Просадочные явления в лессовых породах - Просадочные явления в лессовых породах
Лессовые породы (лессы и лессовидные суглинки) - особый петрографический тип четвертичных глинистых континентальных отложений - широко распространены в Европе и юго-восточной Азии. На земном шаре они занимают площадь порядка 13 млн. км2, ими покрыто 17% территории СНГ. Юг Украины, Предкавказье, Средняя Азия, Западная и Восточная Сибирь сложены с поверхности лессами и лессовидными породами мощностью от нескольких до 30-40 м, а в межгорных впадинах в Киргизии и Таджикистане до 50-60 м. Отсутствуют они в южной Литве, Беларуси. Приурочены к районам с определенными палео - и современными климатическими условиями, например, в Европе - преимущественно, южнее 62° с. ш.
Лессы и лессовидные породы являются полигенетическими образованиями. Они бывают эолового, элювиального, делювиального, аллювиального, перегляциального происхождения. Типичные (первичные) лессы, в основном, имеют эоловое происхождение. Все другие процессы дают начало лессовидным породам (вторичный лесс). Облессование глинисто-алевритовых образований происходит при многократном замерзании и оттаивании в условиях резко континентального климата. Образование пылеватых частиц и их агрегатов возможно как за счет дезинтеграции песчаных, так и при коагуляции глинисто-коллоидных фракций; карбонаты, выпадающие на стенках крупных пор в виде оболочек из раствора, насыщенного СаСО3, при интенсивной весенней сублимации льда, способствуют цементации и образованию из тонкодисперсных частиц крупных пылеватых фракций. Степень выраженности лессовых признаков и свойств определяется формированием лессового материала при определенных диагенетических процессах в условиях недостаточного увлажнения, развития степной растительности и фауны и последующего изменения при литификации.
К типичным лессам относятся чаще верхне-средне - и реже - ранне-плейстоценовые образования, обладающие характерными признаками и свойствами, из которых для инженерно-геологической их оценки особенно важны следующие:
- 1) высокая пористость - 45-52% и макропористость; коэффициент пористости 0,72- 0,82 и более, плотность скелета 1,50- 1,60 г/см3; 2) высокая пылеватость (преобладание в составе алевритовых фракций: в лессах до 90%, а лессовидных суглинках - до 50%, остаток составляют песчаные частицы); агрегированность и микросложение, однородность механического состава; 3) высокое содержание легкорастворимых солей, главным образом, карбонатных и сульфатных; 4) непрочные структурные связи, легкая размываемость, размокаемость и оплывание; 5) склонность к просадкам при увлажнении; естественная влажность от 3 до 10%, в зависимости от глубины и положения над уровнем грунтовых вод; коэффициент насыщения часто не превышает 0,5-0,6; 6) условия залегания в виде мощных толщ и покровов; столбчатая текстура и возможность удерживания в естественном состоянии вертикальных склонов значительной высоты; 7) светлая расцветка.
Важнейший обязательный диагностический признак лессовых пород - их макропористость - пористость породы, превышающая обычную и составляющая более 50%. Количество макропор обычно составляет 15-20% от общей пористости породы. Макропоры в форме трубочек, канальцев и других пустот пронизывают породу в вертикальном направлении. Если порода континентального происхождения не макропориста, то, даже если у нее имеются другие характерные признаки лессовой породы (состав, окраска, отдельность и др.), непозволительно относить ее к этому типу.
2 генетические группы лессовых пород мало отличаются по внешним признакам, но имеется существенное различие в их составе: у лессов частицы пылеватой фракции являются элементарными минеральными частицами, а у лессовидных пород - имеют агрегатное строение. Такую особенность имеют лессовые почвы Украины.
Содержание пылеватых частиц в их составе от 50-52 до 81-82%, 90-95%. Содержание песчаных фракций от 1-3% до 15-20%, редко выше. Структура лессовых пород типичная алевритовая и алевропелитовая. Преобладают частицы алевритовые (0,05-0,002 мм) с примесью глинистых. В минеральном составе тонкодисперсной части основную массу составляют глинистые минералы (монтмориллонит, каолинит, гидрослюды и их смеси); кварц, реже карбонаты и др. В минеральном составе грубодисперсной части (алевритовая и псаммитовая) встречаются только первичные минералы, среди которых 40-90% составляет кварц, присутствуют полевые шпаты, карбонаты, встречаются амфиболы, пироксены, слюды и др.
Характер связей между частицами мелкого песка и пыли, позволяющий лессовой породе удерживаться в вертикальных откосах и выдерживать нагрузку без значительных деформаций, может быть следующий:
- 1. Кристаллизационные связи:
- - из труднорастворимых солей (СаСО3, MgCO3); - из среднерастворимых солей (СаSO4*2H2O); - из легкорастворимых солей (Na2SO4*10H2O, MgSO4*7H2O и др.).
- - водоустойчивые; - водоустойчивые при высокой концентрации порового раствора; - неводоустойчивые.
Преобладание связей того или иного характера в составе агрегатных частиц и между гранулометрическими элементами породы (агрегатными или элементарными) определяют поведение породы при ее увлажнении. Коллоидная фракция и связанная вода с очень малым участием солей обусловливает скрепление главной массы пылеватых частиц лесса.
Под воздействием воды в лессах разрушаются структурные связи и строение, проявляется расклинивающее действие водных пленок при набухании и происходят оплывание макропор и резкое доуплотнение породы либо только от собственного веса, либо под воздействием нагрузки от сооружения.
Разрушение структуры лессов с малой влажностью наступает при первом замачивании водой преимущественно водно-коллоидных (коагуляционных) связей. Связи цементационного характера (значительное количество карбонатов и гипса) более прочные. В таких лессах выделяют два периода развития просадочности. Первый, краткий, после увлажнения породы, чаще основной по величине уплотнения, и второй, длительный и меньший по деформации, с выщелачиванием солей и пластическим уплотнением водонасыщенных дисперсных пород.
Для лессовых толщ значительной мощности характерно общее увеличение влажности от 3-5% вблизи дневной поверхности до 23-27%, в зависимости от минерало-гранулометрического состава и плотности, в зоне капиллярного насыщения над УГВ и наличием погребенных почв. При влажности лесса 12-15% просадочные деформации незначительны, происходит медленное уплотнение, обычное для глинистых пород.
Существует 4 типа просадочных деформаций:
- - просадки появляются немедленно после замачивания породы; - просадки появляются через продолжительное время после замачивания; - появляются в течении продолжительного времени, медленно возрастая; - проявляются в виде внутреннего размыва и суффозии в лессах и глинах.
Часто развитие просадочности сочетается с другими инженерно-геологическими процессами: возникают оползни, суффозия, оплывины, размывы и разные виды деформаций откосов каналов, сложенных лессами и лессовидными породами.
В естественных обнажениях для лессов характерна столбчатая отдельность. Вертикальные уступы, обрывы высотой от 2-3 до 4-5 м в верхней части обнажений по оврагам, в уступах террас, в бортах карьеров, в выемках, на склонах речных долин - характерный элемент рельефа области распространения лессовых пород.
Просадки хорошо выражены в рельефе в виде блюдцеобразных плоских понижений, западин, ложбин и воронок, отдельных и групповых, охватывающих большие площади. Форма их круглая, эллиптическая, диаметр до 10-15 м у групп, и 40-50 м у одиночных. Глубина 2-3 м, склоны крутые, плавно сливаются с дном и разделяющими их буграми. Группы соединяются радиальными понижениями, приобретают трех-, четырех - и пятилучевую форму. Воронки образуют небольшие озерки.
Лессовидные суглинки (наиболее распространенная разность лессовых пород) отличаются постоянством свойств:
- - естественная влажность 20-25%; - коэффициент насыщения 0,6%; - объемная масса скелета 1,5 г/см3; - пористость 40-50%; - коэффициент пористости 0,7-1,0, иногда превышает 1,0; - число пластичности 9-18%.
Кф от долей метра до нескольких метров в сутки. В вертикальном направлении (в направлении ориентировки макропор) их водопроницаемость значительно выше, чем в горизонтальном, они очень анизотропны.
Лессовые породы естественной влажности и плотности при действии на них умеренной нагрузки средне - или слабосжимаемы, сравнительно умеренно деформируемы, имеют сравнительно высокие значения сопротивления сдвигу. Коэффициент сжимаемости в интервале нагрузок от 1 до 2 кгс/см2 измеряется сотыми и тысячными долями квадратного сантиметра на килограмм-силу.
В сухом состоянии лессовые грунты представляют собой надежную строительную породу в качестве фундаментов сооружений с модулем деформации Е 250-320кг/см2 (25-32Мпа). Угол внутреннего трения 28-30° и выше, а сцепление - 0,80-1,20 кгс/см2 и более.
При замачивании модуль деформации на границе пластичности составляет 20 Мпа и на границе текучести 4,5-5,0 Мпа. В таких условиях лессовидные суглинки становятся слабой породой, ненадежной как фундамент сооружения, прочность структурных связей и породы в целом снижается.
Похожие статьи
-
Коллекторские свойства горных пород - Коллекторы и флюидоупоры
Под пористостью горной породы понимается наличие в ней пор (пустот). Пористость характеризует способность горной породы вмещать жидкости и газы. В...
-
Породы-флюидоупоры - Коллекторы и флюидоупоры
Породы-флюидоупоры служат необходимой составляющей природных резервуаров нефти и газа. Они предотвращают рассеивание жидких и газообразных флюидов,...
-
Продуктивный пласт К приурочен к самой верхней части каширского горизонта и представлен тремя прослоями пористо-кавернозных доломитов и известняков,...
-
Обломочные породы - История геологического развития территории
Песчаники - сцементированные осадочные породы, размеры частиц которых составляют 0,1 - 10 мм. В промышленности песчаники применяются как бутовый камень,...
-
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГОРНЫХ ПОРОДАХ Земная кора сложена главным образом изверженными и метаморфическими горными породами, на которых прерывистым покровом...
-
Глубина скважин, Крепость пород и устойчивость стенок скважин - Буровые установки
Проектная глубина скважины (наряду с ее значением) определяет тип и мощность выбираемого бурового станка, основные параметры бурового оборудования и...
-
Определение буримости и взрываемости горной породы - Построение паспорта прочности горной породы
Буримость принято оценивать по длине шпура или скважины, пробуренной в исследуемой породе за 1 мин. чистого времени бурения в стандартных условиях, или,...
-
Крепость горных пород - характеристика сопротивляемости пород их добыванию - технологическому разрушению. Это понятие крепости введено профессором М. М....
-
Метод гидростатического взвешивания - Построение паспорта прочности горной породы
Метод основан на определении объема образца горной породы по весу вытесненной им жидкости. Для проведения опыта из пробы горной породы отбираются 5-6...
-
Общие сведения о горных породах - Построение паспорта прочности горной породы
Горные породы - это природные агрегаты одного или нескольких минералов, образующие самостоятельные геологические тела По происхождению горные породы...
-
Породы-коллекторы - Коллекторы и флюидоупоры
К настоящему времени предложен ряд классификаций коллекторов терригенного (обломочного) и карбонатного состава, однако ни одна из них не получила...
-
Сосна обыкновенная PinussylvestrisL. Географический ареал сосны простирается по всему бореальному поясу лесов Евразии. Сосна малотребовательна к теплу,...
-
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ БУРЕНИИ - Бурение нефтяных и газовых скважин
Основной вид деформации, под действием которой породы в процессе бурения разрушаются, -- вдавливание. Рассмотрим явления, происходящие в породе при...
-
Добычные и вскрышные горизонты развиваются в восточном направлении, транспортные бермы располагаются вдоль южного и северного борта. Система разработки...
-
В горных породах обычно содержится некоторое, хотя бы самое ничтожное, количество радиоактивных элементов, таких как уран, торий, радий, калий или их...
-
Упругость - способность горных пород полностью восстанавливать свои первоначальные формы и размеры после снятия нагрузки. Предел упругости У -...
-
При возведении насыпи второго яруса (отм. 385м) первоначально устраивается насыпь высотой 4 м с приямком из грунта отвала. Плановое положение ее...
-
Определение плотностных свойств горной породы - Построение паспорта прочности горной породы
Плотностные свойства обусловлены действием на породу гравитационного поля сил Земли (силы земного притяжения). К плотностным свойствам относятся:...
-
Первый предполагает переменное давление и наличие буферного объема газа, второй основан на вытеснении газа рассолом при извлечении газа и рассола газом...
-
Почвообразующие породы - Почвы холмисто-моренных ландшафтов природного парка "Вепсский лес"
Почвообразующие породы на территории "Вепсского леса" представлены красно-бурыми моренными суглинками, песчаными отложениями зандров, камовыми песками и...
-
Параметры существующего отвала №1: - площадь отвала - 292,5 га. - тип отвала - двухъярусный. Высота первого яруса 25м с абсолютной отметкой 350 м, высота...
-
Вулканогенно - осадочные породы, Глинистые породы - История геологического развития территории
Туффиты - состоят на 50-90 процентов из вулканогенного и на 10-50 процентов из осадочного материала. Практическое значение данных пород невелико, лишь...
-
Электроимпульсное разрушение горных пород
При дроблении горных пород важное значение имеет проблема их избирательного разрушения. Это связано с тем, что традиционные механические методы...
-
На данном участке территории полезными ископаемыми являются: известняки, мергели, песчаники, пески, конгломераты, гравелиты, алевролиты, глины,...
-
Оценка параметров пород измерениями в процессе бурения - Измерения в процессе бурения
Гамма излучение. Датчик гамма-излучения измеряет количество естественного гамма-излучения пород. Он используется для установления литологии, для...
-
После проветривания забоя ствола с малой скоростью, опускается сменный мастер, взрывник и бригадир. При спуске производится тщательный осмотр ствола и...
-
Как объект горных разработок горные породы характеризуются различными технологическими свойствами - Крепостью, абразивностью, твердостью, буримостью,...
-
Для решения каких задач целесообразно проводить отбор образцов горных пород - Радиометрия скважин
Метод отбора образцов горных пород из стенок скважины боковыми сверлящими керноотборниками на кабеле позволяет получать надежную информацию для...
-
Изучение фазового состава вмещающих пород сырья и ванадиевой минерализации углерод-кремнеземистой формации Северо-Западного Каратау Нижнекембрийские...
-
Динамические характеристики определяются по известным скоростям прохождения упругих волн через образец: Динамический коэффициент Пуассона...
-
Определение статических упругих свойств горной породы - Построение паспорта прочности горной породы
Упругие свойства горных пород характеризуются модулем упругости Е при одноосном напряженном состоянии (модуль Юнга), модулем сдвига модулем объемной...
-
Паспорт (диаграмма) прочности представляет собой график функциональной зависимости между касательными нормальными напряжениями, при которых происходит...
-
Пещерные пустоты, Карстовые явления - Достояние крымской природы - пещерные пустоты
Карстовые явления Карст (карстовые явления) - целый ряд явлений, вызванных растворением (выщелачиванием) некоторых горных пород. Впервые эти явления были...
-
Горные породы - Буровые установки
По происхождению горные породы делятся на три группы: магматические (изверженные), осадочные и метаморфические. Магматические горные породы образуются в...
-
Сопутствующие явления. - Землетрясения и моретрясения
Иногда подземные толчки сопровождаются хорошо различимым низким гулом, когда частота сейсмических колебаний лежит в диапазоне, воспринимаемом...
-
Вечная мерзлота как глобальное явление - Вечная мерзлота
Вечная мерзлота -- явление глобального масштаба, она занимает не менее 25% площади всей суши земного шара. Только в России площадь вечной мерзлоты...
-
Дробление негабаритных кусков породы и валунов - Разработка месторождений открытым способом
Буровые работы производятся станком типа СБШ-200. Бурение негабаритных кусков горной массы производится компрессором типа ПР-12/07М. Валуны и...
-
Акустические свойства горной породы - Построение паспорта прочности горной породы
Акустические свойства характеризуют закономерности распространения в породах знакопеременных, упругих деформаций (упругих волн). По своей природе упругие...
-
Инструмент для бурения скважин большого диаметра в мягких и рыхлых породах - Буровые установки
Скважины большого диаметра (в том числе шурфы круглого сечения) при инженерно-геологических изысканиях в рыхлых и мягких породах проходятся...
-
Создание ПХГ, ПХГ в пористых породах. - Сущность хранения газа
ПХГ сооружаются двух типов: в пористых породах и в полостях горных пород. К первому типу относятся хранилища в истощенных нефтяных и газовых...
Просадочные явления в лессовых породах - Просадочные явления в лессовых породах