Лёссовый грунт
Лёссовый грунт это лёссы и лёссовидные породы, которые относятся к классу осадочных пород.
Так называемый типичный лёсс представляет собой мягкий, мучнистый на ощупь, пылеватый суглинок. Как правило, лессы по структуре макропористы и часто содержат карбонатные соли. Цвет их светло-палевый, желтый, желто-бурый, иногда сероватожелтый.Происхождение лёссов пока еще недостаточно выяснено.Существует несколько гипотез,объясняющих их происхождение. Одна из них-эоловая -исходит из того, что лессы образуются путем переноса ветром пылеватых и глинистых частиц из пустынь.
Эта гипотеза была изложена ранее, при рассмотрении эоловых отложений.Другая гипотеза, тоже эоловая, исходит из того, что лессы образуются развеванием моренных и зандровых отложений.В основу водно-ледниковой гипотезы положено предположение, что пылевато-глинистые частицы были перенесены потоками талых ледниковых вод.Предположение, что частицы пыли и глин могут быть перенесены водой горных потоков, было положено в основу пролювиальной гипотезы.
Значительный интерес представляет так называемая элювиальная или почвенная гипотеза, предложенная Л.С. Бергом.Предполагается, что лёсс образуется в результате вторичного процесса, происходящего в условиях сухого климата, аналогичного климату пустынь и степей.В результате этого лесс является продуктом преобразования любой глинистой породы аллювиального, ледникового, флювиогляциального, делювиального или какого-либо другого происхождения.В условиях сухого климата под влиянием выделяющихся щелочноземельных катионов происходит коагуляция коллоидальных аллюмосиликатных частиц в более крупные пылеватые агрегаты, слагающие главную массу лёсса.
при этом происходит уменьшение объема скелета породы и увеличение количества и размеров пор.Рассматривая процесс образования лёсса как вторичный, К.К. Гедройц объясняет и возможный процесс деградации лёсса, превращения его в обычную глинистую породу.Такой процесс возможен при изменении климата в сторону большей влажности .При увеличении влажности катионы кальция и магния удаляются из лёсса, в результате чего происходит диспергирование алюмосиликатных агрегатов лёсса и превращение его в обычную глинистую породу.Учитывая огромные площади, занятые лёссовыми отложениями в различных климатических зонах, по -видимому, правильнее всего исходить из того, что образование лёссов возможно любым из указанных путей.
Переотложенные виды лёссов ( лёссовидные суглинки, супеси и глины) называют лёссовидными породами.различие между лёссами и лёссовидными породами приведено в таблицу-1.
Таблица-1. Различия между лёссами и лёссовидными породами.
Лёссовые грунты
◊ Инженерно-геологические характеристики лёссовых пород
Хотя лессовые породы могут образовываться различными путями, их характеристики независимо от условий образования будут одни и те же.Если образец породы будет испытывать некоторое давление то его общий объем и объем пор уменьшатся, а объем скелета останется без изменений .Если, не снимая нагрузки, залить образец водой, то непросадочная порода останется неизменной, а просадочная -даст резкое уменьшение объема и, следовательно, резкое уменьшение коэффициента пористости.Такое резкое изменение объема породы при замачивании под нагрузкой может произойти только за счет уничтожения макропор, поэтому величинк разности между коэффициентом пористости под нагрузкой без замачивания ep и коэффициентом пористости под нагрузкой при замачивании называют коэффициентом макропористости ем:
ем=ер-ер
Коэффициент макропористости является хорошей характеристикой просадочных пород и используется во многих инженерных расчетах, однако следует помнить, что он зависит от величины давления, при котором порода увлажнена и, следовательно, для каждого, данного грунта является величиной переменной. В механике грунтов доказывается, что величина относительной деформации нескальных пород определяется выражением :
δ=(е0-ер)/(1+е0) (1)
Соответственно полная деформация толщи породы мощностью h:
S= δh=(e0-ep)h(1+e0), (2)
где e0-коэффициент пористоти породы природного сложения; ер-коэффициент пористоти после приложения нагрузки.Приведенные выражения относительной и полной деформации получены в предположении, что рассматриваемый участок имеет достаточно большое ( теоретически неограниченное) простирание и нагружен равномерно распределенной нагрузкой.
Такое положение вполне применимо к толщам пород, нагруженных собственным весом вышележащих слоев. Выражения -(1) и (2)относительной и полной деформации могут быть использованы для определения просадочных свойств лёсса. Рассмотрим такие равенства:
δ′пр=em/(1+ep) и δ ′′=em/(1+e0) . (3)
Первое равенство дает величину относительной просадки по отношению к мощности слоя, уже обжатого нагрузкой р до увлажнения, второе -дает величину относительной просадки по отношению к мощности слоя до приложения нагрузки.Следовательно, величина полной просадки лёссовой толщи равна :
S=emhp/(1+ep)=emh0/(1+e0), (4)
где h0 и hp-соответственно мощность толщи до и после приложения внешней нагрузки, но до увлажнения.При инженерно-геологитческих исследованиях для строительства проводят испытания лёссовых грунтов на просадочность при замачивании. Замачивание проводят при различных давлениях, которые практически будет испытывать толща лёссового грунта под нагрузкой от сооружения.Кроме того, обязательно проводится испытание на просадочность при замачивании под нагрузкой, равной тому давлению, которое грунт испытывает в условиях природного залегания.
Рисунок-1. Обрушение вертикальных откосов в лёссах при замачивании склона
В таких случаях определяют величину полной просадки при нагрузках, равных фактическим давлениям от строящегося сооружения и, исходя из нее, устанавливают систему мероприятий, предохраняющих здания и сооружения от просадок.Эти мероприятия являются уже инженерно-строительными и не могут быть подробно изложены в данной статье.В общем инженерно-строительные меропирятия заключаются или в предохранение просадочной толщи от замачивания, или в искусственном устранении просадочных свойств.
Величина полной просадки Sпр является почти исчерпывающей характеристикой просадочных свойств данного грунта. Следует отметить, что хотя просадочность является характерной особенностью лёссов, однако в природе имеется достаточное количество лёссов, у которых свойство просадочности или совсем отсутствует, или проявляется в ничтожно малой степени.По нормам проектирования естественных оснований зданий и сооружений ( СНиП II-15-74) к просадочным грунтам относят глинистые породы, имеющие степень влажности G ≤ 0,8 и показатель П=(еL-e0)/(1+e0) меньше значений, приведенных ниже, а величина коэффициента пористости, при влажности на границе пластичности равна еL=ρудWL/ρв
Число пластичности грунта Ip 0,01≤Ip<0,1; 0,1≤Ip<0,14; 0,14≤ Ip<0,22
Показатель П 0,1 0,17 0,24
По СНиП II-15-74, грунтовые условия строительных площадок, сложенных просадочными грунтами, в зависимости от возможности проявления просадки грунтов под действием собственной силы тяжести подразделяются на два типа. К типу I по просадочности относятся условия , при которых просадка в основном происходит в пределах деформируемой зоны, обусловленной приложением внешней нагрузки. В этих условиях величина просадки под действием собственной силы тяжести практически находится в пределах от 0 до 5 см. К типу II по просадочности относятся условия, при которых просадка грунта от собственной силы тяжести происходит преимущественно в нижних слоях просадочной толщи , а просадка от внешней нагрузки и в пределах деформируемой зоны.
Грунты, у которых величина относительной просадочности δпр ≤ 0,01, считаются практически непросадочными.
Тип грунтовых условий по просадочности устанавливается по результатам лабораторных исследований образцов грунта и в полевых условиях проведением опытного замачивания грунтовой толщи.Кроме свойств просадочности характерной особенностью лёссов сравнительно малая объемная масса и в особенности объемная масса скелета. В среднем объемная масса скелета у просадочных лёссов колеблется в пределах 1,40-1,60 г/см3, а в отдельных случаях бывает еще ниже. У глинистых пород нелёссовой структуры объемная масса скелета практически не бывает меньше 1,6 г/см3.Другой особенностью лёссов является своеобразный характер водопроницаемости :
в вертикальном направлении она значительно больще, чем обычных глинистых пород, а в горизонтальном -меньше.Такое своеобразие водопроницаемости лёсов объясняется вертикальной направленностью пор, возникшей в процессе аккумуляции лёссовых частиц. Общая деформация массива лёссового грунта при увлажнении характеризуется не только просадками.Следует различать следующие виды деформаций:
а) уплотнение под воздействием увеличения нагрузки , то есть обычную осадку;
б) уплотнение при постоянной величине давления под воздействием повышения влажности ( замачивания), то есть просадку;
в) уплотнение вследствие действия длительного увлажнения после просадки, то есть послепросадочные деформации.
В ряде случаев, особенно при строительстве ирригационных сооружений, послепросадочные деформации достигают значительной величины и иногда оказываются равными просадкам.Развитие послепросадочных деформаций объясняется наличием в составе лёссового грунта того или иного количества медленно растворимых солей.Поэтому при исследованиях лёссовых грунтов для целей строительства стоит выявить содержание и виды солей в грунте и возможность медленного длительного увлажнения окружающего массива грунта в процессе эксплуатации сооружения.
Несмотря на то что водопроницаемость лёссовых грунтов в горизонтальном направлении весьма незначительна, длительная фильтрация может вызывать значительные деформации на достаточно большом расстоянии от места замачивания. На рисунке -1 показаны деформации вертикальных откосов в лёссах при замачивании склона в случае длительной фильтрации.
В условиях строительства на площадках, сложенных лёссовыми породами, проводят ряд мероприятий по предохранению сооружений от воздействия просадок. Наиболее эффективным является уничтожение свойства просадочности в массиве просадочного грунта, являющегося основанием сооружения.
К таким мероприятиям относятся уплотнение тяжелыми трамбовками, глубинное уплотнение грунтовыми сваями, химическое или термическое закрепление ( окаменение) грунта основания.При строительстве на малых толщах просадочных пород можно ограничиться прорезкой всей просадочной толщи и опиранием сооружения на непросадочные породы.При малых значениях относительной просадочности можно ограничиться предохранением оснований сооружений от замачивания. Это достигается планировкой и отводом дождевых и талых вод с поверхности площадки, нагорными и водоотводными канавами и другими меропирятиями.
*****
Добавить комментарий