Значения

 

	Супеси	Суглинки и глины
Твердые, /1	<0	Твердые, У/, < 0
Пластичные	, 0 ^ ^ ^ 1	Полутвердые, 0 < ^^^ 0,25
Текучие, /^	>1	Тугопластичные, 0,25 < ^^й 0,5
		Мягкопластичные, 0,5 < ^^<, 0,75
		Текучепластичные, 0,75 < ^^1
		Текучие, // > 1

Липкость (г/см²) — способность глинистых грунтов прилипать к поверхности предметов (колесам и тракам дорожных машин, к лопате и т. д.). Липкостью обладают грунты, которые находятся в пластичном состоянии и обусловливаются наличием пленочной воды, а в почвах также гидрофильного гумуса. Пески и супеси липкостью не обладают. Липкость определяют лабораторным пу­тем. При строительных работах в период дождей она осложняет разработку котлованов и процесс уплотнения грунтов.

Набухание — способность глинистых грунтов увеличивать свой объем в результате увлажнения. Этот процесс свойствен прежде всего глинам и тяжелым суглинкам. Набухающие грунты обычно залегают слоями и чаще всего встречаются на поверхности земли сухих районов. Мощность слоев набухающих глин обозначается Н^ Схема процесса набухания грунтов показана на рис. 55. Из того же рисунка видно, где под зданием проявляет себя процесс

Рис. 55. Схема набухания фунта (а), давление набухания (Р^) на фундамент

(б), деформация здания от усадки грунта (в): 1 — набухающие фунты; 2— зона усадки грунта; 3— здания

набухания грунта основания. За счет давления набухания грунтов здание деформируется.

Набухание грунтов происходит после соприкосновения с во­дой, если они были сухие или слабо влажные. Вода проникает в грунт по капиллярам, пленки воды утолщаются до уровня №_ммв, частицы грунта раздвигаются и объем грунта возрастает. В увели­чении объема грунта играет роль минерал монтмориллонит, кото­рый поглощает воду и «разбухает» во много раз. Способность грунтов к набуханию определяют в лаборатории, устанавливают величину относительного набухания Е_!№ = (Н_нс — к)/И, где И — нача­льная высота образов и Л_нс — высота после набухания. При Е_т = 0,04 грунт считают набухающим; при значении 0,04—0,08 — слабонабухающим; 0,09—0,12 — средненабухающим и при более 0,12 —сильно набухающим. Одновременно определяется влаж­ность набухания И^, при которой проявляется максимальное зна­чение набухания и давление набухания Р^ которое создает грунт при увеличении своего объема. Давление Р_5Ж может достигать 0,8 МПа. Такая сила набухания легко поднимает и деформирует здание и сооружение.

Наличие набухающих грунтов устанавливают в период инже­нерно-геологических изысканий. Если грунты являются набухаю­щими, то при проектировании объектов необходимо предусмат­ривать определенные мероприятия: 1) в надземной части зданий (увеличивать жесткость и прочность зданий) и 2) в грунтовом основании.

При строительстве на набухающих основаниях могут быть ис­пользованы следующие мероприятия:

• водозащита вокруг зданий и сооружений для предотвращения проникновения в основания атмосферных и технических вод. Во­круг зданий устраивают широкие асфальтовые отмостки, канавы и 226

лотки для отвода воды; надземные водонесущие коммуникации помещают в специальные каналы;

• устранение свойств набухания в пределах всей или части тол­
щи грунта путем предпостроечного замачивания. Для промачива-
ния грунтов используют дренирующие скважины. Грунт провоци­
руется на набухание и в таком виде должен находиться весь
период эксплуатации объекта. Следует отметить, что при этом в
грунтах понижаются прочностные и деформативные характеристи­
ки. В связи с этим рекомендуется строить объекты с небольшими
нагрузками;

• устройство компенсирующих подушек под всем зданием или
фундаментами из слоя уплотненного грунта (песка, суглинка, гли­
ны). Это позволяет уменьшать до допустимого предела величину

• полная или частичная прорезка сборными фундаментами
слоя набухающего грунта. При этом боковая часть фундаментов
должна обсыпаться песком в целях устранения прилипания грунта
к фундаментам;

• полная или частичная замена слоя набухающего грунта нена-
бухающим грунтом. Этот способ экономически оправдан при на­
бухающих грунтах с небольшой мощностью слоев;

• увеличение давления от зданий на основание, чтобы оно бы­
ло больше Р_т.

Необходимо отметить, что наибольший эффект при строите­льстве объектов на набухающих грунтах можно получить при со­четании нескольких вышеперечисленных мероприятий и при уве­личении жесткости и прочности самих зданий.

Усадка — это уменьшение объема глинистого грунта при вы­сыхании. Собственно, это процесс, обратный набуханию. Высы­хание грунтов может происходить за счет испарения воды или вследствие отсасывания из грунта воды корнями деревьев, кото­рые посажены слишком близко к зданию, и их корни проникают под фундамент. При усадке грунт растрескивается, теряет моно­литность, прочность. Поверхность земли опускается, и здания, стоящие на этом месте, начинают деформироваться (см. рис. 55).

Усадку изучают в лаборатории, где устанавливают величину относительной усадки, т. е. предел усадки Е& = (Н„ — Н_а)/1г_т где Н„ — высота образца грунта с И^_тах, а ^- высота после высыха­ния; определяют влажность грунта на пределе усадки И^_А; мощ­ность грунтов, которые подвержены усадке Н_5/!. Наибольшая ве­личина Е_хь бывает в глинах, меньше в суглинках. В супесях усадка не проявляется. Проявление усадки предупреждают теми же мероприятиями, что и набухание грунтов.

Инженерно-геологическая характеристика некоторых глинистых грунтов. Элювиальные глинистые грунты. Образуются в результате разложения различных пород и накопления на месте разруше­ния — в коре выветривания — глинистых продуктов указанного разложения (разрушения). По гранулометрическому составу среди этих отложений встречаются разновидности от высокодисперсных глин до неравномернозернистых супесей, содержащих различное количество грубообломочных включений.

Для толщ элювиальных глинистых грунтов в вертикальном разрезе характерен постепенный переход к материнским породам. Формы залегания весьма разнообразны и своеобразны: гнездо­вые, карманообразные, плащеобразные и др.

Протяженность указанных форм очень изменчива, иногда но­сит прерывистый характер. Мощность колеблется от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров. Толщи элювиальных глинистых грунтов обычно лишены слоистости, которая может наблюдаться только, как реликт слоистой текстуры материнской породы. Окраска глин весьма разнообразна: от белой, желтова­той, зеленоватой до красной и пестрой. Растительные остатки и органическое вещество практически не встречаются. Минерало­гический состав элювиальных глин различен, он определяется главным образом тем составом, которым обладали исходные материнские породы, а также характером и степенью развития процессов их выветривания. В результате в зависимости от длительности выветривания формируются различные, иногда зна­чительной мощности глинистые толщи соответствующего соста­ва — каолинитовые, галлуазит-каолинитовые, монтмориллонито-вые, гидрослюдистые или смешанного состава. Именно среди глин этого генетического типа достаточно часто встречаются обычно редкие мономинеральные разности. Элювиальные глины характеризуются различными инженерно-геологическими свойст­вами. Еще большим разнообразием отличаются такие петрогра­фические разности элювиальных глинистых отложений, как су­глинки и супеси в силу чрезвычайной изменчивости, а также количества и вида глинистых минералов в их составе. Особенно ярко это проявляется в таком их свойстве, как пластичность. Покажем это на примере «чистых» элювиальных глин: наиболее пластичные их разности формируются при разложении осадоч­ных глинистых и основных изверженных, чаще эффузивных, по­род. При разложении кислых пород обычно образуются слабо­пластичные глины, главным образом каолинитового состава. Пластичность других петрографических разностей элювиальных глинистых пород обусловлена также наличием и количеством песчаной, пылеватой и грубообломочной фракций. Прочность 228

элювиальных глинистых пород во много раз меньше, чем в ис­ходных материнских породах.

Делювиальные глинистые грунты. Эти отложения развиты до­статочно широко. К ним относятся разнообразные по петрогра­фическому составу образования, покрывающие более или менее мощным покровом склоны различных положительных и откосы отрицательных форм рельефа. Это продукт выветривания выше­лежащих коренных пород, перемещенный дождевыми и талыми снеговыми водами вниз по склонам и откосам вершин, возвы­шенностей, берегам обрывов и балок к их подножьям. Делювиа­льные образования или вовсе не обнаруживают слоистости и сортировки материала, или только неправильную местную сло­истость и неполную сортировку, что резко отличает их от других генетических разностей осадочных образований. Кроме того, для описываемых пород характерна быстрая, а часто и резкая измен­чивость состава. Среди них чаще всего можно встретить суглин­ки и глины, хотя описаны и супеси, но в меньших объемах. До­вольно часто делювиальные глинистые грунты содержат щебень и более крупные обломки пород, развитые на склоне, как прави­ло, перемещенные гравитационными силами и расположенные всегда беспорядочно, хаотично. В породах имеются различные растительные остатки. Глинистый делювий почти всегда полими­неральный, с преобладанием минералов, характерных для окру­жающих пород. В районах с умеренно влажным климатом он лишен водно-растворимых солей. Коллоидная его часть характе­ризуется водоустойчивыми структурными связями, которые свой­ственны кальциевым агрегатам и коагелям взаимного осаждения. В засушливых областях глинистый делювий в той или иной сте­пени засолен и характеризуется водоустойчивыми структурными связями кристаллизационного типа. Нередко присутствует гипс в виде мелких игольчатых кристаллов или присыпки (порошка).

Физико-механические свойства глинистого делювия также сильно изменяются в зависимости от его состава. Однако в об­щем инженерно-геологические его качества невысоки. Так, пори­стость нередко выше 50 %, во влажном состоянии она очень сильно снижается — относительная осадка при давлении 0,2 МПа может достигать 20 %. Делювиальные грунты быстро размокают в воде, особенно если их естественная влажность невысока. Сопро­тивление глинистого делювия колеблется в широком диапазоне и зависит от состояния породы. Некоторые глинистые разности показывают при давлении 0,2 МПа очень малые значения угла сдвига (2—3°). В других случаях он может достигать почти 45°. Сцепление лежит в пределах 0,005—0,025 МПа. Водопроницае­мость, благодаря значительной «глинистости», весьма невелика.

Оценивая делювиальные глинистые грунты с инженерно-гео­логической точки зрения, следует иметь в виду их общую склон­ность к движению вниз по склонам, связанную с глинистым со­ставом и отчасти неясно проявляющейся слоистой текстурой, а может быть и приобретенную тенденцию к движению еще на этапе формирования?! Искусственная подрезка делювиальной толщи при проходке котлована под здание, дорожной выемки и т. п., особенно в нижней части склона, как правило, вызывает во всей ее массе подвижки оползневого характера, при этом поверх­ность скольжения может образоваться как внутри делювиальной толщи, так и на контакте ее с подстилающей коренной породой. Примером служат крупные оползни в делювиальных толщах, описанные на Южном берегу Крыма.

Пролювиальные глинистые образования. Этот генетический тип континентальных отложений, впрочем как и элювий, впервые был выделен А.П. Павловым в 1903 г. при описании современных от­ложений тогдашнего Туркестана: «Здесь работают не одни дожде­вые струйки, но и по временам выбегающие из долин значитель­ные потоки, порождаемые ливнями. Геологические отложения, накапливающиеся путем распространения по равнинам минераль­ного материала, выносимого временно излившимися из горных долин и растекающимися по равнине потоками, заслуживают обо­собления в особый генетический тип, для обозначения которого было бы удобно пользоваться термином «пролювиальные отложе­ния», или «пролювий». Пролювий располагается непосредственно за конусами выноса». Формирование пролювия происходит при оседании частиц в мелких озерцах, временно образующихся при заливании их водой горных рек. По своему гранулометрическому составу пролювий чаще всего представлен пылеватыми суглинка­ми. В настоящее время понятие термина «пролювий» несколько расширилось, в него были включены отложения временных пото­ков в пределах долин и конусов выноса. Среди слагающих их толщ также встречаются глинистые образования, они обычно слагают маломощные (1—5 м) прослои и линзы в толще грубообломочных пород, которые прослеживаются на протяжении десятков и сотен метров. Для таких глинистых образований характерна плохая сор­тировка материала и наличие включений обломков пород различ­ной величины. Обычно глинистые породы песчаные или сильно-пылеватые, причем характерным является беспорядочное распределение по породе различных по размерам частиц. Глини­стые отложения обычно и, естественно, полиминеральны, их ми­нералогический состав зависит от состава размываемых пород и имеет резко выраженный унаследованный характер. С инженер­но-геологической точки зрения обобщающих данных немного, хо-230

тя опыт строительного использования пролювиальных отложений имеется. Глинистый пролювий в силу своего формирования прида­ет еще большую неоднородность всей пролювиальной толще с точки зрения деформационных, прочностных и воднофильтраци-онных характеристик.

Аллювиальные глинистые образования. В аллювиальных отложе­ниях глинистые породы развиты очень широко, особенно в до­линах равнинных рек. Глинистый аллювий отличается большим разнообразием состава и свойств. Это разнообразие определяется различными условиями формирования тех или иных глинистых аллювиальных толщ.

Среди отложений русловой фации аллювия содержание глини­стых грунтов естественным образом невелико, в силу условий формирования русловых отложений, хотя встречаются супеси и суглинки, нередко содержащие органические остатки. В связи с малым распространением русловые глинистые грунты инженер­но-геологической оценки обобщающего характера не имеют.

Пойменная фация аллювия равнинных рек в отличие от рус­ловой сложена преимущественно глинистыми образованиями. Это обусловлено тем, что паводковые воды, разливающиеся по пойме, несут, как правило, тонкопесчаный, пылевато-суглини-стый и глинистый материал. Этот материал оседает на поверхно­сти поймы после спада воды и покрывает ее прерывистым сло­ем, при этом наиболее мощные глинистые линзы, обычно обогащенные органическими остатками, образуются в понижени­ях рельефа. Оседанию взвешенного в воде материала и обогаще­нию его растительными остатками и органическим веществом способствует обильно развивающаяся обычно богатая травянистая растительность и заросли кустарника. Среди отложений поймен­ной фации наиболее широко развиты горизонтально-, волнисто-, линзовидно-слоистые суглинки и глины, редко супеси. Суглинки и глины плохо дренируемых участков пойм обычно имеют се­ро-сизый цвет, вследствие их оглеения и обогащения органиче­скими веществами; на дренированных, прирусловых участках цвет пород коричнево-бурый. Молодые пойменные глины, су­глинки, супеси обычно очень рыхлые, влажные и слабосвязные. Высыхание их сопровождается структурными изменениями, вы­ражающимися в появлении мельчайших трещинок, которые раз­бивают породу на отдельности неправильной формы. По стенкам этих трещинок часто отлагаются оксиды железа бурого цвета, ко­торые дополнительно увеличивают неоднородность строения пой­менных отложений. Очень часто в разрезах пойменного глини­стого аллювия наблюдаются погребенные почвы и своеобразные темноцветные горизонты, обогащенные органическим веществом.

Наличие таких горизонтов в толще аллювия ухудшает его свойст­ва, поскольку повышенное содержание органического материала в таких прослоях повышает гидрофильность, влажность, набухае-мость, сжимаемость и снижает сопротивление сдвигу аллювиаль­ных глинистых толщ.

Глинистые грунты со своеобразными особенностями форми­руются в «брошенных» старых руслах — старицах, которые со временем медленно превращаются в замкнутые заболоченные по­нижения, постепенно заполняющиеся в паводковый период пы-левато-глинистым материалом. Эти отложения богаты гниющими органическими остатками, что вызывает процессы торфообразо-вания и типичные при недостатке кислорода процессы минера-лообразования. В результате последних образуются такие минера­лы, как сидерит, вивианит и т. п. Большинство из них при воздействии кислорода легко разлагаются, обусловливая характер­ные для старичных отложений процессы диагенеза. Для этих от­ложений в отличие от других пойменных образований характерно также постоянное полное водонасыщение. После спада паводко­вых вод глинистые отложения поймы подвергаются длительному просыханию (до следующего затопления их водой), а старичные образования, как правило, остаются все время покрытыми водой. В этих условиях старичные глинистые отложения приобретают явные коллоидные свойства, обусловливающие их обычно плас­тичное или даже текучее состояние и весьма низкие прочност­ные и деформационные показатели.

По минералогическому составу глинистые аллювиальные грунты довольно разнообразны. Среди них преобладают полими­неральные разности, содержащие в своем составе по несколько глинистых минералов. Самыми распространенными являются ка­олинит-гидрослюдистая и монтмориллонит-гидрослюдистая ассо­циации минералов.

Приведенное достаточно беглое описание различных фациаль-ных типов глинистых аллювиальных фунтов показывает, что на­ихудшими по своим инженерно-геологическим характеристикам среди них оказываются старичные глинистые фунты, представ­ленные обычно достаточно высокодисперсными разностями со значительным количеством органики. Они находятся в мягкопла-стичном состоянии. Среди них (особенно в молодых современ­ных образованиях) очень широко распространены фунты текучей и скрытотекучей консистенции. Все они характеризуются высо­кой сжимаемостью и низкими показателями сопротивления сдви­гу. Например, Н.Н. Маслов указывал, что коэффициент сдвига пластичных разностей старичных глинистых фунтов при нафуз-ке 0,2 МПа равен 0,15—0,25, модуль осадки 150—200 им/и. Еще 232

более высокие показатели сжимаемости (и соответственно более низкие прочностные показатели) характерны для текучих разно­стей грунтов. Водонасыщенность старичных грунтов, несмотря на их значительную общую пористость, очень мала, вследствие чего процесс осадки сооружений, возведенных на них, протекает мед­ленно, долго и зачастую неравномерно. Высокая сжимаемость и низкие сопротивления сдвигу старичных глинистых отложений не позволяют рекомендовать их в качестве основания для тяже­лых и сложных инженерных сооружений. В случае же необходи­мости расположения их на участках развития старичных отложе­ний должны быть применены специальные способы обеспечения устойчивости, а в отдельных случаях удаление и замена этих грунтов более надежными.

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. Например, средняя плотность скелета молодых глинистых отложений в дельте Волги составляет всего лишь 0,42 г/см², а средняя пористость — 84 %, при этом нужно учитывать, что объ­ем их годового прироста равен 48 млн м³.

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.

Среди отложений субаэральных дельт собственно глинистые породы развиты весьма мало. Для них характерны лессовидные супеси и суглинки, обладающие в большинстве случаев типичны­ми просадочными свойствами.

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. Так, на се­веро-западе Европейской части России это в основном супеси (реже суглинки), переполненные крупновалунным материалом из кристаллических изверженных пород. Далее к югу развиты преи­мущественно суглинистые толщи, количество включений в кото­рых гораздо меньше, чем к северу. Еще южнее (на севере Украи­ны) морена становится еще более глинистой, количество валунов уменьшается и они уже представлены в основном обломками местных пород.

Нижние горизонты моренных толщ по своему составу в зна­чительной степени связаны с составом подстилающих пород. Для толщ моренных образований характерны включения отторжен-цев — 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 234

водонасьпценных 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 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 фунтов объясняется в первую очередь уплотняю­щим давлением ледника в период формирования моренных толщ. Высокому уплотнению способствовала в значительной мере большая разнородность гранулометрического состава морен­ных фунтов. Высокая плотность, естественно, во многом обус­ловила невысокую сжимаемость: в общем показатели физико-ме­ханических свойств характеризуют морену как плотный, слабосжимаемый фунт. Модули сжимаемости, полученные по данным компрессионных испытаний, в интервале нафузок 0,1—0,3 МПа находятся в пределах от 6 до 10—15 и даже 20 МПа. Для нафузок 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 фунтов обычно достаточно высокое: моренные суглинки имеют сцепление С = 0,08...0,19 МПа, угол внутреннего трения ф = 18...42°, моренные супеси соответственно С = 0,08...0,001 МПа и <р= 12...35°. Необходимо отметить, что мо­ренные суглинки и глины, хотя и обладают значительной водо-прочностью, все же размокают в воде и размываются водой. Эта способность моренных фунтов иногда является причиной дефор­маций откосов и дна выемок и котлованов. В инженерно-геоло­гической практике моренные глинистые фунты 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 флю-виогляциальным отложениям четко выраженную анизотропию в отношении целого ряда свойств. В частности, их водопроницае­мость, которая в целом в ленточных глинах невелика, вдоль на­пластования значительно выше, чем перпендикулярно ему. Так, в песчаных и пылеватых прослоях, которые главным образом и со­здают возможность фильтрации, вдоль напластования коэффици­ент фильтрации кф = 1-10~'...1-10~³ м/сут , а в глинистых прослоях он снижается примерно на два порядка, т. е. до 110 ⁵ м/сут. В свя­зи с незначительной водопроницаемостью осушение водонасы-щенной 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 упругие свойства. Отмечено также, что после нарушения естественного сложения породы путем ее перемятия, сопровождающегося переходом грунта из скрытотекучего состояния в текучее, наблюдается резкое сни­жение прочностных свойств, а также снижение деформационных показателей. Это указывает на наличие в ленточных глинах внут­ренних связей между частицами, сообщающих породе дополните­льную прочность, несмотря на ее высокую естественную влаж­ность. Этому способствует наличие среди обменных катионов в ленточных глинах таких трехвалентных элементов, как железо и алюминий. 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. Кроме того, ввиду анизотропности породы это сопротивление изменяется от направления сдвигающего уси­лия по отношению к поверхности наслоения. Например, для водо-236

насыщенных ленточных глин угол внутреннего трения, определен­ный в интервале давлений 0,1—0,2 МПа параллельно слоистости, равняется для глинистых слоев 11—13°, для пылеватых— 15—19°, для песчаных — около 24°. При сдвиге перпендикулярно слоисто­сти этот угол в среднем равен 16°. Сцепление в глинистых слоях составляет 0,02—0,03 МПа, в пылеватых — 0,007—0,017 МПа. При нарушении естественной структуры сцепление как таковое не фиксируется.

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.

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 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 фунты 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 от 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 неотсортиро-ванностью материала — в них встречаются крупнопесчаные и не­редко грубообломочные включения. Они очень часто обогащены органическим веществом, которое встречается как в виде тонко-диспергированного 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, ленточная, 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 (пучинная) глина. По своим свойствам это типичная глина: твердая в сухом состоянии, 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 скрытопла-стичное (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 катион-ный 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, вслед-

ствие 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 тугоплас-тичном 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. Это 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 силь-нодислоцированных 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 фунтов. Наибольшей склонностью к выветриванию обладают морские глины, которые образовались в резко выра­женной восстановительной среде при значительном содержании сероводорода. В результате выветривания естественным образом прочность глин уменьшается, а сжимаемость увеличивается.

Инженерно-геологические особенности некоторых специфических глинистых отложений. Свойства и состояние глинистых фунтов связаны не только с их генезисом, но и с возрастом. Гравитаци­онное уплотнение и высыхание фунтов и связанные с ним фи-240

зико-химические процессы (выпадение солей, агрегация частиц и др.), часто имеющие необратимый характер, приводят к умень­шению пористости грунтов и увеличению прочности структурных связей в них. В результате этого древние глинистые грунты обла­дают, как правило, более благоприятными инженерно-геологиче­скими характеристиками по сравнению с более молодыми и осо­бенно современными образованиями.

Однако иногда достаточно прочные глинистые грунты встреча­ются и среди молодых четвертичных образований. Это связано, конечно, с их генезисом и специфическими условиями формиро­вания.

Хвалынские шоколадные глины. Это верхнечетвертичные мор­ские глины, распространенные в Поволжье, точнее в Прикаспии на глубине 1—20 м. По своим свойствам и физическому состоя­нию полутвердые разности этих глин близки к нижнемеловым породам аптского яруса Среднего Поволжья, залегающим на глу­бинах 40—80 м. Повышенная уплотненность и большая проч­ность хвалынских шоколадных глин в условиях отсутствия суще­ственного гравитационного уплотнения указывают, что основное значение в диагенезе этих глин имели процессы высыхания мор­ского осадка с сохранением первоначального содержания элект­ролитов. Эти процессы обусловили формирование полутвердых глин с высоким значением коэффициента уплотненности и зна­чительной прочностью при высокой их пористости, высокой концентрации солей в поровом растворе с выпадением их части в твердом виде. Вследствие быстрого упрочнения в процессе подсыхания в полутвердых разностях хвалынских глин образова­лись рыхлые структуры, исключающие их дальнейшее уплотне­ние при малых нагрузках (в пределах давлений до 1 МПа для них характерны только упругие деформации).

Со специфическими условиями формирования связаны также особенности рассмотренных выше четвертичных моренных гли­нистых грунтов, обладающих высокой плотностью и прочностью.

Спондиловые палеогеновые глины. Существенное влияние на со­стояние и свойства глинистых грунтов оказывают также совре­менные условия их залегания. В частности, свойства глинистых грунтов, распространенных под современными речными долина­ми, оказываются несколько отличными от свойств тех же по воз­расту и генезису глин, залегающих под современными междуреч­ными плато. Различия в состоянии и свойствах глин одного и того же возраста и генезиса, характеризующихся различными со­временными условиями залегания, обусловлены в первую оче­редь, неодинаковым их напряженным состоянием, явившимся следствием различной истории формирования и развития отдель-

ных участков местности на протяжении четвертичного периода. Это достаточно четко проявляется и в случае так называемых спондиловых глин.

Рассматриваемые отложения являются фацией относительно глубокого (до 500 м) моря платформенного типа. Основным про­цессом в их литификации в условиях опускания морского дна яви­лось постепенное гравитационное уплотнение под действием веса накапливающихся выше осадков. В четвертичную эпоху к весу этих отложений добавлялось и давление ледника. В среднечетвер-тичную эпоху условия развития спондиловых глин на различных участках территории дифференцируются. В результате врезания речных долин в дочетвертичные отложения возникают естествен­ные области разгрузки, которые затрагивают и спондиловые гли­ны. Наиболее глубокие размывы, вызвавшие почти полную раз­грузку палеогеновых глин от давления перекрывавших их пород, происходили в позднечетвертичное время. В приуроченных к реч­ным долинам областях разгрузки спондиловые глины подвергались разуплотнению и выветриванию в климатических условиях, кото­рые практически отвечали современным. Итогом этих весьма сложных процессов (но, конечно, не самых сложных, которые воз­можны при формировании геологических тел) явилось то, что в указанных районах спондиловые глины имеют повышенные влаж­ность, пористость, трещиноватость и пониженную прочность. Ука­занные изменения физического состояния и прочностных пара­метров прослеживаются практически по всей мощности толщи спондиловых глин. Сформировавшиеся различия свойств палеоге­новых глин, залегающих в пределах междуречных плато (на глуби­нах 50—75 м) и речных долин, обусловливают их различное пове­дение в горных выработках: горное давление в спондиловых глинах в области разгрузки проявляется более интенсивно и более длительное время по сравнению с глинами областей, где измене­ний во внешней нагрузке на них не было.