря уже об их массивах. Исходя из этого, свойства массивов оцениваются постепенно: от простых систем — отдельных свойств горной породы, к более сложным — качеству всей горной породы и далее к массиву горных пород.

Может рассматриваться следующее изучение массива горных пород:

• первый этап — простейшие модели в виде мономинеральных,

монодисперсных, моноионных систем;

•второй этап — более сложные модели, в виде естественных пород с нарушенными связями (например, рыхлые осадочные образования) или смеси различного минерального состава;

•третий этап — образцы естественных пород в сохранном состоянии с природными структурными связями;

•четвертый этап — породы в естественном залегании в массиве,

•пятый этап, как конечная цель,— определение свойств массивов горных пород, состоящих из различных по составу, строению и состоянию пород.

При всех видах воздействия на геологическую среду, в том числе и при строительстве, важнейшим свойством является сопротивление горных пород действию различных внешних факторов. Это понятие при известной схематизации может пониматься как прочность горных пород. Но более важным представляется изучение процессов формирования прочности горных пород. Изучение этих процессов возможно только при сочетании

трех направлений: геолого-петрографического, рико-химического, с позиций механики и с применением таких временных методов исследований, как рентгенография, электронная микроскопия и др.

Указанные методы исследований позволяют изучать горные породы на микроуровне, но в последнее время все больше в грунтоведении изучаются

свойства горных пород в массивах и оцениваются свойства массивов.

Особая актуальность этой проблемы возникает при рассмотрении скальных грунтов. Это вызвано тем, что, например, прочность скальных грунтов в образцах при испытании на одноосное сжатие может составлять сотни МПа, а сам массив, из которого отобраны образцы, вследствие

тектонической раздробленности, наличия литогенетиче-ской

трещиноватости, выветрелости может быть настолько непрочным, что строительство на нем ответственных сооружений становится невозможным.

Таким образом, грунтоведение охватывает чрезвычайно широкий спектр вопросов — от характеристики внутреннего строения горной породы до характеристики массива различных горных пород. В связи с этим проследим взаимосвязь грунтоведения как составной части инженерной геологии с другими науками. На современном этапе оведение не может развиваться без учета современных достижений в области математики,

механики, физики и химии. Естественно использование всех результатов сопредельных геологических наук, горного дела и строительства,

регионального подхода к изучению югических вопросов. В последние годы выявилось взаимодействие грунтоведения с технической мелиорацией грунтов. Но особую значимостъ стали все больше приобретать экологические вопросы. В связи с тем, что при возведении промышленно-фажданских сооружений, и особенно их фундаментов, в непосредственную работу вовлекаются в основном осадочные породы, остановимся несколько

подробнее на вопросах их формирования.

Эти геологические образования, особенно глинистого, пылеватого, и по

последним данным песчаного состава, характеризуются часто

удовлетворительными или по меньшей мере слабопригодными для использования свойствами, весьма большой их изменчивостью.

Осаждение вещества, его диагенетические и постдиагенетические преобразования протекают по-разному, в зависимости от физико-химических условий среды, температуры, давления, длительности процессов.

Влияние температуры на формирование осадочных пород и их свойств весьма существенно на всех стадиях процесса литогенеза. температурный режим континентальных районов во многом определяе скорость и направленность процессов выветривания. Температура воды в водоемах сказывается на выпадении осадков из раствора Значительна роль температуры и в постдиагенетических процессах —-в преобразовании пород:

повышение температуры с глубиной ускоряет процессы минералообразования.

Горные породы в земной коре испытывают давление от веса вышележащих толщ и тангенциальное давление (стресс), возникающее в эпохи складчатости, при горообразовании. Особенно сильно сказывается роль гравитационного уплотнения и стресса в постгенетических изменениях пород. Установлена определенная зональность в характере и интенсивности переработки пород по глубине. Эта зональность выражается в появлении новообразованных минералов и определенных структурно-текстурных признаков пород, в изменении их физико-механических свойств.

Воде принадлежит огромная роль в геологических процессах, про-

текающих в земной коре,и, исходя из выводов В.И. Вернадского, мы никогда не сможем познать многие процессы диагенеза и литогенеза, если не будем знать геологической судьбы воды, ее геохимическую роль.

Степень минерализации, солевой и газовый состав подземных вод изменяются по глубине в земной коре, охватывая сверху вниз осадочный чехол и глубинные магматические и метаморфические породы. В верхней части пород господствуют процессы разрушения и выщелачивания, иногда имеют место некоторые новообразования, например, образование гипсов и