Основы геологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Происхождение и классификация осадочных горных пород. Особенности осадочных горных пород

Осадочными горными породами называются породы, существующие в термодинамических условиях, характерных для поверхностной части земной коры и образующиеся в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов или всех трех процессов одновременно.

Более трёх четвертей площади материков покрыто осадочными породами, поэтому с ними наиболее часто приходится иметь дело при геологических работах. Кроме того, с осадочными породами связана подавляющая часть разрабатываемых месторождений полезных ископаемых, в том числе нефти и газа. В них хорошо сохранились остатки вымерших организмов, по которым можно проследить историю развития Земли.

Изучением осадочных горных пород занимается наука литология.

Литология

Генезис осадочных горных пород.

Образование осадков, из которых возникают осадочные горные породы, происходит на поверхности земли, в её приповерхностной части и в водных бассейнах.

Процесс формирования осадочной горной породы называется литогенезом и состоит из нескольких стадий:

- образование осадочного материала;

- перенос осадочного материала;

- седиментогенез - накопление осадка;

- диагенез - преобразование осадка в осадочную горную породу;

- катагенез - стадия существования осадочной породы в зоне стратисферы;

- метагенез - стадия глубокого преобразования осадочной породы в глубинных зонах земной коры.

Стратосфера

Образование осадочного материала.

Образование осадочного материала происходит за счет действия различных факторов - влияния колебаний температуры, воздействия атмосферы, воды и организмов на горные породы и т.д. Все эти процессы приводят к изменению и разрушению пород и объединяются одним термином выветривание

Различают выветривание механическое, когда раздробление пород происходит вследствие тектонических процессов, деятельности воды, ветра, льда, под влиянием силы тяжести и других причин. Химическое выветривание связано с тем, что многие минералы, оказавшись у поверхности Земли, вступают в различные химические реакции. Объём их при этом увеличивается, и горная порода разрушается. Основными факторами этого типа выветривания являются атмосферная и грунтовая вода, свободные кислород и углекислота, растворенные в воде органические и некоторые минеральные кислоты.

К процессам химического выветривания относятся окисление, гидратация, растворение и гидролиз. Химическое разложение протекает одновременно с механическим раздроблением. Физическое (морозное) выветривание протекает под влиянием колебаний температуры, вследствие чего минералы, слагающие породы, испытывают попеременно то сжатие, то расширение. Это приводит к образованию трещин и в конечном итоге к разрушению пород. Особенно активно физическое выветривание в районах с континентальным климатом, где отмечается существенная разница суточных и сезонных температур. Биологическое выветривание производят живые организмы (бактерии, грибки, вирусы, роющие животные, низшие и высшие растения и т.д.).

Перенос осадочного материала.

Осадочный материал обычно не остается на месте, а переносится под действием различных факторов в те участки земной поверхности, где существуют условия, благоприятные для его накопления и захоронения.

Перенос осуществляется главным образом с помощью воды и ветра; кроме них заметную роль в перемещении осадков играют движущиеся ледники, айсберги и прибрежные льды, а также связанные с проявлением силы тяжести оползни, осыпи, обвалы; а также живые организмы. Чем меньше частицы, тем дальше они могут быть перемещены. В районах вечной мерзлоты (нивальный климат) глетчеры транспортируют обломочные продукты выветривания любых размеров и отлагают их в качестве донных и конечных морен. В областях пустынь (аридный климат) господствует эоловый перенос. Он обусловливает сортировку по крупности зерен на крупные обломки, остающиеся на месте образования, песок, образующий дюнные ландшафты, и тончайшую пыль, лёс, который часто выносится ветром из пустынь и отлагается в соседних районах.

Главной транспортирующей силой на Земле служит вода, которая в районах с избыточными осадками (гумидный климат, тропический или умеренный) в форме грунтовых вод, вод источников, речной и озерной воды стремится под уклон к океану, формируя при этом морфологию поверхности. В зависимости от размеров и характера переносимого водой материала, он транспортируется либо путем перекатывания, либо во взвешенном состоянии или в растворенном виде. При понижении скорости течения происходит последовательное отложение обломков согласно закону механической осадочной дифференциации: глыбы - валуны - галька - гравий - песок - алеврит - пелит. Вещества, находящиеся в коллоидном и истинном растворе, выпадают только вследствие химических процессов. Продукты выветривания распределяются, таким образом, по всей поверхности Земли, подвергаются при этом сортировке и, наконец, отлагаются в виде осадков в самых глубоких местах или на материках, или (преимущественно) в морских бассейнах

Накопление осадка (седиментогенез).

Транспортируемый осадочный материал осаждается в пониженных участках рельефа. Скорость накопления осадка колеблется в очень широких пределах - от долей миллиметра (глубоководные части морей и океанов) до нескольких метров в год (в устьях крупных горных рек).

Длительное и устойчивое погружение области осадконакопления предопределяет образование мощной, однородной осадочной толщи. В случае частой смены тектонического режима происходит переслаивание осадков, различных по составу и строению.

В процессе переноса и осаждения осадочного материала под влиянием механических, химических, биологических и физико-химических процессов происходит его сортировка и избирательный переход в твердую фазу растворенных и газообразных веществ. Этот процесс называется осадочной дифференциацией. Образовавшиеся в результате осадочные породы в большинстве своем отличаются от магматических и метаморфических более простым химическим составом, высокой концентрацией отдельных компонентов или более высокой степенью однородности частиц по размеру.

Следует иметь в виду, что наряду с осадочной дифференциацией на поверхности нашей планеты может происходить и смешивание осадочного материала (интеграция), поступающего из разных источников сноса. Этот процесс приводит к образованию полиминеральных пород, слагающихся как разнородными обломочными компонентами, так и биогенными и хемогенными образованиями.

2. Механические свойства глинистых грунтов

Морфология разрушения образцов при сжатии как скальных, так и глинистых пород характеризуется большим сходством. Различие заключается лишь в большей или меньшей величине пластической деформации, происходящей до и после появления разрывов. Если деформация разрушения прочных скальных пород не превосходит десятых долей процента, то для глинистых пород она может достигать десятков процентов.

Влияние минералогического состава глинистых грунтов на коэффициент одноосного сжатия. Минералогический состав связных грунтов влияет на величину их прочности. Наибольшей прочностью обладает монтмориллонитовая глина, а наименьшей гидрослюдистая и каолинитовая (при одинаковых значениях плотности - влажности). Интересно отметить, что гидрослюдистая глина, уплотнявшаяся в природных условиях (дно Каспийского моря), имела несколько большую прочность, чем аналогичная глина, но уплотнявшаяся искусственно.

Состав обменных катионов глин влияет через изменение расстояния между частицами (изменение плотности). Для Са-монтмориллонита плотность при данном давлении оказывается больше, чем для Na-глин, поэтому у них и прочность несколько выше. Влияние обменных катионов в гидрослюдистых и каолинитовых глинах на их прочность проявляется в незначительной степени.

Влияние высушивания на прочность глинистых грунтов. В результате высушивания связных грунтов прочность их возрастает. Увеличение прочности обусловлено сближением частиц при усадке в результате удаления прослоев воды из контактов между, частицами. Вследствие этого интенсивность электростатического и молекулярного взаимодействия между частицами резко возрастает и обусловливает большую прочность, чем для влажных образцов.

Прочность высушенных глинистых паст может достигать высоких значений, измеряемых десятками и сотнями кГ/см2: для монтмориллонитовых глин - до 260-290 кГ/см2; для гидрослюдистых - до 120-130 кГ/см2; для каолинитовых - до 30 - 75 кГ/см2.

Влияние цементации и связности на прочность глинистых грунтов.

Для глинистых грунтов с естественной структурой прочность, обусловленная наличием цементационных (кристаллизационных) связей между частицами, проявляется особенно отчетливо. Так, для нормально уплотненных гидрослюдистых глин дна Каспийского моря прочность на сжатие увеличивалась с ростом содержания в них CaCO3.

Различная связующая роль глинистых частиц разного химико-минералогического состава отчетливо выявляется при добавках к песку монтмориллонитовой и каолиновой глин. После высушивания прочность этих образцов получается неодинаковой. При всех соотношениях песка и глины наибольшая прочность получается при смешивании песка с монтмориллонитовой глиной.

Прочность образцов, изготовленных из, смесей кварцевый песок + монтмориллонит, в 3-5 раз больше прочности образцов, в состав которых входит кварцевый песок и каолин. Дисперсность и кристаллохимическая активность монтмориллонитовой глины выше, чем у каолиновой, в результате чего взаимодействие глинистых добавок с песчаными частицами происходит более интенсивно, что и приводит к повышению прочности.

Влияние дисперсности глин на их прочность. С ростом дисперсности глинистых грунтов прочность их будет возрастать. Однако строгая зависимость между содержанием глинистых частиц и величиной прочности отсутствует. Большое содержание коллоидов среди глинистых частиц может вести не к увеличению, а к уменьшению прочности грунта. Это явление можно объяснить тем, что чем однороднее гранулометрический состав грунта, тем больше величина его пористости и тем больше в нем содержится одноименно заряженных частиц, в силу чего уменьшается действие молекулярных и электростатических сил притяжения.

Влияние обменных катионов на прочность глинистых грунтов. Прочность глинистых грунтов изменяется в зависимости от того, в скоагулированном или диспергированном состоянии находятся частицы в процессе высыхания грунта. При диспергации частиц величина прочности сухих грунтов повышается. Этим объясняется изменение величины прочности глинистых грунтов в зависимости от состава обменных катионов. В опытах П.И. Шаврыгина (1936) предел прочности на сжатие изменялся в зависимости от состава обменных катионов по следующему ряду:

Na+ > NH+4> Mn2+ > Mg2+ > Ca2+ >К+ > H+ > Al3+

183 161 148 138 128 112 34 30 кГ/см2.

Как видно, Na+ и NH+, обусловливающие диспергацию каштановой почвы, придают наибольшую прочность образцам. Al3+, вызывая коагуляцию, уменьшает величину прочности по сравнению с Na+ в 6 раз.

Несколько меньшее изменение прочности наблюдается при насыщении Na+ суглинистых грунтов. Однако и в этом случае прочность образцов, насыщенных Na+, в 1,5-2 раза больше прочности образцов, насыщенных Ca2+ и H+.

Оптимальная нагрузка уплотнения глинистых грунтов. Прочность связных и особенно глинистых грунтов сильно увеличивается с ростом их плотности.

Наибольшее уплотнение глинистых грунтов при минимуме затраченной работы достигается при определенной их влажности. А.Ф. Лeбедев установил, что каждой величине влажности образца грунта соответствует определенная величина работы, посредством которой может быть достигнут максимальный объемный вес уплотненного образца. При одной и той же величине работы наибольшая уплотняемость грунта достигается при оптимальной влажности уплотнения. Величина оптимальной влажности уплотнения несколько больше нижнего предела пластичности.

Однако если, уплотнять образцы глинистых грунтов разными нагрузками и определять их прочность после высушивания до воздушно-сухого состояния, то прочность их возрастает с увеличением нагрузки лишь до определенного предела, после которого остается или постоянной, или незначительно изменяется при дальнейшем увеличении нагрузки Такие же данные получены Е.М. Сергеевым (1949) для глин и суглинков различного минералогического состава и дисперсности. Образцы уплотнялись при влажности, соответствующей нижнему пределу пластичности, и доводились до воздушно-сухого состояния, после чего определялась их прочность на сжатие. С ростом уплотняющей нагрузки прочность образцов резко увеличивается до определенного значения, после которого для большинства грунтов остается более или менее постоянной и лишь для моренных суглинков продолжает несколько возрастать.

Нагрузка, при которой достигается прочность грунтов, практически близкая к ее максимальной величине, была названа Е.М. Сергеевым оптимальной нагрузкой уплотнения.

Для того чтобы судить о достижении оптимальной нагрузки уплотнения, необходимо определить степень изменения прочности образцов с ростом уплотняющей нагрузки. Отношение приращения прочности образцов в Г/см2 при увеличении уплотняющей нагрузки на 1 кГ/см2 было названо Е.М. Сергеевым показателем повышения прочности Пп.п.

В большинстве случаев показатель повышения прочности до достижения оптимальной нагрузки уплотнения превышал 500, а после оптимальной нагрузки уплотнения был меньше 10.

Оптимальная нагрузка уплотнения является для определенного грунта величиной устойчивой. Образцы во влажном состоянии после уплотнения имеют меньшую прочность, чем в воздушно-сухом состоянии, но максимальное ее значение достигается при той же оптимальной нагрузке уплотнения. При прогреве и обжиге глинистых грунтов величина прочности их сильно повышается. Однако и в этом случае наибольшую прочность приобретают образцы, подвергнутые до термической обработки уплотнению оптимальной нагрузкой.

В результате действия оптимальной нагрузки уплотнения и последующего высыхания глинистый грунт достигает такого состояния, при котором силы сцепления между частицами проявляются в наибольшей степени. При уплотнении образцов происходит не только сближение частиц, но и переориентация их относительно друг друга. Форма и размеры пор становятся более однородными, вследствие чего усадка грунта происходит равномерно, без возникновения перенапряжения, а поэтому повышается и прочность спрессованных образцов.

При оптимальной нагрузке уплотнения (Ропт) создаются такие структура и текстура, которые лишь незначительно могут быть изменены в процессе усадки сформованных образцов и при которых грунт приобретает плотность, достаточную для полного проявления молекулярных и электростатических сил притяжения между частицами. Так, Е.М. Сергеев показал, что при уплотнении образцов до достижения оптимальной нагрузки уплотнения объемный вес их возрос в среднем на 0,42, после же достижения оптимальной нагрузки уплотнения дальнейшее увеличение нагрузки вызвало рост объемного веса в среднем только на 0,05.

При нагрузке, меньшей оптимальной нагрузки уплотнения, не успевает сформироваться микроструктура и текстура, обладающая достаточной плотностью для того, чтобы полностью проявить силы молекулярного и электростатического притяжения, вследствие чего прочность образцов грунта сравнительно невелика. Нагрузка, большая оптимальной нагрузки уплотнения, существенно не изменяет образовавшуюся структуру образцов, в результате чего прочность их возрастает в меньшей степени, чем при Р<Ропт.

Величина оптимальной нагрузки уплотнения зависит от дисперсности глинистого грунта. Чем больше в грунте содержится глинистых частиц и коллоидов, тем меньше величина оптимальной нагрузки уплотнения.

3. Суффозионные и плывунные процессы

Суффозионные процессы. При фильтрации подземная вода совершает разрушительную работу. Из пород вымываются составляющие их мелкие частицы. Это сопровождается оседанием поверхности земли, образованием провалов, воронок (рис. 156). Этот процесс выноса частиц, а не его последствия, называют суффозией.

Различают два вида суффозии - механическую и химическую. При механической фильтрующаяся вода отрывает от породы и выносит во взвешенном состоянии целые частицы (глинистые, пылеватые, песчаные); при химической вода растворяет частицы породы (гипс, соли, карбонаты) и выносит продукты разрушения.

При одновременном действии этих двух видов суффозии иногда применяют термин - химико-механическая суффозия. Такая суффозия может быть в лессовых породах, где растворяется карбонатное цементирующее вещество и одновременно выносятся глинистые частицы.

Основной причиной суффозионных явлений следует считать возникновение в подземных водах значительных сил гидродинамического давления и превышение величины некоторой критической скорости воды.

Суффозионный провал в толще суглинков: / - снег

Это вызывает отрыв и вынос частиц во взвешенном состоянии. Взвешивание частиц происходит при критическом напоре /_кр, который можно определить по формуле

4 р = (Д - 1) (1 - п) + 0,5 л,

где Д - плотность породы (песка); п - пористость породы.

Гидродинамическое давление D, г/см³, действующее по касательной к депрессионной кривой дренируемого потока, определяют по формуле

D = До nl,

где До = 1 - плотность воды; п - пористость; / - гидравлический уклон (градиент).

Суффозия наиболее свойственна гранулометрически неоднородным породам. Процесс механической суффозии в разнозернистом песке происходит следующим образом. Песок состоит из частиц различного размера - больших и малых. Большие частицы создают структурный каркас породы. Поры достаточно велики и через них под действием фильтрующейся воды свободно проходят мелкие частицы (глинистые, пылеватые). Суффозия в таких песках возникает с момента появления критического напора Ад, > 5.

Суффозия может происходить в глубине массива пород или вблизи поверхности земли.

В глубине массива перенос мелких частиц осуществляется водой из одних пластов в другие или в пределах одного слоя. Это приводит к изменению состава пород и образованию подземных каналов. В глубине массива суффозия может возникать также на контакте двух слоев, различных по составу и пористости. При этом мелкие частицы одной породы потоком воды переносятся в поры другой породы. При суффозии на контакте между слоями иногда формируются своеобразные прослои или вымываются пустоты. Это можно наблюдать на контакте глинистых и песчаных слоев, когда соотношение коэффициентов фильтрации этих пород больше двух. Характерными являются пустоты лессовых пород, в частности, на контакте с подстилающими их кавернозными известняками-ракушечниками. Размер пустот иногда достигает нескольких метров. Такие небольшие пещеры развиты, например, на склонах долины р. Темерник в г. Ростове-на-Дону (рис. 157). Развитие пещер нередко сопровождается провалом поверхности земли, повреждением зданий и подземных коммуникаций.



Суффозионная полость (/) в лессовых породах, залегающих на склоне рельефа, сложенном известняками-ракушечниками (2) и глиной (J): 4 - здания

Следует отметить, что в лессовых породах суффозия развивается не долько на контактах, айв самых толщах, образуя так называемый глиняный, или лессовый, карст.

Развитие пустот начинается с ходов землероев и при условии возникновения в них турбулентных завихрений фильтрующей воды. Порода разрушается и образуются пустоты размыва.

Как механическая, так и химическая суффозия активно проявляется также вблизи поверхности земли при естественном или искусственном изменении гидродинамических условий - формировании воронок депрессии, колебаниях уровня подземных и поверхностных вод, откачках, дренировании. Суффозионные процессы часто возникают на склонах речных долин и откосах котлованов и берегах водохранилищ при быстром спаде паводковых вод или сбросе лишних вод, в местах выхода на поверхность грунтовых вод, на орошаемых территориях В откосах строительных выемок суффозионный вынос частиц приводит к оседанию поверхности, образованию провалов, воронок, оползней. Например, в районе Волгограда многие оползни связаны с суффозионным выносом песка грунтовыми водами. На орошаемых землях дельт рек Терека и Сулака (Прикаспий) за счет инфильтрации воды и перепада ее скоростей на границе супесчано-суглинистых отложений с озерно-аллювиальными трещиноватыми глинами образуются крупные провалы, разрушается оросительная сеть, магистральные каналы.

Химическая суффозия может проходить длительное время и выщелачивает не только карбонаты и другие сравнительно легко растворимые вещества, но и кремнезем. При значительном растворении пород химическая суффозия переходит в карстовый процесс.

При исследовании пород, в которых наблюдается или возможна фильтрация воды, необходимо выявлять их способность к суффозии. Следует учитывать, что при малом гидродинамическом давлении в породах может происходить только фильтрация воды,

Схема формирования суффозионной каверны под насыпной плотиной (по М. Васичу) (обозначения ясны из рисунка)

при повышении давления начинается суффозия. Для выявления этих свойств определяют критические градиенты и давление воды, при которых начинается процесс суффозии. Эту работу проводят в лабораторных и полевых условиях.

При проектировании объектов необходимо установить возможность проявления суффозионной осадки, определить величину и характер протекания суффозной осадки (5^). При этом следует определять всю суммарную величину вертикальной деформации засоленного основания, которая складывается из осадки, вызванной уплотнением грунтов от нагрузки объектов, и суффозионной осадки.

При прогнозе величины суффозионной осадки следует учитывать:

· в глинистых грунтах с содержанием глинистых частиц более 40% осадка практически не проявляется;

· наибольшая осадка наблюдается при высокой засоленности и большой пористости грунтов;

· величина и характер протекания осадки во времени во многом зависят от химического состава фильтрующейся в грунте воды.

· Величина суффозионной осадки определяется по результатам полевых испытаний засоленных грунтов статической нагрузкой (штампом) после длительного замачивания.

· Строительство на суффозионных грунтах имеет свои трудности и осуществляется по специальным требованиям строительных норм и правил. При возведении объектов используются различные приемы строительства:

· прорезка фундаментами зданий слоя суффозионного фунта;

· водозащита оснований от проникновения в них атмосферных и технических вод;

· прекращение фильтрации подземной воды устройством дренажей и водонепроницаемых завес;

· отсыпка на основании фунтовых подушек из песка или суглинков;

· предпостроечное рассоление и уплотнение фунтового основания;

· искусственное закрепление массива фунтов методами технической мелиорации (кроме крупнообломочных фунтов, обладающих высокой фильтрационной способностью).

· Выбор того или иного приема строительства зависит от геологического строения и гидрогеологической обстановки строительной площадки, типа и вида фунтов оснований, характера засоления, конструкции объекта и технических возможностей строительной организации.

· Суффозионные явления отрицательно сказываются на устойчивости зданий и сооружений. С суффозией следует активно бороться. Основой всех мероприятий является прекращение фильтрации воды. Это достигается различными путями: регулированием поверхностного стока атмосферных вод и гидроизоляцией поверхности земли; перекрытием места выхода подземных вод тампонированием или прифузкой песком; устройством дренажей для осушения пород или уменьшением скорости фильтрации воды; упрочнением ослабленных суффозией пород методами силикатизации, цементации, глинизации, применением специально выбранных видов фундаментов, например свайных.

4. Плывуны

Плывунами называют водонасыщенные рыхлые породы, обычно пески, которые при вскрытии различными горными выработками разжижаются, приходят в движение и ведут себя подобно тяжелой вязкой жидкости.

Плывунные свойства, кроме песков, при определенных условиях могут проявлять пылеватые суглинки, супеси, т.е. породы, обладающие значительной пористостью.

Основной причиной проявления у пород плывунных свойств является гидродинамическое давление поровой воды, которое создается в результате перепада (градиента) давления фунтовых вод при вскрытии котлована (траншей и т.п.). В связи с обычно малой водопроницаемостью плывунных пород гидравлический фа - диент вызывает фильтрационное давление на частицы породы, обусловливая их движение по направлению фадиента или, иначе говоря, в сторону разфузки, в котлован. Для определения критического значения фадиента фильтрации /_кр, при котором порода переходит в плывунное состояние, рекомендуют формулу 418

/кр = (р - 1) (1 - Я),

где р - плотность породы; п - пористость.

В плывунном состоянии породы утрачивают всякие структурные связи. Частицы переходят во взвешенное положение, т.е. по существу, плывуны имеют в этот момент плотность некоей вязкой жидкости.

Интенсивность плывунных явлений в породах зависит от величины градиента, гранулометрического и минерального состава формы частиц, плотности породы и ряда других факторов.

Плывуны, находящиеся в покое, слабо отдают воду и маловодопроницаемы.

Плывуны разделяют на ложные (псевдоплывуны) и истинные.

Ложные плывуны - это породы, не имеющие структурных связей, обычно в виде различных песков. Переход в плывунное состояние происходит под действием высокого гидродинамического давления потока подземных вод. Коэффициент фильтрации достигает 1-2 м/сут и более. Частицы породы находятся во взвешенном состоянии. Трение между ними сводится к нулю. Пески этого вида плывунов очень легко оплывают. Плотность в безводном состоянии колеблется от 1,5 до 1,75 т/м³. Вода светлая или слабо мутная. Взвешивающее действие воды при определенных условиях проявляется также в песках некоторых морских побережий, образуя так называемые зыбучие пески. Под действием гидродинамического давления во взвешенное состояние могут переходить не только пески, но некоторые другие рыхлые породы.

Характерной особенностью ложных плывунов является довольно легкая отдача ими воды. При высыхании они образуют рыхлую или слабо сцементированную массу.

Истинные плывуны - это породы с коагуляционными или смешанными связями в виде глинистых песков, а также супесей, суглинков. Структурные связи обусловлены присутствием глинистых (менее 0,001 мм) частиц с высокими гидрофильными свойствами. Переход в плывунное состояние определяется невысоким гидродинамическим давлением и присутствием притягивающих к себе влагу (гидрофильных) глинистых частиц. Вокруг этих частиц формируются пленки связанной воды, что ослабляет структурное сцепление и уменьшает водопроницаемость пород. Значения коэффициента фильтрации очень низкие - от 0,005 до 0,0001 см/с.

Плотность истинных плывунов в безводном состоянии равна 1,8-2,2 т/м³. Разжижение плывунов происходит при влажности, меньшей полной влагоемкости. Глинистые частицы окрашивают воды в серовато-молочный цвет. При высыхании истинные плывуны вследствие склеивающего действия глинистых частиц образуют довольно сильно сцементированные массы. Характерной особенностью истинных плывунов является слабая отдача воды. Они «плывут» в основном за счет физически связанной воды.

Есть некоторые данные (В.В. Радина, 1975), что в истинных плывунах на имеющейся в них органике развиты колонии микроорганизмов, продукты жизнедеятельности которых способствуют проявлению плывунных свойств.

В строительной практике важно определить способность породы переходить в плывунное состояние и вид плывуна. Это можно сделать по ряду внешних признаков и на основе лабораторных анализов.

Склонность породы переходить в плывунное состояние можно установить по величине водоотдачи, высокой пористости (более 43%), по гидрофильности глинистых частиц и другим факторам. В полевых условиях способность к плывунности пород устанавливается по образованию в скважинах при бурении водопесчаных «пробок».

Наиболее сложно определить вид плывуна. Для этого необходимо изучить весь комплекс инженерно-геологических и гидрогеологических условий. Можно также использовать некоторые внешние признаки. Так, истинный плывун в котлованах дает скопление воды в виде «цементного» молока. Песок, взятый из котлована, имеет вид маловлажного грунта, воду не отдает и постепенно оплывает в лепешку.

Плывуны осложняют строительство. Они создают большие трудности в проходке строительных выработок, стремясь заполнить выработанное пространство. При условии замкнутого пространства плывуны могут быть надежными основаниями, но создать такой контур трудно. Возможно выпирание плывунов из-под фундаментов, что вызывает оползни, провалы поверхности, деформацию зданий и сооружений. Открытый водоотлив из котлованов опасен проявлением суффозии на окружающей территории. Опасна подрезка склона, дающая выход плывунам. Примером может служить случай со 100-метровым трамплином на Воробьевых горах в Москве. После строительства трамплина строители начали подрезать грунт в нижней части склона, чтобы придать ему необходимую кривизну для безопасного приземления лыжников. Были вскрыты плывуны, которые стремительно заполнили выемку и затопили экскаватор и вызвали оседание откоса. Плывуны очень чувствительны к вибрации и динамическим ударам, даже на значительно удаленных расстояниях от места возмущения.

Борьба с плывунами сложна и не всегда принятые меры дают желаемые результаты. В таких случаях приходится отказываться от устройств котлованов и применять свайный вариант фундаментов или подошву фундамента не доводить до слоя плывунных пород. В выборе метода борьбы важнейшее значение имеет вид плывуна.

Все способы борьбы с плывунами можно разделить на 3 группы:

· искусственное осушение плывунных пород в период строительства (открытая откачка воды из котлованов, иглофильтры и др.);

· ограждение плывунов путем создания шпунтовых стен (рис. 164);

· закрепление плывунов путем изменения их физических свойств (силикатизация, цементация, замораживание и т.д.).

Для ложных плывунов применимы все способы борьбы. В борьбе с истинными плывунами можно использовать ограждение, замораживание и электрохимическое закрепление. При проходке подземных выработок используют повышенное давление, уравновешивающее давление воды плывуна.

Возможность осушения плывунов зависит от их коэффициента фильтрации. При к_ф> 1 м/сут откачку воды производят из скважин; при к_ф ^ 1,0…0,2 м/сут следует использовать специальные установки - иглофильтры, позволяющие произвести осушение до глубины 5-6 м, и при иглофильтрах особой конфигурации - до 12-15 м и более. При Јф < 0,2 м/сут иглофильтры применяют в сочетании с электродренажом.

Шпунтовая стена в плывуне

Строительный котлован от плывуна можно оградить шпунтовой крепью, задача которой - прорезать слой плывунной породы и принять на себя ее давление. Забивка деревянного шпунта ограничивается глубиной 6-8 м, металлического - 20-25 м. При наличии галечников и прослоев плотных грунтов (мергели и др.) погрузить шпунт не удается.

Замораживание плывунов является временным и ненадежным мероприятием. Для этого используют или морозное время года, или специальные холодильные установки. В зимнее время проходку котлованов проводят поэтапно, после каждого периода промораживания грунта на глубину 20-30 см. Искусственное замораживание осуществляют вокруг котлована путем циркуляции в скважинах раствора СаС1₂, охлажденного до - 20-40°С. Это создает вокруг котлована зону замороженного водопроницаемого грунта.

Силикатизация - нагнетание в плывуны жидкого стекла. Это возможно при достаточно высокой водопроницаемости плывунов (А_ф > 0,5 м/сут). Силикатизация требует больших затрат, но весьма эффективна.

Правильное и своевременное применение тех или иных мер борьбы с плывунами позволяет успешно осуществлять строительные работы.

Список использованной литературы

1. Безрук В.М. - Геология и грунтоведение - М.: Недра, 1998

2. Платов Н.А. - Основы инженерной геологии - М.: ИНФРА - М, 2003

3. Дружинин М.К. - Основы инженерной геологии - М.: Недра, 1997

4. Попова З.А. - Исследования грунтов для дорожного строительства; лабораторные и практические работы. - М.: М Транспорт, 1985

5. Учебные и справочные издания.

Размещено на Allbest.ru

...