Литература по Основам грунтоведения / Ананьев_Потапов_Инженерная Геология
.pdfтерриторий, где они встречаются как в современных речных долинах, так и вне их пределов. В долинах горных рек, где аллювий представлен в основном грубообломочным материалом, пески имеют спорадическое распространение.
Среди аллювиальных песков встречаются различные по грануло-
метрическому составу разности, отличающиеся структурно-текстурными особенностями и инженерно-геологическими свойствами. Эти характеристики, а также строение аллювиальных песчаных толщ оп-
ределяются прежде всего фациальными условиями их формирования.
Русловые пески. Эти отложения основного потока реки наименее дисперсны по сравнению с другими фациальными типами аллювиальных песков, формирующихся на том же отрезке реки. В целом же их дисперсность в пределах долин различных рек может зависеть от скорости течения реки и геологических особенностей местности. Общей характерной чертой русловых песков является закономерное изменение их дисперсности по продольному профилю реки: вниз по течению уменьшаются размеры зерен песка и одновременно с этим повышается его однородность. Русловые пески, как и другие типы аллювиальных песков, характеризуются слоистым сложением. Для них характерны разнообразные формы косой и диагональной слоистости. Песчаный материал в наклонных сериях пропластков,
залегающих с углом падения 15—30°, обычно достаточно хорошо отсортирован. Однако наибольшей отсортированностью характеризуются пески микрофации прирусловой отмели; пески пристрежневой микрофации,
представленные более крупными гранулометрическими разностями, имеют меньшую степень сортировки. Русловые пески сложены главным образом обработанными частицами (окатанной и слабоокатаннои формы) с
полированной мягким трением в воде поверхностью. Хотя они, как и большинство песков, в морфологическом отношении имеют в составе частицы разной формы и характера поверхности, но для песчаного аллювия описанная морфология зерен наиболее представительна, в других
генетических типах песков чаще встречаются зерна с другими морфологическими параметрами. По минеральному составу русловые пески преимущественно кварцевые; неустойчивые минералы содержатся в них, как правило, в незначительном количестве. Невысокая дисперсность рассматриваемых песков, их достаточно хорошая отсортированность и окатанность, преобладающее среднее и рыхлое сложение обусловливают значительную их водопроницаемость, причем водопроницаемость русловых песков в горизонтальном направлении обычно выше, чем в вертикальном,
что связано с особенностями текстуры их толщ.
Пойменные и старинные пески. В этой фации аллювия пески играют подчиненную роль. Главным образом они залегают в виде маломощных прослоев и линз в толще супесчаных и суглинистых пород (отложения ленточной микрофации, микрофации линзовидно-слоистых супесей и суглинков и др). Однако отмечено, что в долинах некоторых рек, особенно в районах широкого распространения флювиогляциальных песков, роль песчаных отложений в пойменном аллювии становится доминирующей.
Наиболее крупные массы песчаных грунтов в толще пойменного аллювия приурочены к микрофации прирусловых валов. Прирусловые валы,
как известно, формируются на границе русла и поймы на вогнутых сторонах речных меандр, по окраинам береговых отмелей. Эта микрофация представлена почти всегда и почти полностью косо-слоистыми песками.
Следует напомнить, что эта микрофация занимает как бы переходное место между русловыми и пойменными отложениями, что существенным образом на ней и отражается. Пойменные и старичные пески представлены преимущественно мелко- и тонкозернистыми, а также пылеватыми песками,
горизонтальноили линзо-виднослоистыми, содержащими примесь глинистого, а иногда и органического материала. Эти пески имеют значительно меньшую водопроницаемость, сжимаемость и прочность по сравнению с русловыми отложениями.
Дельтовые пески. Указанные отложения являются продуктом фор-
мирования в области медленного движения речных вод, в районах,
удаленных от источников обломочного материала на весьма значительные расстояния. В соответствии с этим дельтовые пески представлены в основном тонко- и мелкозернистыми достаточно хорошо отсортированными разностями с хорошо обработанными окатанной формы полированными зернами. В ряде случаев они обогащены пылеватым и глинистым материалом. Строение дельтовых песков характеризуется чередованием горизонтальных слоев с покрывающими их косыми сериями. Характерно при этом, что горизонтальные слои срезают косые серии несогласно (уклон косых слоев до 45 °). Очень часто дельтовые пески имеют рыхлое сложение и значительно уплотняются при динамическом воздействии на них. Здесь следует заметить, что наличие глинистого и пылеватого материала в песках субаквальных дельт в условиях активного влияния морской воды при практически тонкозернистом составе играет существенную роль в формировании таких инженерно-геологических параметров, как сжимаемость и прочность. Естественным образом они, с одной стороны,
играют определенную роль в формировании различных коллоидных связей, а
с другой, создают условия для формирования высокопористых рыхлых структур, а также отрицательно влияют , как было уже отмечено, на динамическую устойчивость песков. Немаловажность последней характеристики следует иметь в виду при проектировании оснований сооружений, передающих динамические вибрационные нагрузки, на погребенных субаквальных дельтах. Вообще уже давно установлено, что мелкие аллювиальные пески особенно пойменной, старичной и рассматрива-
емой дельтовой фации склонны к разжижению при динамических нагрузках,
будучи в водонасыщенном состоянии. Процесс этот сложен, но в упрощенном виде заключается в мгновенной переупаковке песчаных зерен,
переходе песков из одного состояния плотности в другое, но для всего этого должны быть созданы определенные условия и приложены соответствующие усилия, а пески должны иметь специфические особенности.
Пески ледникового комплекса и их инженерно-геологическая оценка.
Флювиогляциальные пески. Эти отложения, которые называются еще водноледниковыми, имеют очень широкое распространение в Европейской части России и Сибири. В зависимости от условий накопления материала среди флювиогляциальных образований выделяют:
•типично зандровые отложения, непосредственно примыкающие к поясу конечных морен соответствующего ледника;
•зандровые отложения долинного типа, выполняющие обширные ледниковые депрессии различного происхождения;
•флювиогляциальные террасовые отложения в долинах рек, слага-
ющие наиболее древние высокие террасы.
Флювиогляциальные пески представлены различными по дисперсности разностями, правда преобладают крупно-, средне- и мелкозернистые,
содержащие то или иное количество грубообломочного материала.
Указанный состав и косая слоистость являются характерными для этих песков.
Типично зандровые пески во многих районах занимают массивы до нескольких сотен квадратных километров, что вполне объяснимо, исходя из данных о многоводности отлагавших их потоков воды, а также об отсутствии четко выраженных выработанных долин для их течения. По мере отступления переднего края ледника участки накопления зандровых песков также перемещались. Это привело к тому, что в толще песков часто прослеживается увеличение их дисперсности вверх по разрезу, причем такая закономерность выдержана на больших площадях. Песчаные и гравийно-
галечниковые частицы, слагающие флювиогляциальные зандровые пески, в
определенной степени отсортированы и обработаны водой, однако в заметно меньшей степени, нежели аллювиальные пески равнинных рек. В
соответствии с этим многие флювиогляциальные пески отличаются заметной, иногда значительной угловатостью (слабой окатанностью) зерен с ямчатой поверхностью последних. По составу пески полиминеральные с
высоким содержанием полевых шпатов и других первичных минералов. Они,
как правило, лишены растворимых солей и содержат очень мало органических веществ.
Зандровые пески имеют в большинстве случаев среднее по плотности сложение. Однако во многих районах плотность их невелика, а сложение рыхлое. Об этом, как пишет Е.М. Сергеев, свидетельствует факт самопроизвольных осадок песчаных рыхлых толщ, сопровождавшихся движением достаточно больших масс водонасыщенных песков, которые происходили на значительных расстояниях при поверхности с очень небольшим уклоном.
Типичным представителем зандровых песков являются среднечет-
вертичные флювиогляциальные пески, широко развитые в северо-западных районах Западно-Сибирской плиты, где они слагают обширные междуречные равнины площадью в сотни тысяч квадратных километров. Здесь среди песков встречаются гравелистые, крупные, средние, мелкие и пылеватые разности с преобладанием мелко- и среднезерни-стых песков. Для этих песков характерны включения гравия и гальки, высокое содержание собственно песчаных частиц (62—95 %), небольшое содержание пылеватых и некоторое количество глинистых частиц. В песках преобладает кварц,
остальные минералы составляют всего лишь 2—3 %. Доминируют слабообработанные нолуугловатые или слабоокатанные зерна. Плотность частиц 2,64—2,68 г/см3. Уменьшение плотности песков происходит по мере возрастания их дисперсности (на 0,2—0,3 г/см3). Пористость песков этого типа достаточно высока: в гравелистых разностях —40—41 %, мелких —
40—46 %, пылеватых — 42—51 %. Чаще всего пески имеют среднее по плотности сложение. Уплотняемость их колеблется в чрезвычайно широких пределах, причем она возрастает с увеличением дисперсности песков. Для описываемых песков коэффициент фильтрации не превышает 10 м/сут, с
ростом же дисперсности он падает до 1,5 м/сут. Угол естественного откоса в воздушно-сухом состоянии изменяется от 30 до 40 °, под водой этот диапазон
снижается до 24—33 °.
Зандровые отложения долинного типа образуют обширные песчаные равнины в Полесье на среднем Днепре, на Дону, в бассейне Верхней Волги и других районах страны. Они выполняют здесь обширные доледниковые депрессии и переходят вниз по течению в типичные флювиогляциальные террасы в долинах рек.
Для толщ долинно-зандровых песков в целом характерны многие из вышеуказанных особенностей типично-зандровых отложений. Однако они имеют ряд отличий, которые отрицательно сказываются на их инженерно-
геологических параметрах. Это большая мелкозернистость состава и наличие линз и прослоев суглинистого материала, нередко находящегося в пластичном состоянии или обогащенного органическими растительными остатками (отложениями застойных вод). Вследствие этого устойчивость массивов, сложенных такими породами, обычно небольшая.
Ледниковые (моренные) пески залегают в виде прослоев и линз в толще моренных валунных суглинков и глин. Гранулометрический состав разнообразен, но преобладают разнозернистые пески, плохо отсортированные гравелистые и крупнозернистые разности. Во всех этих отложениях практически всегда присутствует валунный материал, иногда в значительных количествах. Для этого типа песков свойственна большая изменчивость состава и свойств как в разрезе, так и по простиранию.
Ледниковые пески, заключенные в толще моренных глинистых грунтов,
часто содержат напорные воды. Отмечены случаи, когда даже близко расположенные изолированные друг от друга линзы таких водонасыщенных песков могут обладать существенно разными напорами подземных вод.
Подобные линзы при вскрытии их котлованами или другими строительными выемками и выработками часто ' вызывают оползание и оплывание откосов, а
иногда и прорыв напорных подземных вод в котлованы и подземные выработки. Вместе с водой в этих случаях выносится большое количество песка, что значительно ослабляет устойчивость вышележащего грунтового
массива. Хорошая водопроницаемость моренных песков и, как правило,
небольшие запасы подземных вод, заключенных в них, способствуют быст-
рому осушению таких песчаных толщ при их строительном использовании.
Инженерно-геологические особенности морских песков. Формирова-
ние песков морского генезиса происходит в обстановке активного воздействия моря, в условиях морской среды, что обусловливает «а priori» их известные отличия от континентальных песчаных отложений. С инженерно-
геологической точки зрения пески целесообразно подразделить на прибрежные и собственно морские.
Прибрежные пески образуются близ морского берега на глубинах до
200 м. Мощность этих отложений сильно изменчива, достигает в некоторых районах нескольких десятков и даже сотен метров. Ширина зоны их развития также изменяется в широких пределах: от нескольких метров до десятков километров. В их формировании важнейшими факторами являются морской прибой и волнение, которые обусловливают характерную косую слоистость песчаных толщ, хорошую ока-танность и шлифовку песчаных зерен.
Среди прибрежных песков выделяются три разновидности, обла-
дающие некоторыми инженерно-геологическими особенностями:
•пески побережья выше зоны прибоя, имеющие диагональную слоистость и включающие в себя глинистые прослойки, битую и окатанную ракушку, растительные остатки (наличие указанных примесей снижает инженерно-геологические характеристики отложений);
•пески зоны прибоя, характеризующиеся обычно отсутствием илистых прослоек, хорошей отсортированностью, малым количеством или почти полным отсутствием раковин, имеющие характерную косую слоистость и плотное положение;
•пески более глубоких прибрежных частей моря, обычно обладающие правильной слоистостью, которая часто бывает вызвана переслаиванием песчаного и глинистого материала; если глинистый материал начинает преобладать, то песчаный материал, обычно тонкозернистый, только
разделяет глинистые слои в виде характерной «присыпки».
Глубинные пески, образующиеся под влиянием морских течений на различных глубинах, имеют сравнительно небольшую мощность (до нескольких десятков метров). Форма и размер «глубинных» песчаных толщ весьма разнообразны (от вытянутых вдоль подводных депрессий до заполняющих подводные котловины; от первых метров до нескольких сотен километров по протяженности). По гранулометрическому составу пески часто однородны и тонкозернисты, но могут содержать также гравий, а
иногда даже гальку. В отдельных случаях зафиксированы более грубые и крупные обломки, появление которых может быть оправдано лишь наличием айсбергового разноса материала. Слоистость песков правильная,
однообразная. Сложение их может быть более рыхлым, чем у прибрежных песков.
Среди морских песков преобладают кварцевые разности, нередко с различными примесями. Одними из наиболее интересных морских песков являются глауконитовые. Сравнительно легко разлагаясь, глауконит при благоприятных условиях может вызвать изменение свойств породы, в
частности, цементацию песков продуктами своего разложения — гидроксидами, коагелями железа и кремнезема и т. п. В этом случае характерным является изменение типичного зеленоватого цвета глауконитовой породы — она покрывается ржавыми пятнами. Нередко в глауконитовых песках присутствует пирит, иногда в качестве примеси имеется слюда, придающая морским пескам некоторые «глинистые» свойства: уменьшение угла естественного откоса, снижение сопротивления сдвигу.
Морские пески, как уже отмечено выше, часто отличаются высокой однородностью и очень хорошей окатанностью (за редким исключением). В
соответствии с этим их водопроницаемость достаточно велика, коэффициент фильтрации значительно больше 1 м/сут. Пески, сформировавшиеся в мелководных условиях, особенно пески зоны прибоя, имеют главным
образом плотное сложение. Глубинные пески преимущественно рыхлые (но есть и исключения) со склонностью давать быструю осадку при динамических нагрузках и вибрации.
Инженерно-геологическая характеристика эоловых песков. Эоловые пески имеют широкое распространение в полупустынных и пустынных областях. Эоловой переработке также подвержены песчаные массивы в тундровых и лесотундровых районах. Зона тайги практически лишена эоловых песчаных отложений.
Эоловые пески обычно представлены хорошо отсортированными мелкозернистыми или тонкозернистыми разностями. В целом их дис-
персность и степень обработанности определяются длительностью и интенсивностью эоловой переработки —чем длительнее перевевается песок,
тем более однородным он становится. В морфологическом отношении частицы песка имеют хорошую окатанность с типичной мелкоямчатой поверхностью, обусловленной большим числом соударений частиц при перемещении в воздухе. Частицы песка очень часто покрыты вторичными пленками различного химического состава.
Можно отметить, что в целом строение толщ эоловых песков характеризуется:
•неправильностью и разнообразием углов наклона слоев;
•преобладанием пологих углов до 5° (наветренный склон) и до 30—33
(подветренный склон);
•вогнутостью и выпуклостью напластований;
•большой вертикальной мощностью косых серий (до 100 м и более);
•тонкостью и однородностью песчаных зерен;
•высокой обработанностью песчаных зерен окатанной формы с типично мелкоямчатой поверхностью со вторичными пленками;
•в целом очень рыхлым недоуплотненным сложением.
В минералогическом отношении эоловые пески обычно полими-
неральны с преобладанием кварцевых частиц. По химическому составу они
могут значительно отличаться друг от друга в зависимости от климатических условий района их распространения. Содержание СаО, MgO, Na2O, K2O в
эоловых песках повышается при более засушливом климате и соответственно
сэтим уменьшается содержание SiO2.
Вкачестве примера приведем данную Е.М. Сергеевым характеристику инженерно-геологических особенностей эоловых верхнечетвертичных отложений Западных Кара-кумов.
Пески этого района образовались при перевевании морских и аллювиальных песков раннечетвертичного и более древнего возраста.
Они представлены, главным образом, косослоистыми мелкозерни-
стыми разностями (преобладают частицы размером 0,25—0,1 мм). Пески весьма хорошо отсортированы, полиминеральны: в качестве основных компонентов в них содержатся кварц, полевые шпаты, кальцит, обломки пород. Они отличаются от других генетических типов песков этого региона
(аллювиальных морских) повышенным содержанием весьма обработанных частиц.
Пористость песков при их рыхлом сложении составляет 47 %, при плотном — 37 %. В условиях естественного залегания они находятся в рыхлом сложении и в соответствии с этим легко и значительно уплотняются под действием динамических нагрузок и вибрации. В связи с хорошей отсортированностью и значительной пористостью (при преобладании крупных пор) высота их капиллярного поднятия не превышает 60 см.
Хорошая отсортированность, однородное и достаточно рыхлое сложение эоловых песков обусловливают большую их водопроницаемость: обычно коэффициент фильтрации составляет несколько более 10 м/сут, в отдельных случаях отмечено его повышение до 15 м/сут.
Отметим, что изменение песчаных и рассмотренных выше крупно-
обломочных грунтов в процессе диагенеза сравнительно невелико. Поэтому геологически разновозрастные пески одинакового генетического типа,
близкой дисперсности и минерального состава обладают, по мнению ряда