Литература по Основам грунтоведения / Ананьев_Потапов_Инженерная Геология

равнинам. В других случаях за счет тектонических движений земной коры возникает несогласное залегание слоев (рис. 11). Одна группа слоев при этом залегает непараллельно другой группе.

Климатические условия влияют на состав и свойства осадочных пород:

в пустынях образуются породы обломочного характера, в замкнутых бассейнах накапливаются отложения солей и т. д. Окраска пород зависит от климатических условий: породы тропиков и субтропиков обладают красноватой окраской, холодному климату свойственны серые тона.

Органические остатки наблюдаются в большинстве осадочных пород.

Это остатки растений или скелетных частей, раковин организмов в виде окаменел остей.

Классификация осадочных пород. Осадочные породы принято под-

разделять на три основные группы: 1) обломочные, 2) химического происхождения (хемогенные); 3) органогенные, возникшие в результате жизнедеятельности организмов. Это деление несколько условно, так как многие породы имеют смешанное происхождение, например отдельные известняки содержат в своем составе материал органогенного, химического и обломочного характера.

Общая характеристика групп осадочных пород. Породы обломочного происхождения состоят из продуктов механического разрушения маг-

матических и метаморфических пород, а также ранее образовавшихся осадочных пород (песчаников, известняков и др.)

В табл. 6 приведена основная классификация обломочных пород. В ее основе: размеры обломков —грубые, песчаные, пылеватые, глинистые;

внешние очертания обломков (угловатые или окатанные) и наличие структурных связей между обломками (рыхлые скопления или сцементированные между собой обломки).

Таблица 6

Следует отметить, что глинистые частицы к обломкам отнесены условно, так как их происхождение больше связано с химическими процессами и меньше с механическим разрушением. 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.).

Рыхлые обломочные породы. Грубообломочные породы . В их состав входят угловатые (глыбы, щебень, дресва) и окатанные (валуны, галька,

гравий) обломки 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 в 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 — песчанистые, жирные.

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

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. Это объясняется тем, что в глинистые и обломочные входят породы, имеющие жесткие связи — это сцементи-

рованные породы типа песчаников или аргиллитов. Группа описываемых пород подразделяется на три крупные подгруппы: первая объединяет глинистые и пылеватые, или связные, грунты, вторая — обломочные несцементированные, или несвязные, фунты, третья — биогенные. В

подгруппу связных грунтов входят глинистые и лессовые породы, для которых характерно значительное содержание глинистых и пылеватых частиц.

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). В данном случае говорить только о минералах нельзя, так как частицы могут быть представлены как отдельными минералами, так и их агрегатами, обломками минералов, пород и т. д. 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 водно-коллоидными) оказываются менее прочными. При таких связях частицы под влиянием внешних усилий могут перемещаться без нару-

шения сплошности всей массы породы, а это означает, что порода обладает способностью к значительным 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, которая именуется связными или пластичными грунтами.

Ксвязным грунтам относят различные глины, суглинки, супеси, лессы

илессовидные породы. Все они формируются преимущественно под влиянием процессов выветривания и денудации (хотя имеются и морские глины различных генетических типов), когда наряду в 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 0,025 мм). Агенты химического выветривания являются основным фактором,

обусловливающим особенности состава пород, входящих в связные.

Связные грунты обладают целым рядом свойств, значительно от-

личающих их от других фунтов. 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 определенной влажности проявляют пластичность и липкость, они набухают при увлажнении и дают усадку при высыхании. Пористость этих грунтов обычно высока, однако, несмотря на это, их водопроницаемость незначительна, так как пористость породы сформирована преимущественно замкнутыми микропорами.

Связные грунты, в свою очередь, подразделяют на глинистые, лессовые

иалевритовые.

Кглинистым грунтам 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.

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

К глинам обыкновенно относят породы, у которых содержание глинистых частиц превышает 30 %. Встречаются глины, обладающие высокой дисперсностью, у них количество глинистых частиц может достигать 60 % и более. Как правило, в глинах содержится много коллоидов.

Среди глин преобладают полиминеральные. Описанные выше особенности связных и глинистых фунтов выражены у глин особенно ярко.

Содержание глинистых частиц у суглинков меньше, чем у глин — оно колеблется в пределах 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.

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 фунтами.

Глинистые фунты могут формироваться под воздействием различных природных процессов. В соответствии с этим при их подразделении в инженерно-геологических целях выделяют не только петрофафиче-ские, но и генетические типы. Каждый тип характеризуется присущими ему особенностями состава, структуры и текстуры глинистых толщ.

Выделяют элювиальные, делювиальные, пролювиальные, аллюви-

альные, флювиогляциальные, озерные, озерно-болотные, морские, моренные,

золовые супеси, суглинки и глины (кроме, пожалуй, эоловых глин).

Глинистые породы являются одним из наиболее широко распространенных типов фунтов. Они встречаются среди отложений различного возраста,

начиная с кембрия и кончая современными, по сути еще формирующимися образованиями. По мнению Л.Б. Рухина, глинистые породы составляют не менее 60 % общего объема осадочных пород. Эти породы часто вовлекаются в сферу интересов инженеров-строителей и в связи с этим необходимо достаточно серьезное к ним отношение, с учетом того, что состав глинистых фунтов, структурно-текстурные особенности, а также сфоение слагаемых ими толщ определяются генезисом. Кроме того, ощутимое влияние на свойства глинистых фунтов оказывают их возраст и условия залегания.

Пески имеют чрезвычайно широкое распросфанение. Согласно данным Л.Б. Рухина, площадь, которая занята в СНГ песками, равняется примерно 2

млн. км2, из которых чуть меньше трети (600 тыс. км2) приходится на территорию Европейской части СНГ. Массивы песков Средней Азии и Казахстана имеют площадь около 1 млн. км2. Интенсивное использование песков в сфоительной практике в различных целях предопределяет необходимость тщательного их изучения. Песчаные породы открывают в нашем описании распространенную фуппу несвязных фунтов, не имеющих или почти не имеющих аналогичных глинистым фунтам 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 51 % площади занимают аллювиальные пески, 24%—водноледниковые, 11,3 % —золовые,

3,6 % —аллювиальные, 5—6 % —морские, 1,6 % — озерные, 1,5 % —

остальные типы.

Крупнообломочные породы представляют собой преимущественно обломки пород размером более 2 мм. Обломки эти несцементированы и аналогичны во взаимодействии друг с другом песчаным фунтам, т. е. в них отсутствуют связи, характерные для глинистых фунтов и фунтов с жесткими кристаллизационными связями Обломки пород, в основном определяющие свойства и поведение фунтов под сооружениями, могут иметь различный петрофафический состав и различную форму, степень обработанности, что, с

одной стороны, определяется составом пород, а с другой (и это главное) —

генезисом крупнообломочных пород.

Инженерно-геологическая характеристика осадочных пород с жес-

ткими связями. Обломочные сцементированные породы. Рыхлые обломочные породы в природных условиях могут подвергаться цементации за счет веществ, выделяющихся из циркулирующих водных растворов; в

поры может вноситься («вмываться») пылеватый и глинистый материал.

Кроме того, в них могут выпадать из растворов в осадок гипс, кальит,

кремнекислота, гидроксиды железа и другие соединения. Появление этих веществ в толще несцементированных обломочных фунтов 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 фунты с жесткими кристаллизационными связями. Обычно это происходит в зоне цементации, которая располагается в земной коре на некоторой глубине ниже зоны выветривания.

По 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,

алевролиты 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 гал-лоидные соединения.

Обломочные породы в зависимости от размера составляющих частиц могут быть подразделены на крупнообломочные сцементированные:

конгломераты, гравелиты, реже брекчии; мелкообломочные сцеменитрованные (песчаные), объединяющие крупно-, средне- и

мелкозернистые песчаники.

Среди крупнообломочных сцементированных пород наиболее из-

вестны, описаны и изучены конгломераты. Они в общем-то и самые распространенные среди сцементированных пород. Эти 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 обломки неправильной формы, образующие глыбовые осыпи, курумы и каменные потоки.

Песчаные сцементированные породы по величине составляющих их зерен и соотношений фракций различного размера частиц подразделяют на однородные (крупно-, средне-, мелко-, тонкозернистые) и разнозернистые.

По минеральному составу преобладают песчаники полиминерального состава, плохо сортированные, с преимущественно слабоокатанными зернами. Встречаются также и мезомиктовые, и полимиктовые, и

олигомиктовые песчаники, но значительно 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 обуславливают 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. Среднее значение их сопротивления сжатию, как правило, превышает 150—200 МПа. Наименее прочные песчаники, обычно сцементированные глинистым цементом, имеют прочность не более 1—2 МПа.

Определенное влияние на инженерно-геологические свойства пес-

чаников оказывают состав песчаной фракции и размер песчаных зерен. Если мелкозернистые песчаники имеют прочность на сжатие в среднем 120 МПа,

то среднезернистые—около 90 МПа. Оказывает также влияние и возраст природы. Например, от древних пород к молодым меняется характер цемента и увеличивается пористость, что, в свою очередь, снижает прочность. Однако