Вопрос 14

Класс природных скальных грунтов. В него входят грунты с жесткими (кристаллизационными и цементационными) струк­турными связями. Кристаллизационные связи образуются в по­роде при раскристаллизации магматического расплава. Цемента­ционные связи возникают при выпадении из водного раствора химических солей цемента. К классу скальных грунтов относятся магматические, мета­морфические и осадочные сцементированные горные породы. При оценке строительных свойств скальных грунтов важное зна­чение имеют показатели: предел прочности и коэф­фициент крепости. Предел прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии R_с, МПа, определяется по формуле R_с = F/A где F - нагрузка, при которой образец раздавливается; А -площадь поперечного сечения образца. В зависимости от величины предела прочности (МПа) выде­ляются разновидности скальных грунтов: очень прочные (> 120) прочные (120-50); средней прочности (50-15); малопрочные (15-5); пониженной прочности (5-3); низкой прочности (3-1); очень низкой прочности (< 1). Горные породы с пределом прочности менее 5 МПа относятся к полускальным грунтам, это преимущественно хемогенные по­роды, теряющие прочность при воздействии воды (гипс, мел, ракушечник). Кроме того, разновидно­сти скальных грунтов выде­ляются по степени раство­римости в воде (как и мине­ралов, см. разд. 3.1, с. 15); по коэффициенту выветрелости К_ωr(отношение плотности выветрелого грун­та к плотности монолитного грунта) Коэффициент крепости f характеризует породу по степени устойчивости ее в подземных транспортных выработках. Опре­деляется по величине предела прочности на одноосное сжатие по формуле f = R_с/10 и более точно по формуле Л.И. Барон: f = R_с/30 + √R_с/3 Измеряется в безразмерных единицах. Предложен проф. М.М. Протодьяконовым. Используется при проектировании транспортных тоннелей, метрополитенов. По величине коэффи­циента крепости все породы подразделяются на 1 0 категорий. На величину / влияют минеральный состав породы, трещиноватость, выветрелость, поэтому одна и та же горная порода может характеризоваться различными значениями коэффициента кре­пости и относиться к различным категориям (например, /у гра­нита изменяется от 6 до 15, табл. 3.5).

Вопрос 15

Выветривание горных пород, кора выветривания

Выветривание — это разрушение горных пород верхних слоёв земной коры под воздействием колебаний температуры воздуха, химически активных соединений и жизнедеятельности ор­ганизмов. Выветривание — процесс экзогенный. Различают фи­зическое, химическое и органическое выветривание Физическое выветривание происходит при колебании темпе­ратуры атмосферы и расклинивающем действии замерзающей воды в трещинах; в итоге исчезают структурные связи, порода разделяется на обломки различной крупности и отдельные зерна минералов. В итоге такая прочная порода, как гранит, превраща­ется в песок. Химический состав минералов не изменяется. Химическое выветривание — разрушение породы, минералов при воздействии на них кислорода, воздуха (окисление), углеки­слого газа (каолинизация), воды (растворение и гидратация) и других химически активных соединений. В процессе окисления минерала пирита в конечном итоге происходит образование серной кислоты и нового минерала -лимонита: FеS₂ + 7О + Н₂О = 2Fе₂ О₃ ЗН₂ О + Н₂ SО₄; образовавшаяся серная кислота более активно разрушает окру­жающие породы и конструкции инженерных сооружений. По­этому стандартами запрещено использование в бетоне пород, в которых содержится пирит. Каолинизация — процесс разложения алюмосиликатов под воздействием воды и находящегося в ней углекислого газа (см. с. 28). В итоге на месте выветривания остается вновь образован­ный каолинит, а углекислый калий и гидрогель кремнезема пе­реходят в раствор и выносятся в реки и озера.

Приведенные примеры свидетельствуют, что при химическом выветривании происходит не только разрушение минералов и пород, но и изменение их химического состава, и образование новых «вторичных» минералов (лимонит, каолинит). Органическое выветривание — разрушение пород под дейст­вием организмов (живых, корней растений) и продуктов их раз­ложения (органических кислот); происходит обогащение разру­шенной породы органическими остатками, формируется почва. В итоге выветривания формируется кора выветривания, со­стоящая из продуктов разрушенных горных пород - - «про­дуктов выветривания». Мощность коры выветривания изменяется от 5 до 30 м, по зонам тектонического дробления может достигать 100 м и более в толще коры выветривания выделяет три зоны: дисперсную, обломочную и трещинную 1. Дисперсная зона представляет собой полное преобразование химико-минерального состава, структуры и свойств исходной породы. Она состоит из тонко дисперсных грунтов (песчаных, пылевато-глинистых), легко подвергающихся размыву. 2. Обломочная зона состоит из обломков породы различной крупности с частичной степенью химического разложения. По степени раздробления, химического разложения, количе­ству новообразований и физико-механическим свойствам обло­мочная зона подразделяется на горизонты: А, Б, В, Г.

3. Трещинная зона определяется характером тектонических Разломов и трещин, степенью раздробленности пород в них и глубиной проникновения агентов выветривания. В большинстве случаев выветривание способствует разрушению горных пород, ¹¹⁾⁴ Разуплотнению и, в конечном итоге, усложнению инженерно-геологических условий, что особенно важно при строительстве подземных транспортных сооружений. 5.2. Формирование осадочных пород Отложения, слагающие кору выветривания, оставшиеся на месте выветривания, называют элювиальными отложениями, или элювием. Продукты выветривания лишь в незначительной части остаются на месте материнской породы, большая их часть перемещается ветром, водой, ледниками на различные расстоя­ния. Обломки пород и минералов, переносимые ветром и водой по мере падения скорости потоков, отлагаются, накапливаются,] и в итоге образуются обломочные осадочные породы. Продукты химического выветривания в растворенном виде! переносятся в конечные водоемы (озера, моря), там выпадают в осадок, в итоге формируются химические осадочные породы.

Многочисленные организмы в морях и океанах извлекают из воды для построения скелета и панциря химические соединения, со временем отмирают, и на дне морей формируются биохимические осадочные горные породы, состоящие из химического! вещества.

В пресноводных водоемах, старицах рек, озерах на дне фор­мируются осадки, состоящие из разложившихся без доступа воз­духа растений и др. простейших организмов, образуются био­генные породы. Таким образом, в зависимости от состава исходного материа­ла продуктов выветривания, процессов их отложения осадоч­ные горные породы подразделяются на группы: обломочные, химические и биогенные