2.1.1.4. Состав и свойства сульфидов и металлических соединений

К сульфидам относятся минеральные виды, представляющие собой со­единения металлов и полуметаллов переходных элементов с серой, мышья­ком, селеном и теллуром, главными эле­ментами в них также являются Fе, Си, Zn, Рb, Sb, Аg, Аu, Вi, Со, Ni. Сульфиды и их аналоги характеризуются ярко выраженным ковалентным типом химической связи между слагающими их атомами с донорно-акцепторным характером ее проявления и существенным вкладом металлических и остаточных связей. Среди сульфидов и их аналогов известно более 250 минеральных видов, однако значительные скопления образуют не более 20 видов. Самыми распространенными сульфидами являются пирит, галенит, сфалерит, халькопирит, марказит, арсенопирит, реальгар, антимонит и др. Сульфиды и их аналоги являются важнейшими рудами цветных, благородных и многих редких металлов.

В горных породах сульфиды обычно образуют сплошные, кристаллически-зернистые массы, вкрапленность или встречаются в виде кристаллов. Сульфиды с цепочечной структурой часто представлены агрегатами удлиненно-при­зматических и тонкоигольчатых кристаллов с совершенной спайностью по удлинению (антимонит, висмутин, сульфасоли свинца). Для слоистых сульфидов и их аналогов характерна уплощенно-таблитчатая форма кристаллов и весьма совершенная спайность в одном направлении (молибденит, тетрадимит, аурипигмент). Большая часть сульфидов, за исключением сульфидов мышьяка, имеет высокую плотность (до 8,5 г/см³).

Сульфиды в основном имеют гидротермальное происхождение, образуются в магматических процессах и в гипергенных условиях в зоне вторичного сульфидного обогащения, а также в осадочных породах. В поверхностных условиях Земли сульфиды и их аналоги обычно неустойчивы и в процессе окисления переходят, главным образом, в растворимые сульфаты. За их счет образуются вторичные минералы – окислы, карбонаты, сульфаты, арсенаты, силикаты и самородные металлы.

Кроме сульфидов металлическую связь в грунтах имеют такие твердые компоненты, как самородные металлы (медь, серебро и др.), некоторые металлические руды, являющиеся полезными ископаемыми, а также различные металлические соединения искусственного происхождения, особенно отходы металлов, содержащиеся в техногенных грунтах (свалочных, предельных и отвальных шлаках и др.) [50].

2.1.2. Классификационные показатели грунтов, содержащих минеральную компоненту

2.1.2.1. Классификационные показатели скальных грунтов

Согласно ГОСТ 25100 [34] все грунты в общей классификации подразделяются на основе ха­рактера структурных связей на четыре класса:

• класс природных скальных грунтов,

• класс природных дисперсных грунтов,

• класс мерзлых грунтов,

• класс техногенных грунтов.

Твердая минеральная компонента доминирует во всех перечисленных классах и определяет особые свойства входящих в эти классы грунтов. Ниже приводятся классификации применяемые в грунтоведении к грунтам скальным, дисперсным и техногенным. Классификации органических и органоминеральных грунтов, а также мерзлых грунтов приведены в отдельных разделах (2.3.2 и 2.4.2), так как их свойства обусловлены содержанием органики и ледяной компоненты.

Класс природных скальных грунтов представляют грунты с жесткими структурными связями (кристаллизационными и цементационны­ми) магматического, метаморфического и осадочного генезиса. У большинства пород этого класса связи являются кристаллическими и аналогичны внутрикристаллическим связям отдельных минералов, что обеспечивает им высокую плотность, прочность и малую деформируемость, значительно превышающие нагрузки, существующие в строительной практике. У сульфатных карбонатных и галоидных пород структурные связи ионные, поэтому эти породы, прочные в сухом состоянии, растворяются при взаимодействии с водой. Скальные породы морозостойкие, невлагоемкие, водопроницаемые только по трещинам, в зависимости от минерального состава, структуры и температуры их прочностные и деформационные свойства могут изменяться в широких пределах.

Разновидности скальных грунтов выделяют (табл. 2.2):

• по пределу прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии R_c;

• по плотности скелета грунта _d (применяется ко всем грунтам);

• по коэффициенту выветрелости К_wr;

• по степени размягчаемости K_sof;

• по степени растворимости q_sr;

• по степени засоленности D_sal;

• по степени водопроницаемости К_ф;

• по структуре и текстуре;

• по температуре (применяется ко всем грунтам).

Таблица 2.2

Классификация природных скальных грунтов [34]

1. Классификация грунтов по пределу прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии
Разновидность грунтов	Предел прочности на одноосное сжатие Rc, МПа
Очень прочный	> 120
Прочный	120–50
Средней прочности	50–15
Малопрочный	15–5
Пониженной прочности	5–3
Низкой прочности	3–1
Очень низкой прочности	<1
2. Классификация грунтов по плотности скелета (применяется для всех грунтов)
Разновидность грунтов	Плотность скелета ρd, г/см3
Очень плотный	> 2,50
Плотный	2,50–2,10
Рыхлый	2,10–1,20
Очень рыхлый	<1,20
3. Классификация грунтов по коэффициенту выветрелости
Разновидность грунтов	Коэффициент выветрелости Кwr
Невыветрелый	1
Слабовыветрелый	1–0,90
Выветрелый	0,90–1,00
Сильновыветрелый	0,80
4. Классификация грунтов по степени размягчаемости в воде
Разновидность грунтов	Коэффициент размягчаемости Ksof , д. ед.
Неразмягчаемый	≥0,75
Размягчаемый	<0,75

Окончание табл. 2.2

5. Классификация грунтов по степени растворимости в воде
Разновидность грунтов			Количество воднорастворимых солей qsr, г/л
Нерастворимый			<0,01
Труднорастворимый			0,01–1,0
Среднерастворимый			1,0 – 10,0
Легкорастворимый			> 10,0
6. Классификация грунтов по степени засоленности
Разновидность грунтов			Количество воднорастворимых солей Dsal , %
Незасоленный			≤2
Засоленный			>2
7. Классификация грунтов по степени водопроницаемости
Разновидность грунтов			Коэффициент фильтрации Кф, м/сут
Неводопроницаемый			< 0,005
Слабоводопроницаемый			0,005–0,30
Водопроницаемый			0,30–3
Сильноводопроницаемый			3–30
Очень сильноводопроницаемый			>30
8. Классификация грунтов по температуре
Разновидность грунтов			Температура грунта t, °C
Немерзлый (талый)			≥0
Морозный			< 0
9. Классификация грунтов по структуре и текстуре
Магматические	Интрузивные	Мелко-, средне- и крупнокристаллическая		Массивная, порфировая, миндалекаменная
	Эффузивные	Стекловатая, неполнокристаллическая
Метаморфические		Такая же, как у магматических грунтов		Гнейсовая, сланцеватая, слоисто-сланцеватая, полосчатоя, массивная, тонкослоистая и др.
Осадочные		Мелко-, средне- и крупнокристаллическая		Массивная, слоистая

Описание характеристик физических, гидрофизических и механических свойств скальных и дисперсных приведены в соответствующих разделах.