Шпаргалка по "Геологии"

Глинистые и суглинистые  грунты пойменной фации аллювия  обладают более благоприятными инженерно-геологическими характеристиками. Для них отмечены большие значения сопротивления  сдвигу, меньшая сжимаемость, причем отложения высоких пойменных  террас еще более благоприятны для  строительства. Водопроницаемость  пойменных глинистых грунтов  также невелика. Среди них в  разрезах надпойменных террас достаточно широко развиты лессовидные суглинки, которые в разной степени обладают просадочными свойствами и невысокой водопрочностью.

С аккумулирующей деятельностью рек связаны и дельтовые отложения, подразделяющиеся по условиям своего образования на две большие группы. Одна из них связана своим происхождением с субаквальными дельтами (реки впадают в водные бассейны), другая — с субаэральными дельтами (реки растекаются по равнине или перестают течь по различным причинам). Отложения субаквальных дельт формируются под влиянием аккумулирующей деятельности реки при значительном влиянии морской, озерной или лагунной обстановки. По составу дельтовые отложения равнинных рек разнообразны, но в общем для них характерна большая глинистость. В отдельных случаях значительные скопления растительных остатков предрасполагают к образованию угленосных толщ. Молодые глинистые отложения дельты, особенно при быстром их накоплении, отличаются большой рыхлостью. Особенно указанная рыхлость свойственна дельтовым осадкам, формирующимся в воде с повышенной соленостью, поскольку проходящая в этих условиях коагуляция обусловливает рыхлую агрегатную структуру осадка с очень высокой пористостью. При наличии в воде кальция в глинистых грунтах дельты образуются водоустойчивые кальциевые агрегаты. В засушливых местах дельтовые отложения (особенно подводной части) имеют солончаковый характер, в них формируются нестойкие связи из выкристаллизовавшихся солей или нестойкие связи коллоидного типа вследствие «высаливания». При расслоении такие грунты приобретают солонцеватость. Высокая пористость большей части дельтовых отложений сказывается на том, что они обладают в общем значительной сжимаемостью, низкой прочностью и длительным временем консолидации.

Глинистые грунты в отложениях ледникового  комплекса. Отложения ледникового комплекса слагают мощные толщи моренных водно-ледниковых образований, среди которых широко развиты глинистые породы.

Моренные образования представлены супесями, суглинками и глинами, содержащими различное количество дресвы, гравия, гальки и валунов. Состав этих образований достаточно закономерно изменяется по мере удаления от области питания. Нижние горизонты моренных толщ по своему составу в значительной степени связаны с составом подстилающих пород. Для толщ моренных образований характерны включения отторженцев — крупных глыб или массивов подстилающих ледник пород, которые по своим инженерно-геологическим особенностям существенно отличаются от моренных глинистых пород. Если подобные отторженцы состоят из твердых пород (известняков, песчаников), они не представляют опасности в инженерно-геологическом отношении и лишь вносят «осложнения в инженерно-геологическую обстановку». Отторженцы пластичных мягких глин (темные глины юры и др.) играют совершенно иную роль: их наличие может обусловливать большие и, главное, неравномерные осадки зданий на участках их развития. Для моренных образований также характерно наличие внутриморенных линз водона-сыщенных песков, которые увеличивают неоднородность строения моренных толщ и уменьшают их устойчивость в стенках откосов и котлованов.

Глинистые моренные грунты являются полиминеральными образованиями. В их глинистой фракции чаще всего преобладают гидрослюды. Наряду с ними содержится значительное количество кварца, полевых шпатов и других минералов, тонкодисперсные частицы которых образовались путем механического перетирания крупных обломков в процессе движения льда. Водорастворимые соли имеются в незначительном количестве или полностью отсутствуют, равно как и органическое вещество.

Отличительной чертой глинистых моренных образований является их высокая плотность: обычно в пределах от 1,80-1,90 до 2,20-2,30 г/см3. Пористость этих грунтов мала - обычно 25-35 % (но чаще 30 % или намного ниже). Столь высокая уплотненность рассматриваемых глинистых грунтов объясняется в первую очередь уплотняющим давлением ледника в период формирования моренных толщ. Высокому уплотнению способствовала в значительной мере большая разнородность гранулометрического состава моренных грунтов. Высокая плотность естественно во многом обусловила невысокую сжимаемость: в общем показатели физико-механических свойств характеризуют морену как плотный, слабосжимаемый грунт. Модули сжимаемости, полученные по данным компрессионных испытаний, в интервале нагрузок 0,1-0,3 МПа находятся в пределах от 6 до 10-15 и даже 20 МПа. Для нагрузок 0,3-0,4 МПа их значения обычно больше 10 МПа. Коэффициент пористости для моренных суглинков лежит в пределах 0,3-0,45, а моренных супесей-0,4-0,5. Сопротивление сдвигу моренных грунтов обычно достаточно высокое: моренные суглинки имеют сцепление  С= 0,08-0,19 МПа, угол внутреннего трения ср = 18-42°, моренные супеси соответственно С= 0,08—0,001 МПа и ср = 12—35 °. Необходимо отметить, что моренные суглинки и глины, хотя и обладают значительной водопрочностью, все же размокают в воде и размываются водой. Эта способность моренных грунтов иногда является причиной деформаций откосов и дна выемок и котлованов. В инженерно-геологической практике моренные глинистые грунты в большинстве случаев считаются надежными основаниями для самых ответственных и тяжелых сооружений, что обусловлено плотным их сложением, очень низкой пористостью и сжимаемостью.

Среди водноледниковых (флювиогляциальных) глинистых отложений наиболее типичными являются широко известные в инженерно-геологической практике ленточные глины. Их образование происходило в приледниковых озерах, в которые вода поступала с различной интенсивностью в течение года. При быстром течении воды и обильном поступлении ее в озера в летнее время откладывались слои с большим содержанием песка (песчанистые), а зимой при замедленном движении воды и незначительном ее поступлении в озера формировались глинистые слои. В результате произошло образование своеобразных песчано-глинистых толщ, характеризующихся четко выраженной ленточной слоистостью. Ленточным глинам свойственны высокая пористость (до 60—65 %) и высокая естественная влажность. Часто естественная влажность выше значений верхнего предела пластичности, а это значит, что в условиях естественного залегания описываемые глины находятся в скрытотекучем состоянии. Ленточное строение придает этим флювиогляциальным отложениям четко выраженную анизотропию в отношёнии целого ряда свойств. В частности, их водопроницаемость, которая в целом в ленточных глинах невелика, вдоль напластования значительно выше, чем перпендикулярно ему. В связи с незначительной водопроницаемостью осушение водонасыщенной толщи ленточных глин является чрезвычайно трудной инженерной задачей и не всегда осуществимо. Ленточные глины в естественном состоянии могут без значительных деформаций выдерживать нагрузки до 0,3—0,4 МПа, даже если их естественная влажность превышает верхний предел пластичности. Повторное чередование нагрузки и разгрузки в этих пределах придавало, по данным ряда специалистов, ленточным глинам пругие свойства. Отмечено также, что после нарушения естественного ложения породы путем ее перемятия, сопровождающегося переходом рунта из скрытотекучего состояния в текучее, наблюдается резкое нижение прочностных свойств, а также снижение деформационных оказателей. Это указывает на наличие в ленточных глинах внутренних вязей между частицами, сообщающих породе дополнительную прочность, несмотря на ее высокую естественную влажность. Сопротивление сдвигу ленточных глин зависит от места расположения поверхности сдвига: если поверхность сдвига расположена в песчанистых прослоях, то значение сопротивления сдвигу значительно выше, чем если эта поверхность проходит по глинистым прослоям. Таким образом, ленточные глины характеризуются наличием четко выраженной ленточной слоистости, высокой пористостью, высокой естественной влажностью, достаточно высокой прочностью при естественном сложении, величина которой резко падает при его нарушении, четко выраженной анизотропией свойств.

10. Инженерно-геологические особенности озерных, эоловых и морских глинистых отложений и их инженерно-геологическая характеристика.

Инженерно-геологические  особенности озерных глинистых  отложений. Озерные глины и суглинки имеют сравнительно неширокое распространение. Они, как правило, тонкослоистые, реже линзовидно-слоистые. Отличительной их особенностью является значительное содержание органических веществ, причем, как правило, растительные остатки в них плохо разложившиеся, что наиболее часто отмечается в высокодисперсных глинах. В озерных глинистых породах могут быть встречены любые глинистые минералы, галлуазит и гидрослюды играют преимущественную роль. Из аутогенных неглинистых минералов отмечаются лимонит и другие оксиды железа, пирит, марказит, карбонаты и иногда минералы, состоящие из оксидов алюминия.

По условиям своего формирования озерные отложения  очень сильно зависят от общих  характеристик водоема (озера), его  питания, наличия впадающих рек, несущих различный терригенный  материал, от гидрологических параметров озера и впадающих в него водотоков, характера, состава и условий  залегания горных пород, в которых  находится озеро. Тем не менее названные особенности состава и строения озерных глинистых отложений являются достаточно типичными. Высокая пористость и значительное содержание органики, а также высокая естественная влажность обусловливают невысокие инженерно-геологические характеристики озерных отложений, таких как прочность и сжимаемость. Пожалуй, лишь низкая водопроницаемость придаст им некоторый положительный оттенок.

Эоловые глинистые отложения и их инженерно-геологическая  характеристика. Собственно эоловые глинистые грунты развиты нешироко. Среди них очень интересными образованиями являются хорошо описанные Е.М. Сергеевым современные глинистые дюны, образующиеся в равнинной частично заболоченной местности близ лагун. Илистые лагунные осадки, высыхающие в сухое время года и «скручивающиеся» в результате этого в глинистые «стружки», переносятся ветром на некоторое расстояние. В результате многократного повторения этого процесса формируются глиняные дюны высотой до нескольких метров. К сожалению, эти образования в инженерно-геологическом отношении очень плохо изучены, а в качестве оснований сооружений не используются.

Инженерно-геологическая  оценка морских глинистых отложений. Глинистые грунты очень широко распространены среди морских отложений. Они образуются практически во всех областях моря, в пределах которых отсутствует привнос крупного материала и существуют благоприятные гидрохимические и гидродинамические условия. Наибольшее распространение они имеют среди отложений глубоких частей моря. По своему составу эти глины наиболее однородны среди других типов глинистых пород.

Существуют различные  фациальные типы морских глинистых  отложений. Прибрежные глинистые грунты формируются в бухтах, заливах, лагунах  и между островами у побережий, т. е. там, где отсутствует прибой и непрерывное перемешивание («взмучивание») осадков, а поступление с суши грубообломочного материала очень  невелико. Эти отложения залегают в виде прослоев и линз мощностью 0,2—0,3 до 8—10 м среди толщ изменяющегося  состава и очень часто замещаются по простиранию песками, песчаниками, алевролитами, карбонатными и другими  породами. Эти глинистые породы характеризуются  некоторой неотсортированностью материала - в них встречаются крупнопесчаные и нередко грубообломочные включения. Они очень часто обогащены органическим веществом, которое встречается как в виде тонкодиспергированного материала (битума, гуминовых соединений), так и в виде растительных остатков. В этих глинистых отложениях развиты углистые разности. Состав глинистых минералов этого фациального типа морских глинистых отложений весьма разнообразен: гидрослюды, монотермит, хлориты, монтмориллонит, реже каолинит. Состав преобладающих минералов зависит от типа выветривания на суше, а также характера механизма переноса материала в море с суши. Глины часто слюдисты, содержат кальцит, сидерит, пирит, иногда сильно ожелезнены.

Глубинные глинистые  грунты образуются на глубинах более 40-50 м. Они имеют большое площадное распространение (десятки и сотни квадратных километров) и значительную мощность (до 100 м и более). Гранулометрический состав их достаточно однороден, грубо- и крупнопесчаные частицы в них, как правило, отсутствуют. Наиболее однородные глины формируются на участках, удаленных от берега при отсутствии течений, которые способны привносить обломочный материал. Глины обычно слоистые. Слоистость эта тонкая горизонтальная, леночная, иногда волнистая. Часто слоистость внутри слоев отсутствует или трудноразличима. В толще глин встречаются следы малых по масштабу оползневых явлений, микротектоники и т. д.

Ведущую роль в  составе тонких фракций глубинных  глин играют гидрослюды, реже монтмориллонит, еще реже каолинит, присутствует хлорит, сидерит, фосфоритовые, марганцевые  и кремнеземистые включения, пирит  в виде конкреций и зерен, глауконит, скопления слюды, битумы. Растительного  детрита нет, равно как и нет  другой органики.

На глубинах более 3500 м формируется красная океаническая (путинная) глина. По своим свойствам  это типичная глина: твердая в  сухом стоянии, она легко размокает  и даже расплывается в воде. Красная  океаническая глина является результатом  накопления минерального материала, приносимого  ветром, морскими течениями, выпадающего  материала при вулканических  извержениях. К этому материалу  примешивается поступающий на Землю  космический материал. Все эти  поступления подвергаются в морской  воде коренной химической переработке. Соленость морской воды обусловливает  некоторые важные в инженерно-геологическом  отношении специфические особенности  образующихся в морских условиях глинистых осадков. В частности, сравнительно высокая концентрация солей в морской воде (до 35 г/л) вызывает коагуляцию глинистой и  коллоидной составляющих осадков с  образованием между частицами коллоидных связей. Эти связи, упрочняясь во времени, формируют характерное для морских  глин скрытопластичное (затвердевшее) состояние. С процессами коагуляции связано также образование слоистых микроструктур, которые и придают морским глинам часто встречающуюся высокую пористость. Как известно, среди растворенных в морской воде солей преобладают соли натрия и магния. Эти соли активно взаимодействуют с привносимым с суши тонкодисперсным материалом, в поглощаемом комплексе которого преобладает кальций, вызывая катионный обмен, при котором кальций переходит в раствор, а эти соли переходят в поглощенное состояние. Именно в связи с этим в большинстве морских глин в обменном комплексе преобладает натрий, который активно препятствует агрегации их глинистой и коллоидной составляющих. Однако не все глины морского генезиса натриевые, довольно много встречено доломитизированных и мергелистых их разностей, в которых присутствует значительное количество кальция. Для морских глин естественно характерным является наличие водно-растворимых солей. При кристаллизации эти соли создают жесткие связи, что увеличивает прочность породы. Удаление указанных солей изменяет состояние породы, вследствие чего ухудшаются его свойства. Наличие свободного кремнезема и оксидов железа в морских глинах обыкновенно ведет к увеличению их связности, прочности и водоустойчивости. Противоположную роль играют сульфиды железа и органические вещества, которые, разрушаясь, ведут к ухудшению инженерно-геологических характеристик пород в силу своих специфических особенностей.

Плотность и состояние  морских глинистых пород весьма разнообразны. Разжиженные и мягкопластичные неуплотненные разности глин встречаются только в молодых, главным образом, современных осадках. Большинство более древних глин в платформенных областях находится в скрытотекучем или тугопластичном состоянии: по некоторым данным их коэффициент уплотненности близок к единице или превышает ее. Повышенной уплотненностью часто обладают прибрежные глинистые образования, что во многих случаях определяется периодическим обсыханием прибрежных участков дна моря, что приводит к высыханию отложенных на них осадков. При таком высыхании многие коллоиды необратимо свертываются, пористость осадков уменьшается, а засоленность увеличивается. Сильно уплотненные глинистые породы, находящиеся в полутвердом или твердом состоянии, встречаются прежде всего в геосинклинальных и сильнодослоцирован-ных областях, а также и в пределах платформ, но на значительной глубине. Многие морские глинистые отложения, несмотря на свою высокую уплотненность, подвержены на склонах оползневым явлениям, достигающим иногда колоссальных размеров. Это объясняет склонность морских глинистых пород к оползанию, что связано не с величиной их пористости или степенью уплотненности, а с их специфическими «глинистыми» свойствами, которые обусловливают при определенном содержании влаги в породе весьма низкие значения их сопротивления сдвигу.

Морские глинистые  образования выветриваются достаточно энергично, образуя зону поверхностного выветривания, мощность которой (обычно не более 10 м) выше, чем у континентальных  глинистых грунтов. В результате выветривания естественным образом  прочность глин уменьшается, а сжимаемость  увеличивается.

11. Инженерно-геологическая характеристика органоминеральных и природных мерзлых грунтов. Техногенные грунты.

К органоминеральным  грунтам относятся илы, сапропели  и заторфованные. Органоминеральные грунты представляют собой своеобразные осадочные образования, которые часто занимают большие, но локальные площади. Своим происхождением они обязаны водной среде и располагаются в речных долинах, на низких берегах морей, озер, водохранилищ, в пониженных частях рельефа, на территориях с высоким положением уровней грунтовых вод, например, в тундре. Органоминеральные грунты наиболее типичны для территорий, где развиты болота.

Все органоминеральные  грунты высокопористы и водонасыщены. В их составе: 1) песчано-пылевато-глинистые частицы; 2) органический минерал; 3) воды, которые присутствуют обязательно и в большом количестве. Во многих этих грунтах воды бывает больше, чем минеральной и органической частей. Ил — водонасыщенный современный (или древний) осадок дна водоемов в виде песчано-пылевато-глинистых масс с органическим перегноем (гумусом). Окраска черная, масса рыхлая, количество воды превышает содержание минеральной части (за исключением древнего ила). Ил следует считать начальной стадией формирования глинистой осадочной породы.. Небольшую нагрузку выдерживают лишь древние илы, особенно если и перекрыты какой-либо толщей глинистых отложений.