Основные грунты - основания для возведения инженерных объектов и их строительные свойства

 Тепловые  сети оказывают значительное влияние  на свойства грунтов. В первую очередь  происходит изменение влажности грунтов, при этом в зависимости от сезона года возможно как увлажнение, так и высушивание грунтов, на городских территориях могут реализовываться несколько схем теплового техногенного воздействия на грунты. Во-первых, если тепловое 

 воздействие на грунты происходит при возможности свободного испарения поровой влаги, то этот процесс сопровождается уменьшением влажности и соответственно повышением прочности грунтов. Во-вторых, при отсутствии возможности свободного испарения поровой влаги из грунтов (присутствие асфальтовых покрытий, насыпей и т. д.) в результате теплового воздействия происходит повышение влажности, снижение прочности и величины сцепления. Сезонные тепловые изменения свойств грунтов в значительной мере могут быть обусловлены замачиванием грунтов и их подтоплением в зимнее время года, когда в непромороженные или оттаявшие грунты инфильтруются атмосферные осадки в виде тающего снега.

 Как и другие виды воздействия, тепловой поток влияет не только на грунты, но и на геологическую  среду в целом. Изменяются почвы, подземные воды. В частности, увеличение температуры подземных вод активизирует жизнедеятельность микроорганизмов, а это существенным образом сказывается на биокоррозионной обстановке. 
 

 2.5 Электрическое  воздействие Источниками электрического воздействия на породы являются: 1) электрифицированный железнодорожный транспорт; 2) станции катодной защиты; 3) промышленные и энергетические установки; 4) линии высоковольтных передач и пр. создаваемое электрическое поле порождает блуждающие токи. Наиболее заметно они проявляются на городских территориях, где имеется наибольшая плотность источников электрической энергии.

 Блуждающие  токи приводят к изменению коррозионной активности горных пород. Критерием  для количественной оценки уровня электрического воздействия на геологическую среду служит скорость коррозии металла 1,0-2,0 мм/год и более (Коробкин, 1993).

 Вибрационное, тепловое и электрическое воздействие  на грунты создают физическое загрязнение  геологической среды.

 2.6 Обводнение  и увлажнение грунтов

 Одним из отрицательных  факторов, связанных с хозяйственной  деятельностью человека и существенно  влияющим на инженерно-геологические  свойства грунтов, является их постоянное замачивание. Интенсивная застройка  площадок, еще недавно с ненарушенным природным рельефом, неурегулированный поверхностный сток, утечки из различного вида коммуникаций, нарушение динамики движения подземных вод свайными полями приводит к резкому повышению уровня подземных вод и, как результат, к обводнению грунтов и их деградации. Увеличивается влажность, степень заполнения пор водой, растворяются соли, ослабляются структурные связи, снижаются показатели прочностных и деформационных свойств грунтов.

 Интенсивность изменения строительных свойств  грунтов в условиях их дополнительного  обводнения зависит от состава, состояния, структуры, химического состава взаимодействующих с породами вод, а от природы физико-химических процессов, развивающихся в грунтах в условиях избыточного увлажнения.

 Особенно  чувствительны к обводнению лессовые просадочные и набухающие глинистые породы. Например, у всех набухающих пород после замачивания наблюдаются явления разуплотнения, снижения прочностных и деформативных характеристик.

 При наличии  большой нагрузки от сооружения или  от собственной массы грунта деформационные и прочностные показатели набухающих грунтов при замачивании уменьшаются в значительно меньшей степени. Степень разуплотнения набухающих глинистых пород при замачивании зависит не только от величины вертикального давления, но и от начальной плотности - влажности пород.

 Набухание глинистых  пород заметно влияет на развитие оползней, пучения, суффозии, выветривания и других нежелательных геологических  процессов. 
 

 На примере  крупных городов установлено, что  в результате инженерной деятельности принципиально изменилась городская экосистема, появились новые объективные условия для интенсивного развития природно-техногенных и техногенных процессов и явлений. Природные особенности территории и наложившиеся на них техногенные преобразования привели к формированию специфической природно-техногенной системы города, для которой характерны активизация старых и развитие новых форм опасных явлений (Кадетова, 2008)

 На протяжении всей истории создания города природные  факторы играли определяющую роль в  развитии процессов, вмешательство же человека на первых этапах строительства было минимально и существенно не влияло на инженерно-геодинамическую обстановку. 11оследующие техногенные изменения повлекли за собой коренную перестройку условий геологической  среды и  стали доминировать  в  развитии экономико-

 географического положения. 

 Таким образом, при изучении урбанизированных территорий выявлено, что закономерности развития их экзодинамической обстановки определяются взаимодействием естественных факторов и техногенных воздействий, различающихся по природе, интенсивности и масштабам. Выделены основные группы техногенных факторов изменения геологической среды: нагрузка от гражданского строительства и от промышленных предприятий, изменение режима грунтовых вод.

 3 ОСНОВНЫЕ ГРУНТЫ-ОСНОВАНИЯ ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ И ИХ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА

 3.1 Характеристика  основных грунтов

 Грунтом называется любая горная порода, если она служит основанием, средой для сооружения или строительным материалом, т. е. на нее опирается фундамент сооружения или само сооружение находится внутри нее.

 Грунты существуют во многих видах и формах, могут  в короткое время резко менять свои состав, состояние и свойства.

 Грунты многообразны в морфологическом отношении. Существует классификация грунтов по ГОСТ 25100-95. Согласно этой классификации выделяются следующие таксономические единицы: царства — по принадлежности к природным или искусственным грунтам; классы - по общему характеру структурных связей; группы - по характеру структурных связей с учетом их прочности; подгруппы — по происхождению и условиям образования; типы — по вещественному составу; виды - по наименованию грунтов (с учетом размеров частиц и показателей свойств); разновидности — по количественным показателям вещественного состава, свойств и структуры грунтов (ГОСТ 25100-95).

 Грунты, изучаемые  в данной работе, относятся к царству  природных грунтов, классу - дисперсные грунты; группе связные породы; подгруппе -осадочные; тип - минеральные и вид  изучаемых грунтов - глинистые и пылеватые (лёссовые): супеси, суглинки и глины.

 Глинистые и  лёссовые грунты сформировались под  влиянием процессов выветривания и  денудации, когда наряду с агентами физического выветривания активно  действовали агенты химического  выветривания. Благодаря этому сформировались высокодисперсные грунты, содержащие вторичные образования - глинистые минералы. Эти грунты по своим особенностям существенно отличаются от крупнообломочных и песчаных. 

 Но несмотря на это, величина их водопроницаемости  незначительна* так как среди пор преобладают микропоры. Глинистые и лёссовые грунты отличаются по составу и главное поведением при увлажнении: глинистые грунты при этом набухают* многие разности лёссовых грунтов дают просадку (Трофимов, 2005). 
 
 

 3*1*1 Лёссовидные  грунты

 Образование лессовых пород связывают с эпохами оледенений Русской равнины.    Существует    много    гипотез*    из    которых    наиболее распространенными являются эоловая, водно-ледниковая и пролювиальная. Сторонники   эоловой   гипотезы   считают*    что   лессовые   породы (тонкоизмельченные минеральные частички) представляют собой отложения мощных ветров, переносивших пылинки с краевых областей ледников на юг. Сторонники водно-ледниковой и пролювиапьной гипотез рассматривают лессовые породы как отложения ледниковых потоков. Кроме этого, есть еще и другие гипотезы, но, несомненно* одно — существует определенная связь отложений лессовых пород с этапами оледенений. Накопление осадка происходило Щ в   сухие   периоды   наступления   ледника*   в   периоды межледниковья   отложение  прекращалось  и  на  поверхности  породы раз в и вал с я      почвенно-растительный     слой*     который     заселялся растительностью и степными животными. Очередное наступление ледника погребало почву под новым слоем осадка. Пылевато-глинистыЙ осадок за многие тысячи лет, прошедшие со временем его образования* в процессе субаэрального диагенеза превратился в породу* обладающую целым рядом специфических особенностей. 11азвание лессовая порода получила от немецкого слова - lose - нетвердый, рыхлый, 

 Лёссовые  породы распространены очень широко. Они встречаются на всех континентах, но особенно широко - в Европе, Азии и Америке. Общая площадь, занятая  лессовыми породами на земном шаре, составляет 13 млн. км2. Северная граница  их распространения опускается в Европе до 62° с. шм в Азии она проходит гораздо севернее, а южная граница достигает 28° с. ш. В тропических и субтропических областях лёссовые породы не встречаются.

 Площадь, покрытая лёссовыми породами в России, достигает 3 млн. км2, что составляет около 12% континентальной части страны.

 По условиям залегания лёссовые породы повсеместно  покровные. Между лёссовой толщей и  подстилающими породами может наблюдаться  или четко выраженная граница, или  постепенный переход.

 Для лёссовых толщ характерно наличие достаточно разнообразных прослоев и включений. Среди них наибольшим распространением пользуются так называемые погребенные почвы, под которыми понимаются как собственно почвы, находящиеся в ископаемом состоянии, так и переотложенные почвы и гуммусированные прослои, образовавшиеся в результате аккумуляции органического вещества. В лёссовых толщах отмечаются прослои песка и гравийно-галечных пород, мощность которых колеблется от нескольких сантиметров до нескольких метров.

 Мощность  толщи лёссовых пород колеблется от нескольких сантиметров до десятков и даже сотен метров. Необходимо отметить, что в пределах равнинных областей мощность лёссовых толщ возрастает от первой надпойменной террасы к междуречным (водораздельным) пространствам. Для предгорных и горных районов, наоборот, характерно увеличение мощности лёссовых пород по мере приближения к долинам рек: здесь наиболее мощные толщи лёссовых пород приурочены к депрессиям.

 Лёссовые  породы обычно подразделяются на лёссы  и лёссовидные породы. В основу этого подразделения могут быть положены различные признаки. При инженерно-геологической характеристике лёссовых пород важнейшей их особенностью является просадочность. По этому свойству и следует подразделять лёссовые породы; лёссы - это породы, являющиеся просадочными, лёссовидные породы непросадочны.

 Лёсс —  порода, состоящая на 70-80% из пылеватых  частиц размером 0,05 — 0,005 мм. Пределы  пластичности лессов сближены и невелики; число пластичности колеблется в  интервале 3 - 10 %; содержание физической глины (частицы менее 0,005 мм) низкое и составляет не более 15%. Лёссы не склонны к набуханию, так как в составе их глинистой фракции содержание гидрофильного минерала монтмориллонита незначительно. По этой причине истинные лёссы имеют высокие показатели просадочности и просадка их происходит одновременно с замачиванием.

 Просадочность лёссов не только их важнейшее свойство, имеющее большое практическое значение, но и ключ к познанию их генезиса. Точка зрения Е.М. Сергеева по этому  вопросу заключается в том, что лёссовидные породы, подобно песчаным и глинистым породам, могут быть различного генезиса; они полигенетичны (Сергеев, 1993).

 Исходя из механизма образования просадочности  и закономерностей изменения  его у пород в условиях естественного  залегания, можно считать, что просадочность возникает у лёссовидных пород под действием процесса гипергенеза. Лёссовидные породы занимают как бы промежуточное место между лёссами и глинистыми грунтами. Поэтому свойства, характерные для лёссовых грунтов, у них выражены менее четко, чем у лёссов: эти грунты, как правило, просадочны при дополнительных нагрузках.

 Лессовидные породы - полигенетические образования, состав, строение и свойства которых  различны в зависимости от их генезиса. Лессовидные породы имеют более  широкое распространение и представлены пылеватыми супесями, суглинками и глинами. Соответственно, и число пластичности их изменяется от 5-6 до 17-20%, чаще 12-15%. Пылеватых частиц в них меньше, чем у лёссов (40-65%), а глинистых значительно больше (20-45%). В глинистой фракции преобладает монтмориллонит, который увеличивает потенциал набухания породы, уменьшает величину просадки и замедляет время ее проявления.(Трофимов, 2005).

 Лёссовидные грунты по составу могут приближаться к суглинкам, супесям или глинам. Для них характерно преобладание частиц 0,01- 0,001 мм, которые вместе с глинистыми частицами образуют микроагрегаты.

 Строение  лёссовых толщ характеризуется рядом  специфических черт. К их числу  относятся: 1) большая однородность и очень плохая выраженность слоистости во многих толщах; 2) наличие погребенных почв и гумусированных прослоек (наиболее часто встречаются погребенные почвы степного типа, а также дерново-подзолистые, подзолистые, лугово-черноземные и лугово-болотные); 3) наличие прослоев песка и гравийно-галечникового материала мощностью от нескольких сантиметров до первых метров; 4) присутствие в ряде районов прослоев вулканического пепла мощностью до 1 м; 5) наличие макропор и пустот органического происхождения; 6) развитие горизонтов конкреций карбонатов, гипса, марганцевых стяжений и других размером от 2-3 мм до 20 см, редко более; 7) наличие столбчатой отдельности в верхней части естественных разрезов.

 Рассматривая  свойства пород, необходимо иметь в  виду, что лёссовые образования, являющиеся полидисперсными, полиминеральными образованиями с различными типами структур, формируются в результате различных генетических процессов. Большое разнообразие факторов, действующих в условиях континентальной поверхности, неизбежно приводит к разнотипности лёссовых пород по их инженерно-геологическим свойствам.