Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Эолово-почвенная гипотеза происхождения лёссов Алтая и их инженерно-геологические особенности

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Эолово-почвенная гипотеза происхождения лёссов Алтая и их инженерно-геологические особенности"

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова

На правах рукописи УДК 624. 131. 1

ШВЕЦОВ Анатолий Яковлевич

ЭОЛОВО-ПОЧВЕННАЯ ГИПОТЕЗА ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЛЁССОВ АЛТАЯ И ИХ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

Специальность: 04.00.07 - инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени кандидата геолого-мннералогнческнх. наук

Барнаул 1998

Работа выполнена в НИИ горного природопользования при Алтайском государственном техническом университете и в Алтайском центре Российской Академии естественных наук.

Официальные оппоненты: доктор геолого-минер алогических паук

профессор Т.Г. Рященко, доктор географических наук, профессор A.M. Малолетко

Ведущая организация: Сибирский государственный университет

путей сообщения, Новосибирск

Защита состоится « »декабря 1998 г. в 1$ час. на заседании диссертационного Совета К 064.29.07 при Алтайском государственном техническом университете. Адрес: 656099, г. Барнаул, пр. Ленина, 46.

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного технического университета.

Диссертация в виде научного доклада разослана

«Щ» нехоря 1998 г.

Отзывы на диссертацию в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 656099, г. Барнаул, пр. Ленина, 46, Алтайский государственный технический университет, ученому секретарю диссертационного Совета К 064. 29.07.

Ученый секретарь диссертационного совета, к. г.-м.н.

(З&оД^ОТ'А- ГоРбУнова

Введение

Актуальпость темы. Лессовые грунты получили значительное развитие в Алтайском крае, занимая свыше 60 % его площади. Значимость их в инженерных изысканиях, проектировании и строительстве зданий и сооружений в крае большая, чем какого-либо другого типа грунтов. На них возведена большая часть городов края и свыше 1000 сельских паселегаюых пунктов. Из-за просадочных свойств этих грунтов сотни зданий и сооружений в крае получили деформации, многие из пик приведены в аварийное состояние. Территории, сложенные лессами, по условиям строительства, относятся к условно неблагоприятным. Согласно СНИП 11-2-96 п. 6.3, 6.10 они отнесены к специфическим грунтам, требующим углубленного исследования.

Несмотря на серьезное изучение лессов научными учреждениями, до сих пор нет единого мнения по.многим важнейшим вопросам: о происхождешш лессов, об образовании макроструктур (обуславливающих просадку), о причинах высокого содержания в лёссах карбопата кальция, о формировании агрегативного строения лёссов и др.

В практике шшеиерпых изысканий па лёссовых грунтах имеется ряд важных нерешенных проблем, в том числе отбор из скважин качественных неуплотнённых монолитов, замена дорогостоящих, трудоёмких и длительных видов опытных работ (к примеру, испытания железобетонных свай в искусствешю замачиваемых грунтах) экспресс - методами полевых работ и др.

Решешпо этих актуальных теоретических вопросов и практических изыскательских проблем посвящена диссертационная работа.

Цель исследований: - изучение инженерно-геологических особенностей лёссов Алтая, их происхождения и решение ряда актуальных практических вопросов по изысканиям на лёссовых просадочных грунтах.

Основные задачи:

1. Уточнение содержания термина «лёсс».

2. Создание эолово-почвенной гипотезы происхождения лёссов.

3. Изучение инженерпо-геодошческих особенностей лёссов Алтая.

4. Формирование лёссовых просадочных грунтов в долшшх рек с позиции эолово-почвешюй гипотезы.

5. Образование погребённых почв в свете эолово-почвешюй гипотезы происхождения лёссов.

6. Изучение влияния антропогенной деятельноста на изменение инженерно-геологических и гидрогеологических условий территорий, сложенных лёссовыми грунтами.

7. Решение проблемы замены длительных и дорогостоящих испытаний железобетонных свай в искусственно замоченных лёссовых грунтах испытанием инвентарных свай в грунтах природной влажности (экспресс-метод).

8. Разработка способа и устройств для отбора качественных монолитов лёссовых просадочпых грунтов из скважин.

-Мсто;плисследований.Ошов1ц,1е-положения-диссср--

тационной работы основаны на теоретических исследованиях автора и материалах инженерных изысканий на территории Алтайского края.

Изучение инженерно-геологических особенностей лёссов Алтая проводилось с использованием современных методов на основе большого объёма полевых опытных и лабораторных исследований треста «АлтайТИСИЗ» (свыше 80 тыс. определений) физико-механических свойств грунтов в процессе составления нн-женерно-геологической карты Алтайского края масштаба 1 : 500 ООО, а также инженерно-геологачеекпх карт городов Бийска, Но-воалтайска, Алейска, Славгорода, Камня на - Оби и Рубцовска масштаба 1 : 5 ООО. Нормативные значения физико-механических свойств грунтов при природной влажности и в замоченном состоянии были получены в результате обработал методами математической статистики вышеуказанного массива оп-ределешш свойств грунтов на базе ЭВМ.

Под руководством автора проведен большой объём полевых испытаний лёссовых грунтов железобетопнымн сваями в грунтах природной влажности и в искусственно замоченных грунтах и параллельные испытания лёссов природной влажности инвентарной сваей. По материалам совместных испытаний математическими методами доказана возможность замены испыташш натурных свай инвентарными.

Разработай способ и устройства отбора качественных не-уплотпёшшх монолитов лёссов из скважин. На основании выполненного значительного объёма опробовательских работ из скважин и шурфов, проходимых на одних точках, методами математической статистики установлено, что при отборе монолитов из скважин не происходит уплотнения грунтов.

На осповании значительного объёма лабораторных исследований лёссов при природной влажности и в замоченном состоянии установлена величина снижения деформационных и прочностных свойств при замачивашш лёссов. Изучение материалов повторных изысканий позволило исследовать процесс замачивания лёссовых грунтов при строительстве и эксплуатации

зданий и сооружений. Использование результатов длительных геодезических наблюдений позволило установить скорости и закономерности осадок зданий и сооружений.

Изучение соискателем лёссов и почв в процессе полевых изыскательских работ для строительства зданий и сооружений, изучение опорных разрезов лёссовых пород Приобья, исследование условий залегания лёссов и погребённых почв, изучение пограничного слоя почв и лёссов, анализ физических свойств лёссов и почв, анализ процессов формирования покровных отложений, критическое осмысление существующих гипотез происхождения лёссов позволило выдвинуть и обосновать эолово-почвенную гипотезу генезиса лёссовых пород. Научная новизна.

1. Впервые выдвинута эолово-почвенная гипотеза происхо-ждеши лёссов.

2. Уточпено содержание понятия «лёсс».

3. Доказывается, что лёссы в долинах рек имеют не аллювиальный, а эолово-почвенньш генезис.

4. Установлено, что, гак называемые, «погребённые почвы» Алтая образовались как и лёссы в результате эолового накопления осадков, вовлечения их в почвообразовательные процессы и последующего разложения почв. Это азональные образования, грунты, сохранившие остаточные признаки почв (нвет), по по своим петрографическим особенностям и физико-мехаиическим свойствам почти не отличаются от вмещающих их лёссов.

Практическое значение работы. Соискателем вы-

полнено решение ряда важных практических вопросов производства изысканий на территориях, сложенных лёссамн, внесён вклад в разработку новых способов и методов изыскательских работ:

метод определения несущей способности железобетонных свай в лёссовых замоченных грунтах по результатам испытания инвентарных свай в грунтах природной влажности;

способ и устройства для отбора качественных монолитов лёссовых просадочпых грунтов из скважин вместо отбора их из шурфов. Они были внедрены в тресте «Алтай Т И С И 3» и других организациях Алтайского края. Применение их позволило снизить трудоёмкость и стоимость изыскательских работ, сократить сроки производства изысканий.

Личное участие автора. Соискатель в течение 21

года работал в Алтайском тресте инженерно-строительных изысканий, участвуя в составлении программ работ, непосредственном выполнешш изысканий для строительства зданий, сооруже-

гаги, инженерных коммуникаций, а также осуществлял руководство и контроль при производстве изыскательских работ. Автором изучены опорные разрезы лёссовых пород «Володарка», «Шадрино», «Барнаул», исследовались лёссы в обнажениях и горных выработках на территории 1фая, аналишфовались результаты определения физико-механических свойств дёссов. Автор руководил и принимал участие в выполнении опытных полевых работ в «АлтайТИСИЗе»: испытании железобетонных и буронабивных свай, штампов, статического зондирования, испытании инвентарных котлованов, щелевых фундаментов и др.

Соискатель принимал участие в изысканиях крупных объектов Алтайского края: Алтайского Коксохимзавода (АКХЗ), ТЭЦ-3 г. Барнаула, Чарышского, Благовещенского и Родин-ского групповых водоводов, Алтайского цементного завода на ст. Голуха, газопроводов северной часта Алтайского края, жилых микрорайонов городов, проектов планировок сёл и крупных животноводческих комплексов и др.

Под руководством автора и при его непосредственном участии выполнен ряд обобщающих сводных работ по лёссовым грунтам, в том числе составлены инженерно-г еологические карты масштаба 1:5 ООО городов Бийска, Славгорода, Рубцовска, Ново-алтаиска, Алейска, площадки Алтайского коксохимзавода и др. Соискатель участвовал в составлении инженерно-геологической карты Алтайского края масштаба 1:500 ООО (непосредственно им составлена инженерно-геологическая карта Обь-Чумышской равнины) и пояснительной записки к ней, являющейся сводной работой, обобщающей все данные по шшенерно-геологическому строению, свойствам грунтов и неблагоприятным процессам и явлениям края.

Под руководством автора и личном его участии в тресте «АлтайТИСИЗ» осуществлен ряд научно-исследовательских работ:

определение несущей способности забивных железобетонных свай в замоченных лёссовых грунтах по результатам испытания инвентарной сваей грунтов природной влажности,

способ и устройства для проходки скважин и отбора монолитов в лёссовидных просадочных грунтах,

влияние длительного замачивания лёссовых грунтов на несущую способность забивных свай.

Соискателем изучены процессы замачивания грунтов под зданиями и подтопления территории городов Барнаула, Бийска, Рубцовска, Алейска, Славгорода и крупных промплощадок

(АКХЗ, Северная промзона и ТЭЦ-3 в г. Барнауле и др.) в результате антропогенной деятельности. В составе комиссий автор участвовал в расследовашш причин деформации и аварий многих зданий и сооружешш Алтайского края, сооружёшшх на лёссовых просадочных грунтах.

Достоверность исследований. Достоверность результатов исследований обуславливается большим объёмом фактического материала (свыше 80 тыс. определений свойств грунтов), полученного при проведении современных способов и методов полевых и лабораторных работ, систем апгзирокатгых и обработанных с использованием методов математической статистики.

Апробация работы и публикации. Основные положения научного доклада по генезису лёссовых грунтов докладывались на краевой конференции в г. Бийске (1984 г.) и Всесоюзной конференции в г. Барнауле, посвященной лёссовым просадочным грунтам (1990 г.), а также опубликованы в журнале Академии Наук России «Инженерная геология» в 1992 и 1994 г.г.

Другие вопросы, решаемые соискателем, апробированы на Всесоюзных, Республиканских и краевых конференциях в гт. Киеве (1976 г.), Барнауле (1977, 1978, 1980, 1983, 1986, 1989, 1998 г.г.), Ташкенте (1978 г.), Одессе (1979 г.) и Бийске (1984, 1985, 1987 г.г.).

Соискателем по темам научного доклада опубликовано 33 статьи. Он является соавтором книги «Географические и инженерно-геологические условия Степного Алтая.» (1988 г.). Защищаемые положешм:

1. Уточнённое содержание термина «лёсс».

2. Эолово-почвенная гипотеза происхождения лёссов.

3. Инженерно-геологические особенности лёссов Алтая.

4. Эолово-почвенный генезис лёссов в долинах рек Алтая.

5. Формирование погребенных почв, как и лёссов, в результате эолового накопления осадков, вовлечения их в почвообразовательные процессы и последующее разложите почв. Погребенные почвы - азональные образования, грунты, сохранившие остаточные признаки почв, но по своим петрографическим особенностям и физнко-мехашгческим свойствам почти не отличаются от вмещающих их лёссов.

6. Метод определения несущей способности забнвных железобетонных свай в замоченных лёссовых грунтах по данным испытания инвентарной сваей грунтов природной влажности.

7. Способ и устройства для проходки скважины и отбора монолитов в лёссовых просадочных грунтах.

1.

Содержание термина «лёсс».

Слово лёсс, было впервые введено в мировую геологическую литературу немецким ученым К.Г. Леонардом н 1823 г.

В русских геологических изданиях термин впервые появился в 1846 г. в работе Эйхвальда как «лэсъ». Затем он приобретает форму «лесъ» (Барбот-де-Марни, 1867 г.) и, наконец, уже после Октябрьской революции - «лёсс».

-Термин -«лёсс» подучил широкое распространение в русской геологической литературе.

В содержание термина лёсс исследователями вкладывался различный смысл, что вызывало споры в научной печати, на конференциях, а нередко приводило к путанице, недоразумениям, когда к лёссам отаосили совершенно разные породы.

Ввиду того, что термин «лёсс» постоянно использовался при изучении этих грунтов в течении полутора веков, закрепился в литературе, стал историческим понятием, поэтому целесообразно, не нарушая традиций, оставить этот термин, четко определив его содержание.

Надо полагать, что содержание этого термина должно отвечать тому, что вкладывается в это понятие в мировой науке, и в первую очередь, соотнести с содержанием голотипа лёссов (Северный Китай). В то же время необходимо учесть, что этот термин является не только петрографическим, но и инженерно-геологическим.

Обзор зарубежной публикации при всей её противоречивости показывает, что под лёссом принято подразумевать однородную, неслоистую высокопористую рыхлую породу желтоватого или желтовато-коричневого цвета, сложенную преимущественно иылсватыми частицами, макропористой текстуры, способной удерживать отвесные стенки, разбитой вертикальными трещинами, формирующими столбчатую отдельность (Г.С. Смит -США; ВЛожек Чехия; Ю. Фипк - Австрия; и др.) <

В России ещё в прошлом веке С.Н. Никитин (1895 г.) предложил ряд признаков лёсса: пылеватость, однородность, мак-роиористость, карбонатность, способность держать вертикальные стенки (так называемый «стандарт Никитина»). Позднее другими исследователями предлагались свои наборы признаков лёсса: от 6 до 14.

Один из крупнейших исследователей лёсса Н.И. Кригер (1965 г.) трактовал лёсс как «алеврит (силт) светло-желтой (палевой окраски) с общей пористостью 40 - 55 %, с видимыми невооруженным глазом канальцами, неслоистый, известковый (но не сцементированный до состояния полускальной породы), более

или* менее микроагретрованный, склонный обваливаться вертикальными глыбами, залегающий плащом (в т.ч. передко на высших точках водоразделов), обычно мощностью не менее нескольких метров».

Приведенные понятия «лёсса» имеют петрографический характер.

В.В. Попов (1957 г.) в числе «лёссовых» черт включил про-садочность, т. е. ипженерно-геологический призпак.

Введёшшп в 1982 г. ГОСТ 25100-82 «Грунты! Классификация» должен был положить конец разногласиям в определешш содержания термина «лёсс». Но, к сожалегапо, этот тип пород в ГОСТе не назван конкретно «лёссом», а «лёссовым грунтом». Это дало основание отдельным исследователям предложить свои содержания попятия «лессовая порода», «лёсс», «лёссовидная порода». Вновь возникла ситуация неопределенности в содержании слова «лёсс».

Так, В.Т. Трофимов (1992 г.) предложил определение «лёссов», как грунтов, проявляющих (при замачивании) проса-дочные свойства при действии природного давления, а «лёссовидных пород» - как грунтов, проявляющих просадочные свойства только под действием дополнительных нагрузок». Те п другие объединены им в «лёссовые породы».

Такое предложение нецелесообразно по следующим причинам:

1: ч Грунты, дающие просадку (при замачивании)

при действии природного давлешш, залегают без каких-либо закономерностей как по глубине, так и по площади. Выделешге их в горизонты, линзы затруднительно, передко просто невозможно.

2. Отделить в поле при документации выработок эти грунты, от грунтов, дающих просадку от дополнительной нагрузки, совершенно невозможно, хотя выделить просто просадочные грунты - обычно решаемая задача, тле. довольно точным полевым признаком нросадочности является наличие макропористости . Невозможность выделения «лёссов» в поле и их картирования согдаспо обоим приведенным доводам заставляет отнестись с сомнением к предложению установления «лёссов» и «лессовых пород» по их просадке от природного давления или от дополнительной нагрузки.

3. Это предложение усиливает шшенерно-геологачеоаш смысл термина «лёсс» в противовес общепетрографическому, тле. получается, что «лёссы» не просто просадочные грунты, а их наиболее выражен-

ный вид, таксоиомически на ранг ниже обыкновенных просадочных грунтов. Известно, что в петрографии критериями для классификации пород являются их происхождение, степень жёсткости связей частиц, структурные и текстурные особенности пород, их грансостав и минералогический состав, а в предложенном понятии «лёссов» решающим фактором послужит свойство просадки грунта, определяемое толь_ко в лабораторных условиях. Это дальнейшее удаление от петрографических принципов разделения пород может привести к тому, что петрографы дадут своё толкование термина «лёсс», основанное на текстурно-структурных и лр. особенностях породы, и будут существовать два параллельных понятия «лёсс», что крайне нежелательно.

4. Содержание термина «лёсс» по В.Т. Трофимо-

ву весьма существешю сузит рамки распространения его в стране. В таких регионах как Алтай, Новосибирское Приобье и др. он будет отмечаться в виде редких пятен только на планах масштаба 1:500 - 1:2 ООО и не сможет картироваться на более мелкомасштабных планах и картах ввиду незначительности площадей развития этих «лёссов». Это не будет соответствовать традиционным взглядам (при всей их разноречивости) на распространение этих пород в России, отраженным в научной литературе об этих грунтах.

Существование терминов «лёссовидные породы», «лёссоподобные породы» не имеет большого смысла и не должно быть. Если это не лёсс, а другая порода (пусть в чем-то и похожая па него), она должна иметь своё собственное название. Тем более, недопустимо, если будут предлагаться подобные понятия без чёткого выделения их по конкретным признакам.

Содержание термина «лёссовый грунт» по ГОСТу, как известно, включает 8 признаков и в том числе просадочностъ: «фунт лёссовый - пьиевато-глинистьш грунт, содержащий по гранулометрическому составу более 50 % пылеватых частиц (размером 0,05 - 0,005 мм), легко- и среднерастворимые соли и карбонаты кальция; однородный, преимущественно макропористый; в маловлажном состояшш способный держать вертикальный откос, при замачивании маловлажный лёссовый грунт дает просадку, легко размокает и размывается, а при полном водонасыще-шш может' переходить в плывунное состояние».

В целом, оно отвечает понятию «лёсс», применяемому за рубежом.

В то же время, с точки зрения автора, содержание термина требует поправок.

Во-первых, сам тершш следует назвать «лёссом», а не «лёссовым грунтом». Могут быть возражения, что нет никакой разницы, что это синопимы. Тем не менее, разница есть. Синонимы это «лёссовый грунт» и лёссовая порода». Но эта термины могут рассматриваться как-собирательные, к примеру, таким понятиям, как «лёсс» и «лёссовидные породы».

Поэтому в классификации грунтов должен фигурировать именно «лёсс», так же как в ней приведен «песок» (а не песчаный грунт), «суглинок» (а не суглинистый грунт) и т.д.

Во-вторых, следует подкорректировать содержание термина.

Слова «пылевато-глшшетьш» не полностью соответствуют действительности. При преобладании алевритовых частиц, в лёссе примерно в равных количествах (хотя колебания и довольно значительные бывают и в ту, и в другую сторону) присутствуют псаммитовые и пелитовые частицы. Поэтому необходимо, чтобы или фигурировали слова «пылевато-песчано-глинистый» или лучше вовсе убрать го фразы слова <ан.1левато-плшистый».

Предлагается также убрать слово «лепсо-и среднераство-римые соли», т. к. не все лёссы характеризуются наличием значительного количества солей. Так, по A.C. Кесю в типичных лёссах Северного Китая легкорасшоримые соли почти отсутствуют (сотые доли процента), что обязано, по его мнению, их выщелачиванию. В ничтожных количествах они имеются и в лёссах Алтая, что также связапо с тем, что эти соли вымыты из грунтов.

С учетом вышеизложенного формулировка термина предлагается в следующем виде:

«лёсс - однородная рыхлая порода, содержащая по гран-составу более 50 % пылеватых частиц; преимущественно макропористая, обычно с повышенным содержанием карбоната кальция; в маловлажном (природном) состоянии относительно прочная, способная держать вертикальные откосы, при замачивании легко теряет структурные связи между частицами и дает просадку от внешней нагрузки и (или) природного давления грунта; при полном водопасьпцетш может перейти в плывунное состояние».

Как вариант можно добавить «желтовато-серого («палевого»), серого или светло-коричневого цвета» (после слова порода).

Из перечисленных признаков лёсса основными, безусловно, являются преимущественно пылеватый состав, макропористость и резкое снижение структурных связей при замачивании, обуславливающие просадочные свойства этих грунтов.

Лёсс как таксономическая единица классификации lpyu-тов должен отвечать типу грунтов, как это и отражено в действующем ГОСТе.

2. Эолово-почвенпая гипотеза происхождения лёссов

Свыше полутора столетий исследователи всего мира занимаются проблемой происхождения лёссов, дискутируют в научной печати и на конференциях, привлекают к решению этого во-ттроса смсжтп.тс трягяи нлу(си (пп'гр.пвглгииг1пятт^пгрп1-ряф^д| пя.

деонтология) и новейшие достижения техники (электронные микроскопы, современные методы определения возраста пород и др.). В настоящее время известно порядка 50 гипотез (и их вариаций) генезиса лёссовых пород.

Находятся всё новые и новые доказательства в пользу той или иной гипотезы и новые доводы против них. Идут упорные поиски истины.

Автор предлагает новую гипотезу происхождения лёссов - эолово-почвенную, содержание которой рассматривается ниже. В капитальном труде о лёссах «Лёссовые породы СССР» (1986 г.) эта гипотеза даже не упоминается, хотя в этой книге рассматриваются все известные другие гипотезы.

Эолово-почвенная гипотеза генезиса лёссов выдвигается на основании изучения лёссов Алтая (под Алтаем подразумевается стенная равнинная и предгорная территория Алтайского края).

Исследованиями А.М. Малолетко (1972 г.), A.A. Свиточа (1978 г.) и др. установлено, что в течение позднечетвертичной и современной эпох Степной Алтай представлял собой сушу. Климат был континентальный, господствующий ландшафт степной, в меньшей степени лесостепной. Накопление осадков происходило в субаэральных условиях при медленном поднятии территории.

Верхнечетвертичиые лёссовые отложения занимают на Алтае возвышенные части рельефа, водораздельные пространства, поэтому нельзя объяснить их формирование в результате делювиальных, пролювиальных или коллювиалышх процессов. Сухой континентальный климат, наличие континентальной флоры и фауны отвергают морской (лагунный) и озёрный генезис лёссов.

Площадное развитие верхнечетвертичных осадков (они занимают огромные территории в крае, 400 х 400 км), их явно покровный плащеобразный характер не позволяют считать лёссы аллювиальными образованиями. '

Верхнечетвертичные просадочные грунты залегают на разновозрастных элементах рельефа и на разных абсолютных отметках, почти не меняя своей мощности.

Таким образом, отвергаются все возможные способы формирования лёссов, за исключением эолового накопления осадков, что хорошо согласуется с покровным залеганием лёссов.

Эоловый способ переноса и отложения терригешюго материала иа склонах увалов в какой-то мере был осложнен дешови-алыю-пролювнальными процессами.

Областями дефляции эоловых процессов служили, по-видимому, степные районы Кулунды, степи и полупустъпш Казахстана и в меньшей степени пустывн и полупустъпш Средней Азии. Расстояние переноса частиц от нескольких километров до 2-3 тыс.

КМ. ;

На возможность дальнего переноса эоловой пыли (до 3-4 тыс. км) указывают акад. В.А. Обручев (1911 г.), Б.А. Федорович (1957 г.). В.А. Обручев считал, что в Сибирь эоловый материал поступает из Киргизской степи, под которой он подразумевал Казахстан.

Б.А. Федорович отмечал теспую связь между параболическими дюнами, ленточными песками Северного Казахстана, Кулунды и лёссовыми увалами Алтая, «. . . образовать которых нельзя отрывать от процессов перевевапия песков». Сложенные лёссами гривы Алтая ориентированы в северном и северовосточном направлении, «в точности соответствующим направлению господствующих ветров».

По нашему млению, превалировал эоловый перенос пыли па средние расстояния го Северного Казахстана п Кулунды на Алтай (50-1000 км). При сильных постоянных юго-западных ветрах и бурях был возможен дальний перенос частиц из Средней Азии.

Накопление экзотического эолового материала сопровождалось привнесешгем местной (энтопической) пыли. Перевеиванию подвергались почвы, а также незакрепленные пески Барнаульской, Касмашшскоп и других древних долин стока. При приближении к ним от водораздельных пространств слагающие лёссовые толщи суглинки зачастую сменяются супесями, в разрезе появляются маломощные прослои песков, а в непосредственной близости к этим долинам в составе пород зачастую преобладают пылеватые пески.

Процессы эолового переноса и отложения терригешюго материала протекают и в современное время, особенно во время пыльных бурь, когда переносятся огромные массы материала.

Пыльные бури явление не редкое. По материалам Г.Ф. Якубовича (1956 г.), в соседней с Алтаем Павлодарской области Северного Казахстана (являющейся предполагаемой областью дефляции, материал которой перемещается на Алтай) число

пыльных бурь по ст. Михайловка в 1951 г. составило 56, в 1952 г. -42.

Сильные бури характерны и для Алтая.

Скорость эоловой седиментации на Алтае сопоставима со скоростью отложения осадков в других лёссовых провинциях. В качестве примера рассматривается скорость формирования лёссовой толщи в разрезе Бедово (левый берег Оби, в 80 км выше Барнаула), по которой сделано 2 радиоуглеродных и 10 термолюми-жсценттшх определений абсолютного возраста пород (А.А. Сви-точ, 1978 г.). Врёмя~формировашиттокров1шх лёссов молгцюстыо 9,5 м 22,4 тыс. лет. Скорость отложения лёссов - 0,42 мм в год. С учётом естественного уплотнения грунтов скорость осаждения эоловых осадков составит 0,53 мм/год (коэффициент уплотнения покровных лёссов 1,25).

Образование лёссов не происходило путём простого механического накопления эоловой пыли. Терригенные эоловые частицы попадали на почву. При непрерывном существовании растительного покрова они сингенетично накапливались с органической массой (надземный опад). Поступающие эоловые частицы включались в процесс почвообразования - взаимодействия растений, животных и продуктов их распада с минеральными соединениями, водой и воздухом пор (29,30).

Формирующаяся при этом почва, вовлекаясь в цикл почвообразовательных процессов, обуславливала рост вверх гумусового горизонта А почвенного профиля. Одновременно нижняя погребаемая часть почвы (гумусовый горизонт А, существовавший до накопления новых порций эолово-органогенного материала) ввиду роста почвенного профиля вверх постепенно выводилась из сферы активного почвообразования. При этом в значительной мере происходило разложение гумуса, а минеральная составляющая часть почвы получала ещё большее превалирование, грунт приобретал более светлую окраску. И таким образом, этот горизонт постепенно (от нижних частей его к верхним) трансформировался в так называемой переходный почвенный горизонт В почвенного профиля. Он испытывал большое влияние от почвообразовательных процессов, активно идущих в новом вышерасположенном горизонте А. В новообразованном горизонте В проходили заключительные этапы почвообразовательных процессов. Интенсивно протекали процессы выноса и аккумуляции веществ (в частности, в иллювиальном горизонте происходило накопление карбоната кальция).

При дальнейшем накоплении эоловых осадков, соответствующем росте почвенного профиля вверх (т.е. при дальнейшем увеличении мощности почвы над рассматриваемым горизонтом В) и продолжающемся развитии процессов диагенеза (в том числе

уплотнение грунта, разложение остаточного гумуса, разрушение первичных минералов и образование вторичных) новообразованный почвенный горизонт В постепешю преобразовался в лёсс, лишенный признаков почвы (иногда сохраняющий её реликты), с весьма небольшим содержанием гумуса (как правило, доли процента) пли с полным его отсутствием.

Почвообразование - сложный комплекс процессов, включающий в себя одцовремешю процессы: механической аккумуляции эолового материала; биологической аккумуляции и выделения веществ при биологическом круговороте; геохимические изменения при взаимодействш1 живых существ и минералов; поступление и вынос легко- и средиерастворимых солей.

Одним из осповных процессов почвообразования является взаимодействие живых организмов и продуктов их гумификации с эоловым материалом. Почвообразование на Алтае в четвертичное время происходило в основном в степных и лесостепных условиях при существовании окислительного режима в почвах. Подкисле-. ние почвсшгых растворов осуществлялось органическими кислотами, выделяемыми организмами при жизни, а также освобождающимися при отмирании растений и животных.

Кислые почвенные растворы воздействовали на шшс-ральные частицы, способствовали их разложешпо и разрушению, синтезу вторичных материалов и органомииеральных комплексов. При этом часть веществ выносилась почвенными растворами.

Опытные исследования, проведенные В.В. Пономарёвой и Т.А. Плотниковой (1980 г.), показали, что по отношению к воздействию гумусовых кислот минералы подразделяются на легко-разлагаемые (нефелин, вермикулит, мусковит, биотит, монтмориллонит) и устойчивые (кварц, каолинит, мгасроклин, плагиоклаз). Таким образом, в начальные периоды почвообразования происходит увеличите относительного количества кварца, полевых пшатов и каолинита. При длительно развивающемся процессе почвообразования разложешпо подвергаются и полевые шпаты.

Черные гуминовые кислоты при взаимодействии с минералами обеспечивают вынос из продуктов разложения полуторных окислов и накопление кальция. Бурые гуминовые кислоты при разложении минералов способствуют выносу кремнезема и увеличегапо концентрации полуторных окислов, особенно РегОз. Фульвокислоты, разлагая минералы, вызывают вынос кремнезема, кальция и накопление полуторных окислов, особенно АЬОз. Мигрируя вниз, гумусовые кислоты взаимодействуют с освободившимися полуторными окислами и образуют с ними подвижные комплексные соединения.

Освобождающиеся при выветривании и вынесенные в нижние горизонты почв, окислы железа дегидратируются и обусловливают красновато-коричневый цвет грунтов. ; .

Течению геохимических процессов по разложешпо Первичных минералов способствует обогащение почвенных растворов солями, поступающими с атмосферными водами. По данным М.А. Глазовской (1972 г.) в дождевых и талых водах в среднем растворено 30 мг/л минеральных веществ. В степной зоне ежегодное поступление минерал!,пых солей равно 60-100 кг/га, что составляет 2,3~%~бт~поступлсния эоловых терригсшплх-часпщ -по--кровных лёссов. Проникая в почву, растворы этих солей в значительной мере обуславливают растворение, коррозию минеральных зерен и обломков пород. Избыточная влага, не связанная с минералами, в виде конституционной, кристаллизационной, цео-липюй, осмотической воды и не вошедшая в биологический круговорот, транспортируется нижегумусного слоя, формируя соле-носные (шпеовые и др.) генетические горизонты почвенного профиля.

Для Алтая источником солей является Кулундинский со-леносный бассейн с его более ста солеными и солоноватыми озерами и солонцовыми почвами, насыщающими атмосферу солями при дефляции.

При частичном растворении эолового материала некоторая часть его поглощается из почвешшх растворов живыми организмами, что способствует синтезу органических вещества. Растения усваивают калий, фосфор, серу, кремнезем и др. После отмирания растительных остатков эти элементы остаются в почве в составе гумуса. Гумусовые вещества придают почве черновато-серую окраску. Гумус со временем минерализуется, превращаясь в углекислый газ, воду и минеральную зольную часть. Поступление в почву зольных элементов значительно: по данным Л.С. Родана и Базилевича (1965 г), в разнотравно-злаковой луговой степи Приобского плато Алтая при биомассе растений в 230 ц/га и опаде в 130 ц/га возвращается ежегодно 4,2 ц/га зольных элементов; в том числе 2,6 ц/га с зелеными частями растений и 1,6 ц/га с корневыми остатками. При минерализации гумуса связанный с ним кальций освобождается в форме Са(НСОз)г, который вымывается из гумусового горизонта атмосферными водами (почвеппыми растворами) и осаждается в подгумусовых горизонтах в виде СаСОз, формируя карбонатный горизонт почвенного профиля.

Основываясь на эолово-почвенной гипотезе образования лёссов можно дать объяснение таким важным их особенностям, как агрегатное строение, повышенная карбонатностъ, макропористость, недоуплотненное состояние и просадочные свойства.

Дискуссии в печати по этим вопросам продолжаются и в настоящее время.

Формирование агрегатной структуры лёссов связано с почвешшми процессами. Она создавалась в основном, когда грунт находился в стадии гумусного горизонта А. Корни и корневые волоски растений, а также деятельность животных разделяли почвенный материал на отдельные комочки и микрокомочки. При разложении отмерших органических остатков образовывалось гумусовое вещество (органические кислоты), которое при взаимодействии с эоловым материалом связывалось основаниями, образующимися при разложении минералов. Так возникали коллоидные органоминеральные соединения. Последние, коагулируя, выпадали па поверхности мииеральпых зерен, способствуя их склеиванию и формировашпо водоустойчивых агрегатов различного порядка.

Упрочнение структурных агрегатов происходило, когда грунт находился в стадии переходного горизонта В, посредством цементации частиц глинистым веществом, отлагающимися солями фильтрующихся атмосферных осадков, а также солями, образующимися при почвенных процессах (карбонатом кальция, гидр о-окислами железа, гипсом и др.).

Среди исследователей лёссов имеются разногласия по объяснению повышенной карбонатносга этих пород, характерной для всех лёссовых провинций. Известно, что в почвенном профиле чернозёмов под поверхностным гумусовым горизонтом А и горизонтом А В формируется горизонт вторичной аккумуляции карбоната калыщя ВСа. Согласно приведённой гипотезе, стадию подповерхностного горизонта ВСа прошёл весь слой лёссовой толщи. Поэтому повышенное содержание карбоната кальция в лёссах отмечают пе только под почвой, но и на больших глубинах.

Переходя к рассмотрению просадочных свойств лёсса, их формировашпо, следует отметить, что в основном они обусловлены первичным недоуплотиением грунта и наличием в нем большого количества макропор. Пористость лёссовых просадочных отложений Приобского плато колеблется от 40 до 56 %. Значения меньше 40% и больше 56 % отмечаются редко. Наиболее характерная её величина 44-49 %. Просадочность грунтов, как правило, связывается с наличием макропор. Обычно нижняя граница про-садочной толщи совпадает с границей между макропористыми лёссами и грунтами без макропор. Наличие макропор - полевой признак просадочности грунтов. Количество макропор в лёссах различно: от 1-3 на 1 см2 до 8-10 на 1 см2, на отдельных участках до 15-20 пор на 1 см2. Чаще же на 1 см2 встречается 2-5 макропоры.

Форма их, как правило, цилиндрическая (трубчатая), вытянутая. Сечение округлое. Диаметр макропор от 0,1 до 3 мм, чаще 0,5 - 1,5 мм. Расположеиы они субвертикально. Длина их различна: от долен сантиметров до нескольких десятков сантиметров. Нередко эти канальцы имеют ответвления. Иногда встречаются изометрические макропоры. Судя по трубчатой форме макропор, их субвертикалыюсти, происхождение большинства из них связано с ростом и отмиранием корней растений, корни пронизывают всю.почву густой сетью Количество корней велико. Так, по данным М.А. Глазовской(1972 г.),"за 1000- л елл ш п ериод существ о -ваиия почвы количество синтезирующего и вновь разложившегося органического вещества (т.е. корней) в 1 м3 почвенной толщи составляет 500-600 кг, т.е. около 1/3 веса миперальной части. О количестве корней и их влиянии на образование макропор говорит такой факт: у одного из типичных луговых растений, мятлика, длина корней, сосредоточешшх в 1 дм3 верхнего горизонта прчвы, составляет 553 м, а длина корней волосков в этом же объёме - 73 км.

Формирование макропор не заканчивается при выведении грунта из сферы активного почвообразования. По Е.А. Афанасьевой, количество корней в единице объёма на глубине 1,2 м лишь в 3 раза меньше, чем на глубине 0,1 - 0,2 м, а на глубинах от 1,2 до 3,0 м количество их слабо изменяется и составляет десятую весовую часть корневой массы горизонта 0,1 - 0,2 м, т. е. в лёссе до глубины 3 м постоянно и активно продолжается процесс формирования макропор и в настоящее время. Соответственно и в нижележащих слоях точно так же на протяжении длительного времени после выведения их из сферы почвообразования еще продолжалось формирование макропор. Можно считать, что процесс их образования на Алтае ориентировочно охватывает 7 тыс. лет (при возрасте всей 9,5 метровой толщи просадочных лёссов в 22 тыс. лет). Таким образом, макропоры по отношению к грунту являются сингенетическими, в меньшей мере эпигенетическими.

Пошшо растений большое участие в формировании макропор принимают многочисленные представители животного мира: черви, личинки жуков, кроты и др. землерои. Полости животного происхождения составляют заметную часть норового пространства и в основном являются сингенетическими.По сведениям В.В. Докучаева (1948 г.), на одной десятине отмечалось до 1,836 млн. личинок хлебных жуков.

Не исключается образование определешюго количества пор и при циклическом промерзании и оттаивании пород (формировании пор при промерзании грунтов в результате процессов пучения и образования стяжений льда). Некоторая часть порового пространства грунта непосредственно обязана неплот-

ному сложению эоловых часпщ в почве из-за отсутствия внешней нагрузки из них, «дыхашло» почвы при её промерзании и оттаивании.

Выше было отмечено, что просадочпость связана с недоу-плотнением грунтов и наличием макропор. В разрезах лёссовых отложений Алтая плотность грунтов закономерно увеличивается с глубиной (за пекоторым исключением). Соответственно с глуби-пой уменьшается их пористость. Эта тенденция наблюдается, начиная с почвенных горизонтов.

В монографии «Почвы Алтайского края» (1959 г.) указывается, что на Приобском плато плотность собственно гумусного горизонта чернозёмных почв (горизонт А мощностью 18-39 см) колеблется от 890 до 1118 кг/м3, пористость от 55 до 62 %. Плотность почвы нижележащего горизонта (иллювиальный горизонт В, интервал глубин от 18 — 39 до 52 — 88 см) изменяется от 1170 до 1410 кг/м3, пористость от 49 до 58 %. Плотность подстилающего их грунта (интервал глубин от 52-88 до 100 см) колеблется от 1290 до 1450 кг/м3, пористость от 49 до 56 %. Как видно, плотность от верхнего горизонта почв к верхнему горизонту лёссов постепешю (закономерно) увеличивается. Нижележащие лёссовые просадочпые суглинки (в шггервале глубин от 1 до 10 м) в целом по Приобскому плато имеют плотность от 1430 до 1740 кг/м3. Средняя плотность грунтов 1650 кг/м3, средняя плотность в сухом состоянии 1450 кг/м3, средняя пористость 46,4 %. В разрезе лёссовых просадочпых грунтов наблюдается увеличение плотности грунтов с глубиной и уменьшение их пористости. С глубиной па каждый погоппый метр пористость уменьшается в среднем на 11,5%.

Сохранению просадочпых свойств лёссов (до глубины 8 -12 м) способствовала благоприятная климатическая обстановка в позднечетвертичную и современную эпохи: континентальные условия с относительно иебольпшм количеством осадков и значительным испарением, о чём свидетельствуег характерный для этого периода типичный степной ландшафт. При этом формировались, в основном, чернозёмные и каштановые почвы с непромывным режимом, наблюдаемые на Алтае и в настоящее время. Как известно, просадочные лёссовые отложепия имеют территориальную приуроченность именно к таким почвам.

Образующиеся покровные лёссы в течение всего этого длительного времени (22 тыс. лет) в основном имели низкую влажность, при которой не происходило разрушение структурных связей лёссов. Это в значительной мере способствовало сохране-шпо макропористости (а значит и просадочпых свойсхв лёссов) при накоплении повых поступлешш эолового материала, погружении грунтов на большие глубины, т.е. при повышении давления

от вышележащих осадков. Но при этом грунты все же подвергались некоторому уплотнению от возрастающих пагрузок, и с глубиной постепенно уменьшалось пористость и снижалась относительная просадочностъ фунтов. На глубине 8 - 12 м, где вертикальное напряжение от собственного веса грунта достигает 0,16 -0,20 МПа, грунты уже заметно уплотнены, приобрели низкую пористость (41-43 %), а просадочные свойства ими утрачены.

Консервация макропористости и просадочных свойств ___грунтов была возможна в условиях, когда лёссы обладали повышенным содержанием легко- и феднерастворимыхсолейгфшсси-рующих, цементирующих стенки пустот (макропор). Такие просадочные грунты с более жесткими структурными связями могут встретиться и на больших глубинах (15-25 м), залегая среди не-просадочных грунтов. Подобные грунты иногда отмечались при изыскании на Приобском плато (к примеру, в районе с. Шадри-но).

Итак, согласно эолово-почвенной гипотезе покровные лёссы Алтая - это продукт, полученный в результате развили и завершения почвообразовательных процессов при сингенетическом накоплении эолового материала и органогенной массы, а также в результате да атеистических преобразований почвы (почворазрушительных процессов) при выведешш её из сферы активного почвообразования из-за роста вверх почвенного профиля, обусловленного отложением новых порций эоловых частиц.

3. Инженерно-геологические особенности лсссов Алтая

В Алтайском крае понятию «лёссовый грунт» по ГОСТу отвечают породы верхней части рыхлых кайнозойских отложений, залегающих непосредственно под почвой (28).

Лёссовые породы имеют значительное распространение на обширных пространствах степной части Алтайского края: Приобском Плато, Обь - Чумышском плато (Бийско - Чумыш-ской возвышенности), Обь - Чумышской озёрно-аллювиальной равнине, Кулундинской равнине (низменности), Предалтайской равнине (Алтайской предгоргой равнине), Ненинской равнине и предгорьях Салаирского кряжа.

Лёссы имеют покровное залегание. Мощность их изменяется от 2-4 до 10 - 13 м. Наименьшие значения мощности лёссов отмечается в Кулундинской низменности (2-5 м), где они не образуют сплошного покрова, получив большее развитие в её северной и восточной частях.

Возраст лёссовых отложешш верхнечетвертичный.

Лёссы имеют характерную, так называемую, «палевую окраску»: светлый желтовато - серый, буровато - серый, светло -коричневый цвет. В увлажнённом состошпш цвет их становится более темным (коричневым). Текстура грунтов массивная, с ярко выражешюй макропористостью. Породы разбиты системой тре-нцш, формирующих столбчатую отдельность. В обнажениях держат субвертикальные откосы, при действии водных потоков на склонах легко подвергаются размыву с образованием оврагов. В лёссах часто встречаются конкреции карбонатов, по трещинам -налёты карбопатов и солей маргапца, пятна ожелезнення.

Характерной особенностью лёссов Алтая является некоторая неоднородность их состава и физико-механических свойств по вышеприведёнпым региональным геоморфологическим структурам. Нормативные значения физико-механических свойств приведены в табл. 1.

Влажность лёссов колеблется в значительных пределах от 0,08 - 0,23 долей единицы (8 - 23 %) в Приобском и Обь-Чумышском плато, Кулунде, Обь-Чумышской равнине, 0,08 - 0,30

- в предгорных равшшах, 0,17 - 0,33 на Нешшской равшше. Чаще же природная влажность имеет значения 0,12 - 0,16 в степных районах и 0,16 - 0,22 в предгорпых областях. Повышение влажности в предгорьях объясняется залесештостьго этих территорий. С глубиной влажность грунтов увеличивается.

Пределы текучести и раскатывания также варьируют в значительной степепи (особенно первый), что объясняется относительной неоднородностью грансостава лёссов. Предел текучести изменяется от 0.16 до 0.36, чаще же находится в пределах 0,22

- 0,28. Предел раскатыванпя варьирует от 0,10 до 0,22, обычно же имеет значения 0,16 - 0,20.

По числу пластичности лсссы можно отнести к суглинкам, реже к супесям. Число пластичности варьирует от 3 до 17. Обычно же число пластичности находится в более узких пределах, 6-10. По-существу, это еданый тип грунтов, искусственно разделяемый но ГОСТ на. суглинки и супеси. Нередко наблюдается переслаивание супесей и суглинков. Зачастую разница в числе пластичности их находится в пределах точности лабораторпых определений.

Таблица 1

Нормативные значения физико-механических свойств лёссов

Показатели Вдцни-| ца измерения Приобское плато Обь-Чумышсков плато (Бийско-Чумышская возвышенность Кулундинская низменность Обь-Чумышская озврно-аллювиельная равнина Алтайская предгорная равнина Ненин-ская равнина Предгорья Алтая

Суглинок Супесь Суглинок Супесь Суглинок Супесь Суглинок Супесь Суглинок Суглинок Суглинок

Природная влажность Доля единицы 0,14 0,11 0,15 0,12 0,17 0,09 0,13 0,11 0,22 0,26 0,18

Предел текучести -«- 0,27 0,23 0,28 0,25 0,30 0,22 0,2В 0,26

Предел раскатывания -«■ 0,17 0,17 0,19 0,19 0,1 а 0,16 0,19 0,20

Число пластичности % 10 6 9 6 12 6 9 6 13 13 13

Плотность кг/м3 1650 1700 1650 1600 1780 1800 1570 1590 1740 1650 1660

Плотность сухого грунта -«- 1450 1530 1430 1430 1520 1550 1390 1430 1440 1340 1420

Пористость % 46 43 47 47 44 45 49 47

Коэффициент пористости Доля единицы 0,87 0,77 0,89 0,90 0,д4 0,75 0,93 0,86 0,88 1,04 0,93

Модуль деформации МПа 9 10 8 9 8 11 9 11 5 3 5

Угол внутр.трения Гоадус 22 22 21 24 23 23 21 24 21 22 19

Удельное сцеплен. кПа 30 23 26 20 30 20 20 17 33 28 28

Общей закономерностью является увеличите числа пластичности лёссов от Кулуидинской низменности, где развиты, в основном, супеси в направлении на северо-восток и восток. На территории центральной и восточной части, Приобского плато, Обь-Чумышской озёрно-аллювиальной равнины и Обь-Чумышского плато уже превалируют легкие суглинки с числом пластичности 8-11. Далее на севфо-восток и восток в предгорьях Салаира, Алтая и Нсшпгской равнины также, в основном, развиты суглинки, но по числу пластичности (10-17, в среднем 13) уже являются средними и тяжелыми. Причина подобной смены состава грунтов заключается в том, что Кулундинская низменность, сложенная с поверхности песками представляет ближайшую область дефляции. Повышенное количество псаммитового материала, оседающего близ очагов развеивания обусловливает формирование супесей. По мере удаления от области дефляции крупность накапливающихся эоловых осадков уменьшается. А так как господствующими являются юго-западцые и западные ветры, то и смена грансостава терригенных осадков происходит в направлении с юго-запада и запада на северо-восток и восток.

Эта общая закономерность нарушается наличием древних долин стока (Кулундппская, Касмашшская,, Барнаульская и др.), сложешюх песками п являющихся местными очагами развеивания осадков. Близ них в составе лёссов повышается содержание псаммитовых частиц и они представлены супесями с прослоями пыле-ватых и мелких песков (пример, Власихинская промплохцадка г. Барнаула).

Грансостав грунтов: 50-85 % пылеватых частиц, 8-32 % песчаных и 8-30 % глинистых частиц. Количество песчаного материала максимально в Кулундинской низменности и минимального на Нешшской равгаше, уменьшаясь в пределах края в северовосточном и восточном направлении. В этом же наиравлешш увеличивается содержание пелптовых частиц, достигая максимума в предгорьях Алтая, Салаира и на Нешшской равнине. В предгорьях в грунтах появляются включения крупнообломочного материала.

Консистенция лёссов твердая и полутвердая, реже туго-пластичная (в понижениях, «степных блюдцах», , березовых «колках», в залесенной местности). Тугопластачные лёссы довольно часто встречаются в предгорьях и Нешшской равшше.

Плотность грунтов 1450-1900 кг/м3, чаще 1600-1700 кг/м3. Плотность в сухом состоявши от 1250 до 1600 кг/м3, обычно 14001500 кг/м3.

Пористость лёссов изменяется от 40 до 56 %, чаще встречаются значения 44 - 49 %. Коэффициент пористости 0,70 - 1,10, чаще 0,80 - 0,90.

При природной влажности лёссы обладают значительной прочностью. Модуль деформации их относительно высок 4-18 МПа (чаще 6-11 МПа), угол внутреннего трения 17 - "27 □ (обычно 21 - 24 0), удельное сцепление 17-40 кПа (чаще 20 - 30 кПа). В целом, для суглинков по сравнению с супесями (по осред-нённым данным) характерна более высокая влажность (на 0,02 -0,03), большая пористость (на 2-3 %), меньшие значения модуля "деформащш (гга-1- 2'МПа)гугла вяу'1рс1П1сго трсщ1я (па-1^_3 О), большие величины удельного сцепления (на 3 -10 кПа).

В Алтайском крае на территориях, сложенных лёссами, наблюдается первый тип грунтовых условий по просадочности. Локально отмечается и второй тип. Относительная просадоч-иость колеблется от 0,01 до 0,15, чаще 0,01 - 0,03. В целом, более значительная просадочность характерна для суглинков, по сравнению с супесями.

4. Погребённые почвы, их свойства н генезис в "

свете эолово-почвенной гипотезы происхождения лёссов (па примере Алтая)

Среди лёссовых отложешш Алтая, имеющих характерный палево-желтый цвет, нередко отмечаются слои и прослои других цветов: коричневого (бурого) и серого (до черного) различных тонов и насыщенности.

В литературе и практике инженерных изысканий за этими породами закрепилось название «погребенные почвы» (п.п.). Иногда их называют «ископаемыми почвами» или «палеопочвами».

В степном Алтае п.п. встречаются в нижне-среднечетвертичных суглинках и супесях краснодубровской свиты и реже в покровных верхнечетвертичньгх лёссах.

В разрезе отложешш четвертичной системы, мощность которых на Алтае составляет 65 - 115 м, количество п.п. непостоянно, варьируя от 2 - 3 до 13. Протяженность слоев п.п. от нескольких десятков метров до нескольких километров. Мощность их от 0,1 до 5 м, чаще 0,5 - 1,5 м.

Основной признак любых почв - наличие гумуса. Но содержание органических веществ в п.п. Алтая (в том числе гумуса) обычпо низкое, составляя доли процента, иногда 1-2 %. По содержанию органики п.п., как правило, не отличаются от вмещающих их лёссов, хотя отмечаются п.п. и с более высоким значением органических веществ, чем в лёссовых отложениях (27).

При исследовании п.п. в опорных лёссовых разрезах (участки «Володарка» и «Барнаул») установлено, что по грансо-ставу они также практически не отличаются от вмещающих лёссов: содержание песчаных частиц 10-20%, пылеватых 60-70

глинистых 20 - 30 %. Коэффициент агрегативности п.п. такой же Или несколько ниже, чем у вмещающих лёссов. Природная влажность п.п., влажность на границе текучести и раскатывания или равна, или несколько выше, чем у лёссов (на 0,02 - 0,05 д.е.), а плотность или равна или меньше. Число пластичности варьирует от 0,07 до 0,14, а пористость от 48 до 39 % в зависимости от глубины залсгашм п.п. Пористость п.п. чаще выше, чем вмещающих лёссов, но имеются случаи и с обратной зависимостью! Модуль деформации п.п. природной влажности равен или мсиыпе, чем у лёссов, а в замоченном состоянии грунтов он одинаков. По относительной просадочиости н.п. не выделяются среда лёссов.

Таким образом,'по основным петрографическим признакам (грансостав, текстурно-структуршле особенности, содержашю гумуса), по физико-механическим свойствам и иросадочности п.п. почти не отличаются от вмещающих их лёссов, за исключением цвета.

П.п. нельзя именовать почвой, тле. содержание гумуса в них весьма мало (отвечает содержашпо его в лёссах), а он является основным компонентом почв, определяющим их сущность. Поэтому нельзя именовать эти грунты даже погребешюй или ископаемой почвой. Мы наблюдаем лишь реликты (остаточные признаки) почв, представленные, как правило, только цветом. Причем, уверенно говорить, что этот цвет отражает цвет существовавшей ранее почвы, нельзя. С формальной точки зрения этот грунт нельзя называть почвой из - за того, что в нем не протекают почвообразовательные процессы, а также из-за того, что он не обладает плодородием.

! Тершш п.п. укоренился, т.к. среди ряда исследователей (A.B. Ебсеев, A.A. Свиточ, 1978г. и др.) существовало мнение, что в те периоды, когда отлагался эоловый материал формировались лёссы, а в те кратковременные перерывы, когда эоловые частицы не поступали, формировались почвы, которые затем перекрывались новыми порциями эола, и ньнге являются по1ребснными. По их мнению, п.п. отражали перерывы в осадконакопленин и хотя лишены многих свойств почв, отражают их первоначальное существование, в отличие от вмещающих лёссов, которые никогда не были почвами.

Представление, что почвы не формировались при эоловом отложешш частиц не верно. Почвы существовали, развивались на поверхности суши Земли повсеместно и непрерывно, начиная с того момента (ордовик - силур), когда на земном шаре растительность получила распространение. Точно также непрерывно и повсеместно существовали почвы на суше и в позднечетвертичное, и современное время, а не только в те ограничешвые отрезки време-1Ш, когда формировались локально развитые «погребенные почвы».

Согласно эолово-почвенной гипотезе лёссы формировались при сингенетическом накоплении эоловых частиц и органогенной массы надземного опада растений. Эоловый материал захватывался почвообразователльными процессами и, при росте почвенного профиля вверх, нижние погребаемые горизонты почвы постепенно выводились из сферы активного почвообразования, претерпевали эволюционное (диагенетнческое) изменение и превращались в лёсс:—--—-----

Таким образом, каждый отрезок разреза лёссов прошел стадию пребывания в состоянии почвы.

Так называемые, пл. - это грунты с сохранившимися остаточными признаками почв. Причиной консервации признаков почв могла явиться своеобразная экологическая обстановка, существовавшая в период захоронения этих грунтов, задержавшая распад гумуса и в какой-то мере сохранившая цвет. Надо, пора-гать, что это возможно в среде, близкой к восстановительной.

Восстановительная обстановка или близкая к ней могла существовать в местных замкнутых понижениях рельефа, так,на-зываемых «степных блюдцах». Эти бессточные западины широко развиты в Степном Алтае.

На Алтае п.п. не образуют значительно протяженные горизонты. Известно, что и в других регионах они развиты локально. Это, в основном, азональные образована, и можно предположить , что формировались они в указанных депрессиях. Поэтому использование их в целях стратиграфической корреляции должно быть осторожным, т.к. может привести к ошибкам.

Итак, «погребённые почвы» - это породы, сформировавшиеся, как и лёссы в результате эолового накопления осадков, вовлечения их в почвообразовательные процессы и последующего разложения почв, но в какой-то мере сохранившие отдельные признаки почв. По своим основным петрографическим особенностям, физическим и механическим свойствам они почти не отличаются от вмещающих их лёссов, за исключением цвета. Именовать их почвами нецелесообразно. Это лёссы с реликтовыми признаками почв.

5. Формирование лёссовых просадочных грунтов в доли-пах рек Алтая (с позиции эолово-почвенной гипотезы)

Аллювиальные супнпшсто-супесчаные отложешм в Алтайском крае существешю отличаются от покровных лёссовых пород водораздельных пространств. Как правило, для ггах характерны ¡более темные тона окраски, более высокие пределы пластичности, большая плотность сухого грунта, отсутствие макропористости, нередко наличие органического материала (вплоть до заторфовашгых грунтов). Просадочными свойствами они не обладают (17).

В то же время просадочиые грунты на террасах рек Алтая встречаются и не так уж редко. Наличие просадочных груптов в долинах рек для некоторых исследователей является неопровержимым доводом в пользу аллювиального происхождения дёссов. Исследование подобных образований на Алтае показывает, что по составу фауны и флоры, анализу инженерно-геологической обстановки эти грунты не являются аллювиальными (18).

Среди генетических видов таких просадочных грунтов можно отметить покровные лёссовые образования эолово-почвенного генезиса и смешанные эолово-делювиальные, эолово-пролтовиалыше, эолово-делговиалыю-пролювиальные осадки.

Типичным примером покровных лёссовых грунтов эолово-иочвенного генезиса являются лёссы, сплошным чехлом покрывающие Обь-Чумышскую аллювиальную равнину (по О.М. Ада-менко, это пятая надпоймепная терраса р. Оби). Территории, занимаемые этими отложешгями значительны. Так на упомянутой равнине они занимают площадь порядка 5 тысяч км2.

Грунты Обь-Чумышской равшшы имеют характерный лёссовый облик: ирет 'их палево-желтый, желтовато-серый, реже серый, текстура макропористая, имеются налеты и гнезда карбонатных солей, многочисленные червеходы и кротовины; в сухом состоянии грунты держат вертикальную стенку; состоят, в основном, из пылеватых частиц. Возраст их верхнечетвертичный.

Число пластичности грунтов, в основном, укладывается в пределы 5 - 10. По существу, это грунты единого петрографического типа. Они имеют низкие значения плотности сухого грунта (1300 - 1500 кг/м3) и высокую пористость (42 - 56 %).

Эти лёссы до глубины 5 - 13 м обладают просадочными свойствами. Относительная просадочность грунтов 0,01 - 0,03, но нередко и выше, иногда достигая значений 0,10-0,14.

Тип грунтовых условий по просадочности первый, но встречаются участки и со вторым типом.

По облику, составу, свойствам и возрасту описываемые грунты близки к покровным лёссовым просадочным отложениям водораздельных пространств Алтая (Приобского, Обь-

Чумышского плато и др.) и относятся к единому геолого- генетическому комплексу осадков.

Никаких признаков аллювиального происхождения эти грунты не имеют. По составу флоры и фауны это Не водные образования. Формирование их происходило в субаэральных условиях в результате эолового переноса частиц с вовлечением их в почвенные процессы. Залегают они на аллювиальных грунтах.

-Другой пример подобныхобразоващп1_наблюдается в г.

Барнауле, где покровные лёссовые грунты перекрывают осадки краснодубровской свиты Приобского плато и пески сочленяющейся с ним третьей надпойменной террасы. Покровные лёссы на плато близ террасы и на самой террасе по облику и свойствам одни и те же и отличаются от лёссов, залегающих на плато на удалении от долины, лишь повышенным содержанием песчаных частиц и являются обычно супесями. Эти особенности обусловлены влиянием дефляции песков надпойменных террас р. Барнаулки, т.е. повышением роли местного эолового переноса частиц.

Другой генетический вид просадочных грунтов в долинах - присклоновые эолово-делювиальные (эолово-продювиальные, эолово-делювиально-прошовиальные) отложения. Эолово-делювиальный шлейф грунтов, перекрывающий близ склона аллювиальные осадки - довольно распространенное явление в долинах рек в предгорьях Алтая.

Эти отложения сформировались в результате ветрового переноса, сопровождающемся активным участием сноса материала дождевыми и талыми водами с вовлечением их в почвообразовательные процессы.

Такие отложения прослежены в северной част г. Кампя-на-Оби на первой надпойменной террасе р. Оби, в долине р. Ча-рыша у р л. Краснощеково и в др. местах.

В надпойменной террасе в районе г. Камня-на-Оби лёссовые грунты представлены суглинками и супесями желтовато-палевого, светло-коричневого цвета, твердой и полутвердой консистенции, макропористой текстуры, нередко с включением дресвы (5 10 %), с налетами и гнездами карбонатных солей.

Возраст их верхнечетвертичный. Залегают они на аллювиальных осадках первой надпойменной террасы р. Оби. Мощность их 2 - 9 м.

По внешнему виду и свойствам лёссовые отложения на террасе почти не отличаются от покровных отложений Приобского плато и его склона. Единственное существенное отличие - наличие на террасе в их составе небольшого количества обломочного материала, отсутствующего в покровных грунтах плато, но присутствующих в аналогичных отложениях на склоне плато.

Содержание пылсватых частиц в этих грунтах высокое и одинаковое по количеству на плато, склоне его и па террасе (в

среднем по 77 %). Также одинаково содержание и глинистых час-тнц: для супесей 11 % па всех геоморфологических элементах, для сугтшков -14 % на террасе и склоне и 15 % на плато. Почти совпадают и средние значения плотность сухого грунта: для суглшь ков они равны 1500 кг/м3 па плато и 1520 кг/м3 на террасе и склоне, для супесей 1510 кг/м3 и на плато, и на склоне, и на террасе. Также близки величины пористости грунтов: для сугшшков она равна 44 % на плато и 41 % на террасе; для супесей, соответственно 43 и 41 %. Приблизительно одинаковы и величины проса-дочпых свойств грунтов. Относительная просадочность изменяется в пределах 0,01 - 0,03, иногда достигая больших значений (до 0,097). Но мощность просадочной толщи на плато больше.

Тип грунтовых условий по просадочности на террасе, плато и его склоне первый.

Таким образом, можпо сделать вывод, что лёссовые про-садочные грунты надпойменной террасы р. Оби н склона Приобского плато у г. Камня-на-Оби представляют собой единый геолого-генетический комплекс субаэральных образованна, что отразилось в близости их физико-механических свойств.

Лёссовые породы описываемого генетического вида на Алтае, как правило, макропористые и обладают просадочными свойствами. Площадь распространешм их обычно незначительная и ограничивается прпсклоновой полосой в долинах рек.

На более крутых склонах до.пш делювиальные процессы получают большее развитие и в грунтах в значительных количествах присутствует щебспь и дресва.

В качестве примера можно отметить просадочные эолово-делювиальные суглинки в долине Алея у с. Новоалейское. Суглинки серовато-бурого цвета, твердой и полутвердой консистенции, макропористые, с налетом карбонатов, с мелкими гнездами гипса, с примесью щебня. Пористость грунтов 41-49 %, относительная просадочность 0,01 - 0,025. Тип грунтовых условий по просадочности первый. Точно такие же по внешнему виду и свойствам эолово-делювиальные суглинки прослеживаются и выше по склону вне долины р. Алея. В долине реки они залегают на гравийном грунте, на склоне - на дресвяных отложениях.

Итак, встречающиеся в долинах рек Алтая лёссовые просадочные грунты и просадочпые лёссовидного облика суглинки с примесью обломочного материала по происхождению не являются аллювиальпыми образованиями. Генетически они связаны с эоловой седиментацией или полигеиным эолово-делювиальным, эо-лово-пролювиальным, эолово-делювиально-пролювиальным от-ложешгем осадков п вовлечением их в почвообразовательные процессы.

Встречающиеся в литературе сведения о наличии в долинах рек просадочных грунтов аллювиального происхождения вы-

зыватот сомнения, они противоречат принципу Н.Я. Денисова (1972 г.) о невозможности образования просадочных грунтов в водной среде. Грунты, упоминаемые в этих публикациях, по-видимому, также как вышеописанные лёссовые грунты дощщ рек Алтая, имеют эолово-почвенный генезис или поднгедаре эолово-делювиальное, эолово-пролшвиальное происхождение.

6. Решение проблем изысканий и строительства на лёссовых просадочных грунтах

Согласно пл. 6.3 и 6.10 СНиП 11-2.96 (Инженерные изыскания для строительства) лёссы отнесены к специфическим грунтам, требующим серьезного отношения при изысканиях, проектировании и строительстве зданий: повышенного количества выработок, лабораторных определений, производства ошлтных полевых работ и др. для исключения возможных деформаций возводимых сооружений.

В практической инженерной геологии существует ряд важных проблем при изысканиях на этих грунтах. Не до конца изучены вопросы устойчивости зданий, построенных на просадочных грунтах, а также воздействие антропогенной деятельности на геологическую среду территорий, сложенных лёссамн. В решении их принимал участие соискатель в 1973 - 1994 гг. во время работы в АлгайТИСИЗе.

6.1. Изучение влияния антропогенной деятельности на изменение инженерно-геологических и гидрогеологических условий территорий, сложенных лёссовыми грунтами, и связанные с этим проблемы устойчивости зданий и сооружений

В период 1973 - 1994 гг. соискателем проводились исследования по изученшо влияния деятельности человека на изменение инженерно-геологических и гидрогеологических условий территорий городов Барнаула, Бийска, Рубцовска, Заринска, Алей-ска, Славгорода и крупных промышленных зон и площадок края: Северной и Власихинской промышленных зон Барнаула, Алтайского коксохимзавода (АКХЗ) в г. Заринске и др. (2-6, 8, 14 - 16, 19,21 - 23,25,32).

Среди большого количества воздействий антропогенной деятельности на инженерно-геологическую среду наиболее значительным по негативным последствиям является замачивание лёссовых грунтов и подтопление территорий. В городах Алтайского края (Барнаул, Алейск, Рубцовск, Славгород) за последние 30 лет уровень грунтовых вод повысился на 2 - 5 м. На промышленных

площадках (Северная промзона и ТЭЦ-3 в г. Барнауле, АКХЗ и др.) и некоторых жилых микрорайонов («Южный» в г. Барнауле) сформировались зоны замоченных грунтов. Подтоплаппо подверглись не только города, но сельские населенные пупкты: р.ц. ГШтуноро, П оспелиха, Михайловский, с. Черемное и др. Глубина подгоплёшш от нескольких метров до 20 - 30 м.

Соискателем изучен процесс подтоплепия и намечены стадии его:

1. Повышение влажпости грунтов под отдельными зданиями .

2. Образование куполовидных зон замоченных грунтов под отдельными зданиями.

3. Смыкание куполовидных зон и формирование пластообразной зоны замочешпых грунтов под группой зданий и сооружений промышленного предприятия или под группой жилых здашш в микрорайоне.

4. Расширение зоны замоченных грунтов, захватывающей весь комплекс заводов промышленных узлов (к примеру, Северная промзона г. Барнаула) или в целом микрорайона.

5. Смыкание зоны искусственно замоченных грунтов с природной зоной повышенной влажности капиллярной каймы выше уровня грунтовых вод (к примеру, на АКХЗ)..

6. Повышение уровня груптовых вод территорий.

Увеличение влажпости лёссовых грунтов приводит к снижению их несущей способности, а при достижегаш критической влажности -кпросадке.

Установлены количественные зиачеши снижения прочностных и деформационных свойств лёссовых грунтов Алтая при их замачивании. Модуль деформации уменьшается в 3 - 6 раз (от 4 -18 МПа до 1 - 3 МПа), угол внутреннего трети снижается на 3 -■8 0 (от 17 - 27 □ до 15 - 190), удельное сцепление уменьшается в 2-3 раза (от 17-40 кПа до 7 - 14 кПа). При этом отмечается уменьшение пористости грунтов на 1 - 3 % (без влияния дополшггель-ной нагрузки от сооружешш) и повышается степень пучшшстости (от практически непучиниешх до средне- и сильнопучшшстых).

Изучены этапы осадок здашш и сооружешш в процессе их возведешь и эксплуатации в условиях замачивания лёссовых грунтов в основании фундаментов, что показывается на примере сооружений коксовой батареи №1 (КБ1) и угольной баппш (УБ) АКХЗ по данным геодезических наблюдений (15, 23):

1. Довольно быстрое погружение сооружешш в предпусковой период строительства (1979 - 1981 гг.) в условиях постепенного увеличения нагрузок на основапие и постепенного

замачивания грунтов проникающими поверхностными водами. Средняя скорость осадки КБ1 составила 0,10 мм/сутки, УБ - 0,41 мм/сутки. Разница в скорости осадок объясняется значительно большими нагрузками на основание фундаментов УБ. Если до строительства грунты имели твердую и полутвердую консистенцию, то в период ну ска в эксплуатацию местами имели туго- и мягкопластичную консистенцию. Средняя осадка КБ1 до

эксплуатации достигла-73,3 мм—Это период естественного ушют:__

нения грунтов под дополнительной на1рузкой от сооружений, осложняющийся начавшейся просадкой под отдельными частями сооружений: юго-восточной и северо-западной частью УБ и северо-западной частью КБ1 (на стыке её с УБ), где грунты достигли критической влажности (мяпсопластичная консистенция).

2. Возрастание скорости осадок сооружений в начальный период-эксплуатации (1981 - 1982 гг.) до 0,13 мм/сутки на КБ1 и 0,55 мм/сутки на УБ в условиях интенсивного замачивания грунтов водами, теряющимися при производственных циклах. Это период активно идущего процесса просадки. К концу 1982 г. скорости осадок снизились до 0,07 - 0,15 мм/сутки. Процесс просадки, в основпом, прошёл, но полностью не закончился. Сооружения не стабилизировались.

3. Небольшие скорости осадки сооружений (0,02 -0,07 мм/сутки) в дальнейший период эксплуатации (1983 -1986 гг.) в условиях продолжающегося интенсивного замачивания грунтов. К концу этапа толща лёссовых грунтов была промочена полностью до глубины 18-21 м (до уровня груптовых вод). Это период вяло текущей завершающейся просадаи грунтов, в условиях их ползучести при чрезмерных нагрузках на грунт. Осадка КБ1 за период наблюдений 1979 - 1986 гг. составила 123 - 202 мм (по различным точкам сооружения), по УБ 326 -492 мм. Ввиду неоднородности замачивания грунтов осадка различных частей сооружений оказалась неодинаковой, что обусловило появление деформаций сооружения и поставило перед эксплуатационной службой ряд серьёзных проблем. Суммарные просадки для обоих -сооружений превысили допустимые значения по СНиП. Это вызвано ошибками при проектировании, когда были допущены па-грузки на основание фундаментов, превышающие несущую способность грунтов.

6.2. Замена дорогостоящих и длительных испытаний железобетонных свай в искусственно замочеп-ных лессовых грунтах испытанием инвентарных свай в грунтах природной влажности (экспресс-метод)

Для < строительства гражданских зданий повышенной этажности и ответственных промышленных сооружали! па лёссовых просадочных грунтах необходимым элементом изыскании является испытание забивных железобетонных свай вдавливающими статическими нагрузками в искусствешю замоченных грунтах. Большая стоимость опытов, трудность забивки натурных свай, сложность монтирования кустов опытных свай, громоздкость оборудования и длительность процесса замачивания грунтов (15 90 дней) и испытания свай (4-10 дней), в ряде случаев, на многие месяцы затягивали сроки изысканий и проектирования.

Соискателем совместно с В.С. Осьмугакиным и Н.И. Пар-шнковым был разработан в 1976 - 1978 гг. и зашшцён в НТС Госстроя РСФСР для Верхнего Приобья метод определения несущей способности натурных железобетонных свай в замоченных лёссовых грунтах по результатам испытаний инвентарных свай диаметром 127 мм в грунтах природной влажности (1, 7, 9, 10). Продолжительность экспресс-метода несколько часов. Основой послужили совместные 65 испытаний натурных и инвентарных свай в грунтах природной влажности и 44 совмещённых опыта в замоченных лёссовых грунтах. Проведена оценка однородности грунтов изученных участков. На основании анализа геолого-лнтологического строения и результатов математического исследования изменчивости основных физпко-мехашгтескнх свойств: влажности, плотности, коэффициентов пористости, модуля де-формащш, удельного сцепления и угла внутреннего трения - выяснено, что предельное сопротивление инвентарных. свай в грунтах природной влажности зависит от всего комплекса физико-мехапичсских свойств грунтов и нет необходимости вводить дополнительные факторы в уравнение регрессии или считать, что уравнение строго локально

Корреляционный и р а р есси ошшй анализ рядов предельных сопротивлешш свай, полученных по испытаниям натурных свай в замоченных грунтах и инвентарных сваи в грунтах природной влажности, проведен по 34 параллельным опытам. Уравнение линейной регрессии имеет вид:

Фрнзам = 0,417 Фпр"+185кН, где Фрнзам - расчетные значения предельного сопротивления свай в замоченных грунтах,

Фпри - предельное сопротивление свай, полученных по испытаниям инвентарных сван в грунтах природной влажности.

Коэффициент корреляции 0,71.

Уравнение действительно для зпачений предельных сопротивлений свай по данным испытания инвентарных свай в интервале 600 - 1400 кН.

Проведены проверки существенности уравнения по устой-ч{шостикоэффщ1еитовуравнсш1я,-по лфнтершо^то^ независимому фактическому материалу, а также сопоставлению уравнений, определённых по выборочным рядам опытных данных, показали устойчивость, прогнозную эффективность выведенного уравнения.

Полученные результаты позволили заменить значительный объём длительных дорогостоящих испытаний железобетонных свай с искусственным замачиванием грунтов на испытания инвентарной сваи в грунтах природной влажности. Трудоёмкость и сроки опытных работ сократились в 30 - 90 раз. Годовой экономический эффект только на объектах г. Барнаула составил 124 тыс. руб. (в ценах 1977 г.).

6.3. Разработка способа и устройств для отбора монолитов просадочных грунтов из скважин

Известные в России и за рубежом технологии бурения и опробования лёссовых просадочных грунтов не обеспечивал! необходимого качества отбираемых монолитов. Воздействие на грунт буровых наконечников, применяемых на изысканиях при ударном, шнековом , колонковом, вибрационном способах бурения, а также используемых грунтоносов известных конструкций обусловливало деформирование грунта в призабойной зоне: уплотнение его с изменением естественного сложения и структурных связей. Лабораторные исследования переуплотненных образцов лёссовых грунтов искажали значения его действительных физико-механических свойств, в том числе и степень просадочности. Неверные, заниженные данные о просадке грунтов приводили к ошибкам при проектировании, к деформациям возводимых зданий, а нередко вызывали и аварийные ситуации.

Неуплотнённые образцы ненарушенной структуры могли отбираться только из шурфов, проходимых вручную. Но этот вид работ более длителен (шурфы глубиной 10 - 13 м проходились за 3-5 дней, а скважины за смепу), дорогостоящий и относится к особо опасным видам работ. Поэтому шурфы назначались только на ответственных объектах. На остальных объектах, где применялось бурение, получались заведомо неверные данные о просадке.

Так, если по шурфам мощность просадочной толщи определялась в 10 - 13 м, то по скважинам в 5 - 10 м.

Соискателем'совместно с B.C. Осьмушкшплм, А.Ф. Море-вым и В.Г. Кузнецовым в течение 1979 - 1987 гг. проводились исследования в тресте «АлтайТИСИЗ» по поиску и разработке новой рациональной методики бурения технических скважин в про-садочных грунтах и отбору нсуплотнёшшх монолитов из них (16, 20, 26). Найдено решение, при котором техническая скважина проходится до проектной глубины способом вдавливания специального тонкостенного бурового стакана диаметром 142 мм (С-142). На точках (глубинах) опробования производолась зачистка забоя скважины и отбор монолига тонкостенным грунтоносом вдавливаемого типа диаметром 122 мм (Г - 122). Конструкция бурового снаряда и грунтоноса (заострённый в нижней части башмак, внутренняя и наружная конусные расточки,Наличие буртика в грунтоносе, вырезов в корпусе бурового снаряда и др.), а также вдавливающий способ бурения исключили возможное;п>, нарушения структуры лёссовых грунтов в зоне отбора образцов грунта и позволили извлекать неуплотпённые монолиты.

Для исследования надёжности новой технологии на площадках микрорайонов г. Барнаула, были пройдены 8 шурфов и рядом пробурены технические скважины. Из выработок были отобраны монолиты через 1 м до глубины 11 - 12 м, всего по 83 парных м онолита.

При определешш плотности грунтов установлено, что средосквадратичныс значения плотности грунтов одинаковы по монолитам из шурфов и из скважин и составили 1480 кг/м3. Близки и среднеквадратичные ошибки по этим рядам, соответственно 70 и 60 кг/м3. В 36 случаях плотность оказалась выше по монолитам из скважин, но сравнешпо с плотностью по монолитам из шурфов, в 42 случаях ниже, а в 5 случаях совпала. Все отклонения в пределах допустимых ошибок. Различные знаки погрешности в определешш плотности грунтов указывает на отсутствие систематической ошибки, обязанной применяемому методу. Так как от-клонешгя различны по знаку, то можно сказать, что они обусловлены реально существующей неоднородностью грунтов, а также некоторыми неточностями при производстве лабораторных исследований (допустимые по ГОСТу 51801-84 погрешности лабораторных работ 30 кг/м3). О неоднородности грунтов свидетельствует тот факт, что по кольцам из одного монолита с глубины 3 м по скважине № 16 разница в плотности составила 50 кг/м3, а соответственного монолита из шурфа №2- 10 кг/м3. Тенденции уплотнения отобранных из скважин монолитов нет. Анализ данных по природной влажности показал, что среднеарнфмепгческие значения её по монолитам из шурфов и скважин одинаковы - 0,14. В 30 случаях из 53 парных определений природная влажность по

монолитам из скважин оказалась выше, чем по монолитам из шурфов, в 22 - ниже, в одном случае данные совпали. Отличия, в основном, несущественны и обязаны вышеуказанным причинам.

Анализ 52 параллельных определений относительной просадочности по монолитам из шурфов и скважин показал,1 что её значения по монолитам из шурфов изменяются от 0,003 до 0,087; по монолитам из скважин от 0,003 до 0,089. Среднеквадратические З11аче1п1я б]п131а1; соотес'1ствспно^!(ш^1()г025. Отклонения коэффициента относительной просадочности, определенного по моно--лнтам из скважин, по сравнению с его величинами по монолитам из шурфов, наблюдаются как в меньшую (26 случаев из 52), так и в большую сторону (22 случая), в 4 -х случаях были равные величины. Это свидетельствует об отсутствии систематических ошибках при применении новой технологии.

Проведённый статистический анализ рядов значений природной влажности, плотности и относительной просадочности показал, что они распределяются по нормальному закону. Сравнение 3-х парных выборочных совокупностей по величине средних значений, по критериям Сгыодента, Фишера, по величине дисперсии, но значениям коэффициентов вариации, Н - критерию показало, что каждый из сравниваемых парных рядов опытных данных не отличается друг от друга, и эти ряда по каждому рассматриваемому признаку (природная влажность, плотность, относительная просадочность) относятся к одной генеральной совокупности.

Корреляционный анализ показал, что связи между значениями физических свойств грунтов сравниваемых выборок, определенных по монолитам из шурфов и скважин, тесные (коэффициент корреляции больше 0,7). Тем самым, математически доказывается возможность отбора монолитов лёссовых просадоч-ных грунтов из скважин, пройденных вдавливающим способом, тле. при этом не происходит какого-либо существенного их уплотнения или разуплотнения и искажения величин относительной просадочности.

Это даёт возможность заменил» проходку шурфов бурением скважин вдавливающим способом.

Указанный способ был защищен на НТС Госстроя РСФСР. В протоколе НТС от 1 марта 1988 г. № 17-1 отмечено: «Проблема бурения и отбора качественных монолитов просадоч-ных лёссовых грунтов из скважин является весьма актуальной и до настоящего времени однозначно не была решена. ... Предложенная технология может применяться при производстве инженерно-геологических изыскании в районах распространения лёссовых (просадочных) грунтов. ... Рекомендовать разработанную АлтайТИСИЗом технологию для внедрения в организациях НПО «Стройизыскания».

На конкурсе грунтоносов для отбора монолитов из проса-дочгшгх грунтов, проведёгагого НПО «Стройизыскашгя» в Москве в 1989 г. комплект АлтайТИСИЗа (буровой снаряд С-142 и грунтонос Г-122) занял призовое место, авторы отмечены .дипломом.

Внедрение рассмотрсгпгой технологии сгшжает трудоёмкость в 3-5 раз и в 2 раза их стоимость, улучшает условия труда, исключает применение особо опасного вида работ. Годовой экономический эффект только по тресту «АлтайТИСИЗ» составил 81 тыс. руб. (в цепах 1987 г.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным результатом работы является разработка и обоснование эолово-почвешюй гипотезы происхождения лёссовых пород.

Кроме-того, решены следующие научные проблемы:

1. Уточнено содержание термина «лёсс».

2. Изучены шгженерно-геолопгческие особегпгости лёссов Алтая.

3. Установлено, что просадочные лёссовые породы в долинах рек Алтая имеют не аллювиальный, а эолово-почвенный генезис, как и лёссы на водоразделыгых пространствах.

4. Выявлено, что так называемые «погребенные почвы» сформировались, как и лёссы, в результате эолового накопления осадков, вовлечения их в почвообразовательггьге процессы и последующего разложенггя почв. Это азональные образовагхия, грунты, сохранившие остаточные признаки почв, но по своим петрографичесигм особегшостям и физико-механическим свойствам почти не отличаются от вмещающих их лёссов (за ислючешгем цвета).

5. Исследована степень снижения деформатнвных и прочностных свойств лёссовых грунтов Алтая при их замачивании.

Наиболее важные результаты работ прикладного характера:

1. Разработка способа и устройств для отбора качественных монолитов лёссовых просадочных грунтов из скважин.

2. Разработка для Верхнего Приобья метода определения несущей способности железобетонных свай в замоченных лёссовьгх груптах по результатам испытания инвентарных свай в грунтах природной влажности.

Опубликованные работы автора по теме диссертационного доклада:

1. Осьмушкин B.C., Щвецов А.Я. Опыт применения инвентарной сваи ИИС-127 в тресте «АлтайТИСИз» доя опре-дедешм несущей способности забивных свай в лёссовидных суглинках П Применение моделей свай на стадии изы-

--скашш.—Киев:ii>76. CJ4J5._

2. ШвецовА.Я. Осьмушкин B.C. Влияние деятельности-человека на изменение инженерно-геологических условий территории г. Барнаула // Проблемы охраны окружающей среды в свете решений XXV съезда КПСС. Барнаул: 1977. С.135-138.

3. Щвецов А.Я. Замачивание грунтов и изменение их физико-механических свойств на площадке Барнаульского шинного комбината // Проблемы охраны окружающей среды в свете решений XXV съезда КПСС. Барнаул: 1977. С. 139-141.

4. Михайлов В.Е. Швецов А.Я. Влияние замачивания грунтов на изменение их фгоико-мехапических свойств на промышленных площадках в г. Барнауле // Подтопление застраиваемых территорий грунтовыми водами и их инженерная защита. - М.: 1978. С.119-122.

5. Осьмушкин B.C., Швецов А.Я. Влияние деятельности человека на изменение гидрогеологических условий застроенной территорий // Водные ресурсы Алтайского края, их рациональное использование и охрана. - Барнаул: 1978. С. 170-172.

6. Михайлов В.Е., Швецов А.Я. Опасная вода. О проблеме подтопления застроенных территорий края. - Алтайская правда, № 3, 1979.

7. Осьмушкин B.C., Паршиков Н.И. Швецов А.Я. Прогноз несущей способности свай в просадочных лёссовидных грунтах при условии их замачивания по данным испытания инвентарной сваей грунтов природной влажности //Инженерно-строительные гоыекашм. Сборшпс статей, № 1 (53).-М.: 1979. С.62-66.

8. Осьмушкин B.C., Швецов А.Я. Об антропогенном факторе нарушения устойчивости оползневых склонов в районе г. Барнаула // Инженерные изыскания в строительстве. Серия 15, вып. 3. - М.: 1979. С. 19-20.

9. Осьмушкин B.C., Паршиков Н.И., Швецов А.Я. Расчет предельного сопротивления свай в просадочных замоченных грунтах по данным испытания инвентарной сваей грунтов природной влажности // Информационный листок № 42-80. Алтайский межотраслевой территориальный

центр научно-технической информации и пропаганды. -Барнаул: 1980.

10. Осьмуткнн B.C., Швецов А.Я., Морев А.Ф. О повышегаш эффективности изысканий на просадочных грунтах //Проектирование и строительство зданий и сооружений на лёссовых просадочных грунтах. Том 1. Лёссовые породы и методы их исследования. Барнаул: 1980. С. 145^149.

11. Михайлов В.Е., Осьмупшш B.C., Швецов А.Я. Особенности лёссовых просадочных грунтов Алтайского края //Проектирование и строительство зданий и сооружений на лёссовых просадочных грунтах. Том 1. Лёссовые порода и методы их исследования. Барнаул: 1980. С. 149-152.

12. Швецов А.Я., Морев А.Ф. Грунтонос вакуумный для отбора монолитов грунта в основаниях сооружений //Информационный листок № 598-80. Алтайский межотраслевой территориальный центр научно-техгшческой ннформащш и пропаганды. - Барнаул: 1980.

13. Швецов А. Я., Морев А.Ф. Зондировочно-буровой агрегат на базе установки типа УГБ-50М // Информациогшьш листок №164-81. Алтайский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды. - Барнаул: 1980.

14. Швецов А.Я., Осьмушкин B.C., Морев А.Ф. Рациональное использование геологической среды при строительстве здашш и сооруженгш на просадочных грунтах в условиях Алтайского края // Вопросы охраны природы в промышленности, строительстве и на транспорте. - Барнаул: 1983. С. 84-86.

15. Швецов А.Я., Осьмушкин B.C. Осадки и деформации сооружений Алтайского кокосохимического завода как результат изменения геолохической среды под антропогенным воздействием // Вопросы охраны природы в промышленности, строительстве и па транспорте. - Барнаул: 1983. С. 92-93.

16. Осьмушкин B.C., Швецов А.Я. Некоторые проблемы рационального использования и охраны геологической среды в Алтайском крае И Теория и практтпеа природополь-зовашы. - Барнаул: 1983. С. 48-50.

17. Осьмушкин B.C., Швецов А.Я. О некоторых особешюсгях аллювиальных глинистых грунтов Алтайского края //Современные геоморфологические процессы на территории Алтайского края. -Бийск: 1984. С. 45-47.

18. Швецов А Я. К вопросу о просадочных грунтах в долинах рек на Алтае // Современные геоморфологические процессы на территории Алтайского края. - Бийск: 1984. С. 6972.

19. Швецов А.Я. Обзор современных физико-геологических явлений и процессов на территории Алтайского края, связанных с деятельностью рек // Современные геологические процессы на территории Алтайского края. - Бийск: 1984. С.73-78.

20. Швецов А.Я. Грунтонос для отбора монолитов просадоч-ных грунтов И Информационный листок № 14-84. Алтай-ский-межотраслхсвой^тфриториальжш центр научно-технической информации и пропагащцл^ Барнаул: ! 984;—

21. Осьмушкин B.C., Швецов А.Я. Некоторые антропогенные формы рельефа и их влишше на геологическую среду //Геологическое строение и полезные ископаемые Алтайского края. - Бийск: 1985. С. 114-117.

22. Осьмушкин B.C., Mopes А.Ф., Швецов А.Я. Изменение геологической среда под воздействием хозяйственной деятельности человека в интенсивно осваиваемых районах Алтайского края // Влишше хозяйственной деятельности человека на геологическую среду. - Бийск: 1987. С.30-31.

23. Швецов А.Я., Осьмушкин B.C. Развитие осадок фундаментов сооружений коксохимического завода при строительстве и в начальный период эксплуатации // Влияние хозяйственной деятельности человека на геологическую среду. - Бийск: 1987. С. 70-72.

24. Черноусов С.И., Арефьев B.C., Осьмушкин B.C., Швецов А.Я. и др. Географические и инженерно-геологические условия Степного Алтая. - Новосибирск: Наука, 1988.

25. Швецов А.Я., Осьмушкин B.C. О «глиняном» карсте в лёссовых отложениях Приобского плато // Карст Алтая-Саянской горной области и сопредельных горных стран. -Барнаул: 1989. С. 62-63.

26. Швецов А.Я., Осьмушкин B.C. Проблемы инженерных изысканий как основа для строительства зданий и сооружений и их эксплуатации // Материалы научно-практической конференции «Проблемы развития и интенсификации народнохозяйственного комплекса Алтайского края в 13-й пятилетке и на период до 2005 года. Секция: «Основные направления развития инвестиционно-строительного комплекса, производственной инфраструктуры и минеральных ресурсов». - Барнаул: 1989. С. 26-32.

27. Швецов А.Я. К вопросу о «погребенных почвах» Алтая // Лёссовые просадочные грунты как основания зданий и сооружений. Книга 3. Инженерно-геологические особенности лёссовых пород. Техническая мелиорация. - Барнаул: 1990. С.31-34.

28. Осьмушкин B.C., Швецов А.Я. Инженерно-геологические особенности лёссовых пород юга Западной Сибири // Лёс-

30.

31.

32.

33.

совые просадочные грунты как основания зданий и со-оружешш. Kimra 3. Инженерно-геологические особенности лёссовых пород. Техшгаеская мелиорация. - Барнаул: 1980. С.25-28.

Швецов А.Я. О генезисе лёссовых просадочных грунтов Приобского плато II Лёссовые просадочные грунты как основания зданий и сооружапш. Юшга 3. Инженерно-геологические особенности лёссовых пород. Техническая мелиорация. - Барнаул: 1990. С.34-39. Швецов А.Я., Швецова Г.В. Эолово-почвегахая гипотеза происхождения лёссов Алггая // Инженерная г еология, № 4. -М.: 1992. С.119-125.

Швецов А.Я. О содержании термина «лёсс» II Инженерная геология, №5. - М.: 1994. С.И0-112. Брюханов В.А., Осьмупшш B.C., Швецов А.Я. О влняшш нового мостового перехода через р. Обь в г. Барнауле па природную среду // Проблемы околопш и природопользования в Алтайском крае. - Барнаул: 1998. С.39-40. Ревякин B.C., Швецов А.Я. Инженерно-экологическое райотгровапие Алтайского края // Проблемы экологии и природопользования в Алтайском крае. - Барнаул: 1998.

С. 48-49.