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.).
    2. Коллоидные связи:
      - 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




Просадочные явления в лессовых породах - Просадочные явления в лессовых породах

Предыдущая | Следующая