Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Лёссовые грунты территории города Иркутска и оценка их просадочности

ВАК РФ 25.00.08, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Лёссовые грунты территории города Иркутска и оценка их просадочности"

На правах рукописи

ГРИНЬ Наталья Николаевна

ЛЁССОВЫЕ ГРУНТЫ ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА. ИРКУТСКА И ОЦЕНКА ИХ ПРОСАДОЧНОСТИ

25.00.08 - инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата геолого-минералогических наук

ИРКУТСК 2007

1 1 ИЮЛ 2007

003064244

Работа выполнена на кафедре «Гидрогеология, инженерная геология и геоэкология» Иркутского государственного технического университета

Научный руководитель:

Доктор геолого-минералогических наук, профессор

Рященко Тамара Гурьевна

Официальные оппоненты:

Доктор геолого-минералогических наук, профессор

Кондратьев Валентин Георгиевич

Кандидат геолого-минералогических наук

Демьянович Нина Ивановна

Ведущая организация: Институт географии СО РАН, г Иркутск

Защита состоится 29 июня 2007 года в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 003 022 01 при Институте земной коры СО РАН по адресу 664033, г Иркутск, ул Лермонтова, 128, конференц-зал

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского научного центра СО РАН в здании Института земной коры СО РАН

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу ученому секретарю совета к г -м н ЛП Алексеевой Тел (3952) 42-27-77, fax (3952) 42-69-00, e-mail lalex@crust.irk.ru

Автореферат разослан 24 мая 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геолого-минералогических наук

Л П Алексеева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Объектом наших исследований являются лёссовые отложения территории г Иркутска, представленные различными геолого-генетическими комплексами, мощностью от 1-3 до 20 м Поздневерхнечетаертичный комплекс (¿СЬ3) в виде сплошного субаэрального покрова залегает в пределах второй - четвёртой надпойменных террас Ангары и ее придолинных склонов, а также второй террасы Иркута Верхнечетвертичный аллювиальный комплекс (аСЬ) - это пойменные фации третьей и четвёртой террас, перекрытые субаэральным чехлом, современный аллювий (аСЫ в виде маломощных прослоев залегает в составе пойменной фации первой террасы Ангары Элювиально-делювиальные лессовые отложения (есКЗ), мощностью менее 3 м связаны с участками распространения пород юрской угленосной формации

Лессовые грунты занимают около 20 % территории города и являются фактором геоэкологического риска, тем более что они распространены в районах, где застройка проводилась относительно недавно - в 60-80-е годы ХХ-го века

Актуальность работы. Просадочный процесс в лессовых грунтах имеет природно-техногенный характер и относится к группе неблагоприятных, а в некоторых случаях и катастрофических явлений Распространение лёссовых толщ на территории города определяет обязательное изучение их просадочности по вертикальному разрезу в условиях природного и дополнительного давлений

Стандартные лабораторные исследования дисперсных грунтов, которые выполняются всеми без исключения изыскательскими организациями Иркутска, не позволяют установить факторы, определяющие проявление просадочных деформаций, поэтом}' давно назрела необходимость расширил, рамки этих исследований, дополнив стандартный набор показателями микроструктуры и данными по составу и содержанию компонентов, определяющих структурные связи в грунтах Современный этап оценки просадочности характеризуется переходом от единичных опорных разрезов к изучению оснований будущих инженерных сооружений, а также к исследованию состояния грунтовой толщи под существующими зданиями и сооружениями

Целью диссертационной работы является разработка вопроса оценки просадочности лессовых грунтов на базе комплексных исследований их микроструктуры, химико-минералогического состава, физических и физико-химических свойств (на примере территории г Иркутска)

Основные задачи исследований. 1) рассмотрение лессовой проблемы урбанизированных территорий в свете эволюции взглядов и методических подходов при исследовании различных ее аспектов во времени, 2) реализация современных методических разработок при оценке просадочности лессовых грунтов городских территорий, 3) изучение распространения лёссовых грунтов на территории города Иркутска, 4) комплексная характеристика состава, микроструктуры, физических и физико-химических свойств лессовых грунтов при оценке их просадочности (на примере площадок инженерно-геологических изысканий в районе г Иркутска и его окрестностей), 5) определение коэффициента относительной просадочности лёссовых грунтов различными методами и сопоставление результатов, 6) разработка рекомендаций по оптимизации инженерно-геологических исследований лёссовых грунтов города с целью снижения геоэкологического риска в условиях сейсмической активности территории

Исходные материалы. Фактической базой диссертационной работы являются материалы, полученные автором в процессе специальных и комплексных исследований лёссовых грунтов на территории города с 1999 года до настоящего времени Результаты специальных исследований, выполненных в рамках нормативных документов, изложены в технических отчетах Центра геолого-экологических исследований (ЦГЭИ), в которых диссертант принимал непосредственное участие при определении показателей физико-механических свойств и гранулометрического состава грунтовых толщ Кроме того, диссертантом проведено изучение микроструктуры, минерального состава тонкоглинистой (<0,001 мм) фракции и физико-химических свойств лессовых грунтов, просадочность определялась различными лабораторными методами Химический анализ водных, солянокислых и щелочных вытяжек, определение содержания гумуса и фазовый рентгеноструктурный анализ тонкоглинистой фракции выполнены в Аналитическом центре Института земной коры СО РАН (АЦ ИЗК СО РАН) Использованы многочисленные публикации, связанные с темой диссертационной работы Высокая степень достоверности и обоснованности полученных научных результатов гарантируется значительным объемом и надежным качеством использованного фактического материала

Методы исследований. В качестве мегодологической базы были использованы стандартизированные методики (ГОСТы) определения показателей физико-механических свойств глинистых (лёссовых) грунтов Дополнительно реализованы современные методические разработки грунтоведческой группы АЦ ИЗК СО РАН, связанные с количественным определением содержания глинисгых минералов -программа «Decompose» (Рященко, Акулова, 1998) и параметров микроструктуры -метод «структурных диаграмм» (Рященко и др , 2000) При изучении просадочности лёссовых грунтов был предложен «комбинированный» (лабораторный) метод и реализован метод расчета коэффициента относительной просадочности при давлении 0,3 МПа по прогнозному уравнению (Рященко, 1984) При обработке данных аналитических исследований использовалась программа «Кластер-анализ», позволяющая установить взаимосвязи между признаками изучаемого объекта

Научная новизна• 1) на основе обобщения полученных материалов выделены основные этапы изучения лёссовых отложений в Приангарье, в том числе в пределах города Иркутска, 2) впервые составлена схематическая карта распространения лёссовых грунтов на территории города Иркутска с учетом их генезиса, мощности и характера залегания, а также величины вертикальной техногенной нагрузки (тип застройки), 3) дополнительно к стандартным показателям свойств грунтов, полученным в рамках инженерно-геологических изысканий, выполнены исследования параметров микроструктуры, химико-минералогического состава и физико-химических свойств, что позволило выявить степень их влияния на характер просадочности лессовой толщи, 4) на базе метода «структурных диаграмм» автором разработан алгоритм расчёта - «Микроструктура», с помощью которого автоматически определяются параметры микроструктуры лессовых и глинистых грунтов, 5) предложен «комбинированный» метод определения коэффициента относительной просадочности лессовых грунтов в лабораторных условиях

Основные защищаелше положения.

1 Условия распространения лёссовых грунтов, которые являются фактором геоэкологического риска при оценке устойчивости геологической среды,

представлены на схематической карте В пределах города Иркутска лессовые грунты занимают 19,1 % территории, характеризуются сплошным и островным типом залегания при мощности до 20 м и относятся к определенным геолого-генетическим комплексам, которые показаны на типовых разрезах грунтовых толщ

2 Комплексное изучение просадочности лёссовых грунтов, выполненное в процессе инженерно-геологических изысканий на шести площадках г Иркутска с применением новых методов определения параметров микроструктуры и состава глинистых минералов, а также различных лабораторных методов при расчетах коэффициента относительной просадочности, показывает, что оценить степень проявления этого опасного свойства возможно при условии получения информации о типах микроструктуры и структурной модели грунта, минеральной ассоциации глинистой фракции, величине относительного набухания, плотности скелета и природной влажности грунта

3 Лессовые грунты на территории города Иркутска характеризуются постоянным присутствием смектита (до 70 %) в глинистой фракции, что определяет их предрасположенность к набуханию По этой причине при определении коэффициента относительной просадочности необходимо установить величину относительного набухания грунта, для набухающих разновидностей метод «двух кривых» может привести к ошибочным результатам, поэтому при оценке просадочности лессовой толщи следует использовать метод «одной кривой» в диапазоне давлений от природного до 0,3 МПа

Личный вклад автора. В процессе научной работы автором был выполнен комплекс исследований, направленный на решение поставленных задач

1) составлена блок-схема основных этапов изучения лессовых грунтов Приангарья,

2) с применением компьютерных технологий составлена схематическая карта распространения лёссовых грунтов на территории города Иркутска, 3) проведен комплекс лабораторных работ, направленный на изучение физических (330 проб) и деформационных (метод «одной кривой» - 65 проб, метод «двух кривых» - 134 пробы, «комбинированный» метод - 8 проб) свойств лёссовых грунтов, параметров их микроструктуры (73 пробы) и величины относительного набухания (70 проб),

4) выполнены расчёты с использованием программ «Кластер-анализ» и «Decompose»,

5) с целью автоматизации расчетов при изучении микроструктуры лессовых и глинистых грунтов по методу «структурных диаграмм» был разработан алгоритм расчёта - «Микроструктура», 6) на базе методов «одной» и «двух кривых» предложен «комбинированный» метод лабораторного определения коэффициента относительной просадочности лессовых грунтов

Практическая значимость работы. На основании проведённых комплексных исследований условии распространения, состава, микроструктуры и свойств лёссовых грунтов автором разработаны методические рекомендации по изучению их просадочности, которые позволят оптимизировать инженерно-геологические изыскания на территории города Иркутска

Апробация работы Основные результаты научных исследований докладывались и обсуждались на многочисленных научных и научно-практических совещаниях годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии "Сергеевские чтения" (Москва, Президиум РАН, 2003), научно-технической конференции факультета геологии, геоинформатики и геоэкологии "Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы

геологических исследований" (Иркутск, ИрГТУ, 2003), XX Всероссийской молодёжной конференции "Строение литосферы и геодинамика" (Иркутск, ИЗК СО РАН, 2003), международной научно-практической конференции "Город прошлое, настоящее, будущее" (Иркутск, ИрГТУ, 2004), научно-технической конференции факультета геологии, геоинформатики и геоэкологии "Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований" (Иркутск, ИрГТУ, 2004), Второй Сибирской международной конференции молодых учёных по наукам о Земле (Новосибирск, ОШТиМ, 2004), научно-технической конференции, посвященной 75-летию факультета геологии, геоинформатики и геоэкологии "Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований" (Иркутск, ИрГТУ, 2005), XXI Всероссийской молодежной конференции "Строение литосферы и геодинамика" (Иркутск, ИЗК СО РАН, 2005), международном симпозиуме "Стихийные бедствия последнего времени - задачи, стоящие перед инженерной геологией, геотехникой и гражданской защитой" (Болгария, София, 2005), международной конференции "Город и геологические опасности" (Санкт-Петербург, ВНИИГ им Веденеева, 2006), научно-технической конференции факультета геологии, геоинформатики и геоэкологии 'Теология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований" (Иркутск, ИрГТУ, 2006)

Публикации. По результатам исследований автором лично и в соавторстве опубликовано 12 работ (8 статей и тезисы 4-х докладов), из них одна за рубежом Кроме того, одна статья опубликована в рецензируемом журнале, входящем в перечень ВАК

Объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и 5 приложений Объём работы 131 страница, в тч 41 рисунок, 13 таблиц, список литературных источников составляет 107 наименований

Благодарности Автор искренне благодарен и глубоко признателен научному руководителю дг-мн, профессору Т Г Рященко, а также всем сотрудникам кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии ИрГТУ и Центра геолого-экологических исследований, особенно к г -м н , профессору И И Верхозину, Т И Терпуговой, НИ Осуховскому, АЮ Чернову, ЕА Гребневу за внимательное отношение, поддержку и советы при выполнении и обсуждении работы Кроме того, автор выражает особую благодарность дг-мн, профессору Ю Б Тржцинскому, д г -м н. В К Лапердину и к г -м н В В Акуловой за деловые советы, замечания и консультации, а также сотрудникам Аналитического центра ИЗК СО РАН НН Уховой, Т Ф Даниловой, М В Даниловой и Т С Филевой за предоставленные данные по химико-минералогическому составу и микроструктурам лессовых грунтов

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ГЛАВА 1 Современное состояние проблемы просадочности лессовых грунтов

К классическим гипотезам происхождения лёссовых грунтов относятся эоловая, аллювиальная, водноледниковая, почвенно-элювиальная, пролювиальная и криогенная, в свете последних исследований имеет место космическая гипотеза Генезис просадочности рассматривается как способ формирования недоуплотнённого или разуплотнённого состояния грунтов в ходе прогрессивного или регрессивного литогенеза Теоретические и методические разработки в этом направлении выполнили Н Я. Денисов, Н И Кригер, Е М Сергеев, А В Минервин, Н Н Комиссарова, ВП Ананьев, В И Коробкин, НГ Мавлянов, ВТ Трофимов, ТВ

Андреева, А В Ершова, Б Ф Галай, Н В Коломийцев и др, всего отмечается 8 механизмов формирования просадочности (Трофимов, 2003) Для территории Приангарья предложена «комбинированная гипотеза» формирования просадочности субаэрального лёссового покрова (Рященко, 2004)

Лессовые грунты урбанизированных территорий рассматриваются как фактор геоэкологического риска Изучению просадочности лёссовых грунтов различных городов посвящены многочисленные работы В Т Трофимова (2004), Н В Коломийцева (2004), Т В Максимовой и Н В Нескребиной (2004), Ю Б Текучева, Е П Конашинской и Е Г Масловской (2004), В М Алексеева и А Я Швецова (2004), Худайбергенова (2004), Н Г Мавляновой (2004), Е Ю Трацевской и А Н Галкина (2004), Д Евстатьева и Д Антонова (2005) и др Специальные исследования лессовых грунтов и их просадочности проводились на территории 10-ти городов Западной Монголии (Рященко, 1985, Рященко, Акулова, 1998, Рященко и др , 1992) В работах Г И Швецова проанализированы инженерно-геологические условия лёссовых пород территорий Барнаула, Бийска, Новосибирска и др Исследование лессовых грунтов в городах Приангарья (Иркутск, Ангарск, Братск) показали, что их распространение имеет островной и покровный характер, причем просадочность характеризуется большой разнородностью (Акулова, 1994, Рященко, Акулова, 199/, 1998)

Методы изучения просадочности могут быть прямыми (лабораторными или полевыми) и косвенными В лабораторных условиях проводятся компрессионно-просадочные испытания по методу «одной» или «двух кривых» Использование косвенных методов основывается на тесной взаимосвязи коэффициента относительной просадочности с показателями физического состояния (Абелев, Левченко, 2001, Нариманянц, Коробкин, 2004), микроструктуры (Григорьева, 2004) и минерального состава глинистой фракции Выделяются четыре разновидности лессовых грунтов набухающие непросадочные, ненабухающие просадочные, набухающие просадочные и ненабухающие непросадочные (Ананьев, 1964)

Этапы изучения лессовых грунтов на юге Восточной Сибири (Приангарье) представлены на рис 1 В окрестностях Иркутска лёссовые породы стали предметом геологических исследований ещё в XIX веке Гипотетические идеи их формирования изложены в работах А Л Чекановского, И Д Черского, К И Богдановича, В А Обручева, А И Москвитина Интенсивное комплексное изучение лёссовых грунтов в XX веке связано с инженерно-геологическими исследованиями, которые достаточно длительное время носили региональный характер, а территория Иркутска в редких случаях занимала отдельную ячейку на этом фоне В 1948 г была опубликована статья, а затем и монография, где лёссовые породы рассматривались как эоловые образования (Солоненко, 1960) В этот же период ИИ Молодых при проведении инженерно-геологических исследований пород в южной части Ангаро-Окинского междуречья признает полигенетичность лессовых отложений и разнородность их просадочных свойств (Молодых, 1958) В 60-е годы региональные инженерно-геологические исследования лессовых пород юго-западной части Иркутского амфитеатра и Ангаро-Ленского междуречья проводились под руководством Г Б Пальшина и В Д Ломтадзе аспирантами Т Г Рященко и Г И Домрачевым (Рященко, 1967, Домрачев, 1967) Следующий период региональных инженерно-геологических исследований лёссовых пород (1967-1975 гг) связан с комплексными работами в зонах влияния Усть-Илимского и Богучанского водохранилищ, когда эти отложения изучались в составе четвертичного покрова территорий

Рис 1 Этапы изучения лёссовых грунтов в Приангарье Переход к изучению опорных разрезов лёссовых толщ г Иркутска произошел в 80-х годах при выполнении общесоюзной программы в рамках «ВМНТК» (Временного межотраслевого научно-технического коллектива) под руководством Е М Сергеева Всего было изучено пять разрезов глубиной 15-30 м

Современный этап характеризуется комплексным изучением просадочности лёссовых грунтов на площадках проектируемых и существующих сооружений в г Иркутске Сформированный банк новой информации необходим для разработки, реализации и внедрения методической схемы по оценке и прогнозированию просадочного процесса на урбанизированных территориях

ГЛАВА 2 Методика исследования просадочности лёссовых грунтов

территории города Иркутска Для изучения просадочности лёссовых грунтов был использован комплексный подход, включающий анализ внешних и внутренних факторов Внешние факторы характеризуются климатическими особенностями региона и наличием в лессовом

б

массиве процессов, обусловленных техногенными воздействиями, а также зависимостью состояния грунта от природной и дополнительной нагрузок Внутренние факторы - физическое состояние грунтов, особенности их микроструктуры, минеральный состав глинистой фракции, а также содержание различных солей, гумуса и других компонентов, формирующих структурные связи

При лабораторном определении коэффициента относительной просадочности предпочтение отдается методу «двух кривых» Однако при использовании этого метода для набухающего образца происходит искажение процесса, в результате чего возможны ошибки при установлении типа грунтовых условий по просадочности В связи с этим более корректные данные дает метод «одной кривой», но в этом случае мы не имеем возможности определить начальное просадочное давление и значения коэффициента просадочности для каждой ступени вертикальной нагрузки

Нами предлагается новый подход для определения просадочных характеристик - «комбинированный» метод В процессе эксперимента проводится испытание двух образцов грунта Один нагружают ступенями по 0,05 МПа и замачивают при максимальном заданном давлении (0,3 МПа) Второй образец загружают ступенями до достижения давления, которое действует на него непосредственно под слоем грунтовой толщи, а затем производят замачивание до полного его водонасыщения, далее испытуемый образец доводят ступенями до максимальной вертикальной нагрузки Построенные графики моделируют зависимость просадочности от давления в естественных условиях и в процессе эксплуатации сооружения (рис 2)

Давление, МПа 0,10 0,15

— модель природного процесса с замачиванием при природном давлении

модель техиогеивого процесса с замачиванием при дополнительном давлении 0,3 МПа -Х- зависимость относительной просадочности от давлении

Рис 2 «Комбинированный» метод определения коэффициента относительной просадочности В качестве косвенного метода определения коэффициента относительной просадочности при дополнительном давлении 0,3 МПа использовалось прогнозное уравнение регрессии, полученное для лессовых грунтов территории юга Восточной Сибири с^, = 0,15р,1 + 0,025р,2 - 0,22р, где ра - плотность скелета грунта, р,- плотность минеральной части, р- природная плотность грунта (Рященко,1984)

Комплексные лабораторные исследования физических и деформационных свойств, а также определения параметров микроструктуры и набухания лёссовых грунтов проводились в грунтовой лаборатории ЦГЭИ при ИрГТУ

При характеристике параметров микроструктуры использован новый метод «структурных диаграмм», разработанный в грунтоведческой группе АЦ ИЗК СО РАН (Рященко и др , 2000) Этот метод позволяет определить общее количество агрегатов, их размеры и строение, общее содержание частиц соответствующих размеров (свободных и находящихся в составе агрегатов) Рассчитывается коэффициент свободы фракций, который представляет собой отношение первичных частиц к общему количеству фракции (первичные частицы + те же частицы в составе агрегатов) В процессе обработки данных для определения параметров микроструктуры автором был создан алгоритм расчёта «Микроструктура»

Информация о структуроформирующих компонентах лессовых грунтов, к числу которых относятся глинистые минералы, составляет основу диагностики проявления их просадочности в регионе (Рященко, Акулова, 1998, Рященко, 2003) Для количественной оценки содержания глинистых минералов реализована программа «Decompose», для которой использовались данные фазового рентгеноструктурного (устанавливается группа минералов) и силикатного (определяется содержание S1O2, А1203, Fe - общее, MgO, CaO, Na20, К20, ппп - в пересчете на абсолютно сухую навеску) анализов фракции < 0,001 мм (Сутурин и др , 1986, Рященко, Акулова, 1998) Химический анализ водных, солянокислых и щелочных вытяжек лёссовых грунтов, а также определение содержания гумуса выполнялись в АЦ ИЗК СО РАН по стандартным методикам Комплексный подход к изучению просадочности и получение количественных данных сделали возможным применение программы «Кластерный анализ», в которой выполняется алгоритм иерархической кластеризации ГЛАВА 3. Распространение лессовых грунтов на территории города Иркутска 3 1 Инженерно-геологические условия территории города Для территории города характерен плоскогорный рельеф Тектоническая позиция определяется её положением в структуре южной части Сибирской платформы - Иркутском амфитеатре Наиболее значительным региональным тектоническим нарушением является Ангарский разлом Территория Иркутска входит в состав Байкальской рифтовой зоны Основными тектоническими элементами являются блоковые структуры, сложенные мезозойскими (юрскими) и кайнозойскими (палеогеновыми и неогеновыми) отложениями Водоносные горизонты в юрских породах находятся на значительных глубинах (до 110 м)

Четвертичные отложения представлены разновозрастным аллювиальным (aQ2.4), поздневерхнечетвертичным делювиальным (dQ33), нерасчлененными делювиальным (dQ), элювиальным (eQ), делювиально-пролювиальным (dpQ), современными биогенным (bQ4) и техногенным (tQ4) геолого-генетическими комплексами, общая мощность четвертичного покрова достигает 25 м Грунтовые воды приурочены преимущественно к русловой фации аллювия, глубина их залегания изменяется от 0,5 до 20 м и более Лессовые грунты находятся выше уровня залегания грунтовых вод, однако существует опасность их подтопления и образования техногенных водоносных горизонтов

На территории города развиты различные природно-техногенные процессы линейная эрозия, абразия (берега Иркутского водохранилища), дефляция,

заболачивание, подтопление, образование плывунов (в пределах техногенных водоносных горизонтов), суфозионно-просадочные процессы (вороньей, провалы, ваннообразные понижения), просадочность лессовых толщ при дополнительном дав тении, гравитационные процессы (оползни, сплывы, осыпи), глубокое сезонное промерзание грунтов (до 3,5 м), кроме того, наблюдается бугристо-западинный микрорельеф, который являегся следствием суфозионно-просадочно-криогенных палеопроцессов (Акулова, Рященко, 2003)

Согласно карте сейсмического микрорайонирования (СМР) 1988 г территория города Иркугска относится преимущественно к 8-ми балльной зоне, отдельные участки характеризуются сейсмичностью в 7 или 9 баллов Присутствие в лёссовой толще техногенных водоносных горизонтов способствует усилению сейсмического эффекта, что может привести к образованию сейсмогенных трещин, просадочных микроформ рельефа и деформациям зданий и сооружений (Рященко, Акулова, 1998) 3 2 Распространение лессовых грунтов на территории города (картографическая модель) Лессовые грунты занимают значительные площади в пределах города Иркутска, поэтому возникла задача оценить характер их распространения Для этой цели нами была разработана легенда и составлена схематическая карта распространения лёссовых грунтов на территории Иркутска (рис 3), при этом использовалась карта современного геоэкологического состояния территории города масштаба 1 25000, составленная Т Г Рященко и В В Акуловой в 2003 г по заданию «Иркутскгражданпроекта» в связи с разработкой Генерального плана города, а также материалы изыскашш ЦГЭИ ИрГТУ

Главные положения заключаются в следующем Основой служат геоморфологические элементы, поскольку они определяют строение грунтовых толщ Первым уровнем отображения фактического материала является фиксирование расположения ключевых участков изучения лессовых толщ в различные временные периоды, вторым - реальные разрезы в виде геолого-литологических колонок и инженерно-геологических профилей При оценке распространения лессовых грунтов выделяются два его типа - сплошное (покровное) с различными вариантами мощности и островное (прерывистое) малой мощности Проводится выделение reo лого-генетических комплексов лессовых грунтов на карте указывается индекс верхнего комплекса, в колонках и профилях - индексируются все геолого-генетические комплексы и их максимальная мощность Специальными знаками показано распространение природно-техногенных процессов и форм их проявления, связанных с лессовыми грунтами Наложенный тональный фон отражает величину вертикальной техногенной нагрузки, связанной с различными типами фундаментов зданий и сооружений (ленточные и плитные фундаменты, находящиеся в сфере взаимодействия с лессовыми грунтами, являются наиболее опасным фактором)

Установлено, что лессовые грунты занимают 19,1 % всей территории города, причем процент их распространения возрастает до 21,6 %, если исключить площади, не пригодные для инженерно-хозяйственного освоения Области сплошного залегания лессовых грунтов мощностью свыше 5 - 10 м составляют 46,6 %, островного (мощностью до 3 - 8 м) - 53,4 % Полученная на карте информация позволяет сделать вывод о том, что часть территории города попадает в зону потенциального геоэкологического риска с точки зрения возможной просадочности Результатом ее проявления могут служить деформации отдельных зданий

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ К КАРТЕ

(.Геоморфологическис элементы

(2) и J! i Mit (.к1 з М) AiiriifHi 1 Ipxvut Ушаковк« (В) rptii.s м четверга* (2 2-33 MJ цалпоимсшш«

/К, ,, „ , террасы Ангары вмикрорайонеНитолсншю

ГУ) первая (4-Я м) надлойменшя террнса (Ш п 1 11

:W Алтари. Иркута. Улвми мрилпдиииый [исгсрраспронанш.ш) склон

(3) торая (io-15'ini шноймсинан терраса © ........... ............. "Mmw"

Ашарй.Иркута л*. (|1ад"' Р»"11адки)

{2) третья (16-25 аОпшюПмснная терраса ® «^террмнрейинпигс^оиы < 15" Ангары r. icj ',^ !'. , ■с - . > 15"

ф четвертая (25-3S Щ йадппНмеиив. терраса ^ код0))11вдй1,ь| Ангары ЧУ

Н. Ключевые участки изучения лёссовых грунтов ^^®Онорные скважины, по которым проводнице», комплексные исследования состава, мпк|хктрукгур|.1 и свойств дисперсных грунт» сотрудниками И ист шуга темной коры СО РАН (1987-1998 ru, справа - номер скважины. J руппы скоаъни. «о которым провозились исследования дисперсных грунтов при сиецналннфОЕ&нпых инженерное еологнчески\ изысканиях (2003 г/): (J) «ерпяя группа (скв, 1334, 1335) - исследование грунювого основания в евя ш _ с возможной реконструкцией Дома кудыуры «Юбилейной!» в Академгородке; |и| вюрая группа (скп. 540, 543, 546, 547) - научение фуптовыч чошц к районе право бережно) о примыкания Повогп иркутскою моста {^у1- Скважины, пройденные при ннженержмеодогнчсскнх изысканиях (материалы технических отчет«» 1962 - 2000 гг.); внутри - номер геоморфологического элемента; справа - порядковый номер типового разреза.

Плониинаь im которых проводилось инжсперпо-теологичсскос изучение лессовых грунтол

J Ich i ром reo.Moi о-жоки ических исследований Ир1 ГУ (1995 - 2004 п.) Щ строительство жилых ломов; Д ороитсямлтт cnöopji и ярима в Сiy¡iгородке;

¡jf реконструкция майtiíi и споружени». Щ спортшнлеке ИрГТУ в (лудтролкс.

W. Распространение лёссовых грунтов

Площади силопшшо ¡пж-нншя лёссовых i рун ton ртлпчион мопитети:

■ Юм

ï - Ю м

I ' 1 >

Плошали островного залегания лёссовых фунтов: мощное i ь 3-8 м, занимают подчинённое положение среди псскшш ошжсыин {микрора ион H о колен и по) ;

/ / / / мощность 1-3 м, занимают подчиненное положение и разрезе аллювиального / // А комплекса поймы и первой надпойменной террасы Ангары (цешр Иркутска);

мощность 1-3 м, занимают подчиненное положение а разрезе шовиалыю-делювиалыюго комплекса* связанного е породами юрской упсноснон форманни-]V. Геол о го-генетические комплексы лёссовых грунтов

H ¿расчленённый делювиальным на породах юрском угленосной формации, Нсрасчленёнпый элювиальный на породах юрской уиеписнон формации. Нтисчстдегничнигг дслювиальвый (tlQi3, dQ,!, d<)3Q4](\>»реча'вый пллювиадиплв. ¡dQ^/aQ.j Цоэдлеиерхисчсгысршчный делювиальный jf верхней: шсргичимП ад/но« i а льныи. V. Природно-техногенные процессы, связанные с лёссовыми грунтами L Линейная този». Т Образование icxtioiемкого водоносного гориюнта S Крмогешю'суффо-зкоино'просапочные иа.пепп{ЮЕ|ессы (бу1-ристо-зааддиинып микрорельеф). С Суффозион но-[ i poca доч 11 ы с процессы (иоронки, провалы, йаниообразные пониженнн). VI. Техногенная нагрузка на лёссоаые грунты

(типы застройки и фундаментов) Гсррншрих. застроенная, нрснмушсс! вон но, mhoi о л а ж им m и шпиямп па ленточных н гиттпых фундаментах. ЩШ lejipii тории, встроен на л, пройму щесшснпо, много лпжными шхиямн пл сивйныч фундаментах. j¡ А Территория, iipCllMyvncCTViCmtO, окободнлн <v; {¡icip^iiKll

'———' многопажнымн здания ми

VII. Прочие обозначения Гранина геоморфологических I Гранина территории

ьчемситов J i opo.nl

Условная грниици распространения лёесоиыч грунтов

ГЛАВА 4 Комплексные исследования просадочности лессовых грунтов (на примере площадок инженерпо-геологпческих изысканий) 4.1 Площадка для строительства Храма Преподобного Сергия Радонежского

Площадка расположена в районе Студгородка, на поверхности третьей левобережной террасы р Ангары (16-25 м) Мощность лёссовой толщи (dQ33) составляет здесь 10,5 м, далее залегают аллювиальные отложения (aQ3) -маркирующий горизонт связного (облессованного) песка (1,2 м), коричневые тонкослоистые суглинки с охристыми прослоями (10 м) и песчано-галечные отложения (вскрытая мощность 1,0 м) На территории площадки пройдено 4 скважины и 2 шурфо-скважины до глубины 12 м

В рамках технического задания выполнены лабораторные определения физических свойств грунтов, установлены их деформационные характеристики Коэффициент просадочности (г,|) определялся преимущественно методом «двух кривых» (30 проб), для 6-ти проб был использован метод «одной кривой»

При детальном анализе распределения по глубине достаточно чётко можно выделить четыре зоны 0,0-3,0 м — просадочная, 3,0-5,0 м — пепросадочная, 5,0-8,5 м — просадочная, 8,5-10,0 м — непросадочная, достигает максимальных значений в верхней зоне (до 0,185) Выполнены расчеты £,i (вертикальное давление 0,3 МПа) по прогнозному уравнению Совпадаемость по классу просадочности составила 87,5 %

Данные исследования подтвердили разнородность проявления просадочности в вертикальном разрезе лессовой толщи, что наиболее опасно по сравнению со стабильными просадочными или непросадочными условиями Действующие факторы просадочных деформаций - плотность скелета и степень влажности грунта Особенностью разрезов является наличие просадочности на глубине 5,0-8,5 м 4 2 Площадки изысканий для реконструкции зданий общежитий №№ 1 и 3 ИрГТУ Площадки находятся в Студгородке, в пределах третьей левобережной террасы р Ангары Здания представлены в виде 4-х этажных строений П-образной формы в кирпичном испотнении Глубина заложения ленточных фундаментов от поверхности составляет 3,1 - 4,2 м На площадках общежитий изучена лёссовая толща до глубины 12 м, пять шурфов вскрыли фундаменты зданий до глубины 1,2-2,8 м В разрезах выделены просадочные и непросадочные разновидности, установлены границы их распределения по глубине и определён тип грунтовых условий по просадочности (преимущественно первый) Величина Ej определялась согласно нормативным документам проведено 37 опытов - в 30-ти из них использован метод «двух кривых»

Для застроенной площадки в просадочных зонах степень влажности составляет 0,37-0,53, плотность скелета 1,45-1,71 г/см3, в непросадочных - соответственно 0,530,96 и 1,55-1,89 Результаты испытаний показали, что на долю непросадочных разновидностей приходится 50 % Проведены расчёты esi (0,3 МПа) по прогнозному уравнению, совпадаемость прогнозных и лабораторных данных составила 64 %

Деформации зданий общежитий связаны с просадочностью грунтового основания, что подтверждается преобчаданием в разрезе непросадочных разновидностей, которые явились следствием дополнительного увлажнения просадочных зон в результате утечек из подземных коммуникаций

4 3 Площадка изысканий в районе нос Мегет (карьер) Просадочность лессовых грунтов изучалась на площадке в районе пос Мегет, где был расположен карьер, из которого предполагалось использовать материал для

отсыпки ограждающей дамбы золоотвала ТЭЦ-9 В процессе инженерно-геологических изысканий на поверхности четвертой (25-35 м) ангарской левобережной террасы пройдено пять скважин глубиной до 5 м

С целью получения более полной картины проявления просадочности лессовых грунтов (с!С>з3) были расширены рамки стандартных лабораторных исследований Автором изучалась просадочность методом «двух кривых», а также «одной кривой» при природном и дополнительном давлениях, определялось относительное набухание, впервые выполнены исследования микроструктуры грунта и определены состав и содержание компонентов, формирующих структурные связи

При обработке результатов оказалось, что совокупность антипросадочных признаков, к которым относятся смешанный гип микроструктуры, резерв обогащенной смектитом тонкоглинистой фракции, заключенный в агрегатах, крупнолылеватый элементарный тип структурной модели, для которого характерны многочисленные точечные и фазовые контакты, явно «перевешивает» действие степени влажности и плотности Следовательно, грунты, вероятнее всего, не должны проявлять просадочных деформаций Результаты метода «одной кривой» подтвердили этот вывод По методу «двух кривых» большинство образцов оказались просадочными Причина ошибочности данных метода «двух кривых» заключена в том, что грунты имеют высокое набухание, которое корректирует расчеты Для набухающих грунтов этот метод применять не рекомендуется

4 4 Площадка изысканий для реконструкции ФОКа ИрГТУ В пределах площадки физкультурно-оздоровительного комплекса (ФОК), где в 2003 году проводились инженерно-геологические изыскания в связи с его реконструкцией, детально изучались просадочные свойства грунтов по 10-метровому разрезу лёссовой толщи (¿СЬ3) третьей ангарской террасы Для здания характерны свайные фундаменты с глубиной погружения свай от 10 до 12 м По результатам испытаний восьми монолитов была получена достоверная информация о е^ при давлении 0,3 МПа, так как вариант замачивания при этой нагрузке соответствовал методу «одной кривой» Кроме того, были проведены дополнительные исследования параметров микроструктуры и определено относительное набухание

По этим данным сделаны следующие выводы просадочность зафиксирована только в двух случаях - на 2,9 и 6,8 м, все образцы являются набухаемыми (9,5-16,6 %), плотность скелета грунта преимущественно <1,62 г/см3, степень влажности в большинстве случаев <0,6, тип микроструктуры грунтов, который опредетяется по количеству агрегатов, преимущественно агрегированно-скелетный, реальное содержание тонкоглинистой фракции 12,5-19,2 %, но большая её часть находится в составе агрегатов (коэффициент свободы 8-24 %) Коэффициент глинистости, показывающий отношение реального содержания фракции <0,002 мм (определяется при дисперсном способе подготовки образца к гранулометрическому анализу) к условному, определённому по стандартной гранулометрии, составляет 3,3-5,4

Просадочный образец верхней зоны (2,9 м) при высоком набухании (16,6 %) имеет минимальные плотность скелета (1,39 г/см ) и степень влажности (0,44) Следовательно, в данном случае эти показатели сыграли роль признака, управляющего процессом Остальные 6 непросадочных образцов и 1 просадочный (6,8 м) фактически не отличаются друг от друга по показателям физического состояния и особенностям микроструктуры Видимо, достаточно уверенно можно говорить о ведущей роли набухания, которое не допускает просадочных деформаций

при степени влажности <0,80 (0,3 МПа) Высокое набухание грунтов определяется значительной реальной глинистостью (до 24,3 %) и присутствием в составе смектита

В этих обстоятельствах данные о начальном давлении просадочности и типе грунтовых условий территории для набухающих лессовых разновидностей можно получить только методом «одной кривой» из каждого монолита следует вырезать три кольца и проводить замачивание при природном (Рпр) и дополнительных (Рщ < Р < 0,3 МПа, Р=0,3 МПа) вертикальных давлениях

4 5 Площадка для строительства спорткомплекса ИрГТУ Площадка расположена на территории существующего стадиона ИрГТУ, в пределах третьей левобережной надпойменной террасы р Ангары В соответствии с программой инженерно-геологических изысканий было пройдено 20 скважин глубиной от 7 до 19 м

Задачи комплексных исследований заключались в следующем выявить степень набухания и характер изменения показателей физического состояния лёссовых грунтов в вертикальном разрезе, определить параметры и типы микроструктуры образцов по методу «структурных диаграмм», установить количественное содержание в грунтах глинистых минералов, водорастворимых солей, карбонатов и гумуса, сравнить значения е^ при дополнительном давлении 0,3 МПа, полученные методами «одной» и «двух кривых», провести качественную и количественную оценку взаимосвязей между исследованными показателями

В составе изученной группировки грунтов (26 образцов) выделены сильно-(б„,= 13-27 %), средне- (9-12 %), слабонабухающие (4-7 %) и ненабухающие (б5„< 4 %) разновидности, причем на долю первой приходится 73 %

Установлены агрегированно-скелетный тип микроструктуры - количество агрегатов (А) в среднем составляет 18 %, тип структурной модели грунта -крупнопылеватый элементарный, реальное среднее содержание глинистой фракции (М8) - 24 %, причем преобладают тонкоглинистые частицы (МбА) с коэффициентом свободы (Р1*) 20 %

По данным метода «одной кривой» только 8 образцов оказались просадочными (интервал 1,0-5,7 м), «двух кривых» (коэффициент просадочности Б^2) - 17 (интервал 1-15 м) Для сильнонабухающих грунтов, как было указано выше, более достоверные результаты даёт метод «одной кривой» (коэффициент просадочности е^1) Мы провели качественный и количественный анализ взаимосвязей с,/ и в,,2 с набуханием (е,„), влажностью (\У), степенью влажности (вг), плотностью скелета (р,,) и параметрами микроструктуры Результаты показали сложную картину взаимодействия исследованных показателей

При качественном анализе выявлены следующие варианты набухание и просадочность отсутствуют при влажности 19,6-24,1 %, в интервале 1-3 м отмечаются сильное набухание и просадочность (причина - плотность скелета <1,50 г/см3), при увеличении плотности до 1,63 коэффициент становится <0,01, в интервале 4-6 м просадочность может отсутствовать в связи с высоким (до 20 %) набуханием (при степени влажности <0,4 могут действовать процессы внутриагрегатного набухания, которые препятствуют возникновению просадочных деформаций) и, наоборот, появляться, если набухание снижается до 10 %, а степень влажности остается небольшой, в нижней части толщи (9-15 м) просадочность отсутствует по причине повышенной степени влажности (0,62-0,77, набухание снижается до 6-10 %) или высокого набухания (степень влажности <0,6, набухание достигает 19 %)

Для количественной оценки взаимосвязи между исследуемыми показателями грунтов применялась программа «Кластерного анализа» К-типа (Данилов, 2001) Выделены два кластера признаков, при этом коэффициенты просадочности оказались в одной группировке с параметрами микроструктуры, набухание и коэффициент свободы тонкоглинистой фракции заняли самостоятельное положение, однако между собой имеют отрицательную корреляцию на уровне 0,2 (рис 4) Кластер К

10 06 06 04 02 00 -0,2 <14 -0 6 -08 -1 0 1-1 ■ I-1-> I-1-г——1-1-1

ш-

Рис 4 График-дендрограмма кластерного анализа Я-типа (23 образца, 10 показателей) Лессовая толща обогащена смектитом, при этом его содержание с глубиной увеличивается Можно предположить, что смектит является унаследованным минералом, источником которого были породы юрской угленосной формации, за чей счет происходило формирование делювиальных покровов Считается, что агрегированные лёссовые грунты, обогащенные смектитом, являются непросадочными В нашем случае это правило не подтверждается образцы с агрегировано-скелетной микроструктурой, низкими значениями плотности скелета и высоким набуханием при условии небольшого водонасыщения (0,37) оказываются просадочными при 0,3 МПа Проведенные исследования позволяют сделать однозначный вывод для набухающих лёссовых грунтов метод «двух кривых» приводит к ошибочным (до 35%) результатам при оценке просадочности Грунты содержат небольшое количество водорастворимых солей (0,21-0,57%), обогащены железистыми пелитоморфными карбонатами (до 11 %) Эти компоненты не оказывают существенного влияния на проявление просадочных свойств в лессовой толще Пики максимального содержания гумуса в вертикальном разрезе свидетельствуют о наличии погребенных почвенных горизонтов на глубине б, 10 и 15 м

4 6 Площадка изысканий для реконструкции здания ФГУНПГП «Иркутскгсофизика» Комплексные исследования просадочности проводились в связи с реконструкцией здания ФГУНПГП «Иркутскгеофизика», расположенного по ул Горького Здание - трехэтажное в кирпичном исполнении с фундаментом ленточного типа Здесь зафиксированы деформации стен в виде вертикальных и наклонных трещин шириной до 3 см Выполнены исследования лёссовых грунтов современного аллювиального комплекса (а<ЗД который был вскрыт в пределах первой (4-8 м) надпойменной террасы р Ангары Пройдено 9 шурфов глубиной до 3 м с отбором монолитов как из-под фундамента (а), так и рядом с ним (б)

Комплексные исследования проведены для 10-ти образцов (5 шурфов) Они заключались в определении физических свойств грунтов, параметров микроструктуры, относительного набухания, а также минерального состава

V/ Эг

рд ?

Ев1, Е5|2

А М"

Мм(М7) Еэ\л/

глинистой фракции, г,, определялся методами «одной» и «двух кривых», а также «комбинированным» способом, проводился расчет по уравнению регрессии (табл 1)

Таблица 1

П А Рн е е„пр е,,1 с,2 - 0,3 51 комб

1-2,4 а 20,9 0,0 1,53 0,76 0,72 0,0 0,002 0,006 0,043 0,014

2-2,4 б 12,7 7,4 1,55 0,74 0,76 0,0 0,001 0,002 0,020 0,009

3-2,4 а 13,1 1,4 1,50 0,80 0,66 0,0 0,008 0,012 0,017 0,007

4-2,4 б 13,2 1,3 1,40 0,92 0,68 0,001 0,013 0,010 0,021 -

5-2,5 а 17,1 2,1 1,47 0,83 0,62 0,0004 0,008 0,016 0,010 -

6-2,5 б 12,4 10,7 1,42 0,90 0,66 -0,0004 0,010 0,013 0,046 0,032

7-2,6 а 14,4 2,1 1,47 0,83 0,84 0,0 0,0004 -0,006 - 0,020

8-2,6 б 14,0 0,4 1,39 0,94 0,73 0,0004 0,007 0,007 0,056 0,036

9-2,5 а 9,6 1,8 1,51 0,78 0,76 0,001 0,005 0,003 0,019 0,028

10-2,56 11,6 3,3 1,45 0,85 0,59 0,0 0,008 0,020 0,022 0,036

Примечание А-количество агрегатов (%), рл - плотность скелета грунта (г/см ), е - коэффициент пористости, - степень влажности, е,"р — коэффициент просадочности, определенный по методу «одной кривой» при природном давлении, е,г — то же, определённый по методу «одной кривой» при вертикальном давлении 0,3 МПа, е,| — то же, рассчитанный по прогнозному уравнению, е51 — то же, определённый по методу «двух гашвых», е,1%„1! - то же, определенный комбинированным способом, П - номер образца -глубина, м

Установлено, что лёссовые грунты современного аллювиального комплекса имеют все предпосылки для проявления просадочности - слабо агрегированную микроструктуру, высокий коэффициент пористости и степень влажности <0,75

Причина деформаций здания, по нашему мнению, заключается в следующем Основанием фундамента являются маломощные аллювиальные грунты, склонные к просадочности Уплотнение этих грунтов оказалось незначительным, но нарушение влажностного режима в различных местах в результате техногенных утечек и возможного подтопления могло привести к просадочным и посчепросадочным деформациям, которые и явились причиной появления трещин Под фундаментом фиксируются непросадочные зоны, а вне его границ — встречаются и те, и другие Следует отметить, что эти выводы мы сделали по данным метода «одной кривой», который даёт достоверные результаты, так как замачивание грунта производится при конкретной нагрузке Метод «двух кривых» завысил значения - все образцы оказались просадочными Прогнозные расчеты и «комбинированный» способ дали соответственно 70 и 40% совпадаемости с результатами метода «одной кривой» ГЛАВА 5 Рекомендации по изучению просадочности лессовых грунтов

города Иркутска 5.1 Оценка просадочности лессовых грунтов на территории города

в современных условиях На основании материалов, полученных в ходе комплексного исследования лёссовых грунтов города, а также данных, приведенных в отчётах изыскательских организаций в разные периоды инженерного освоения территории, нами дана оценка просадочности лессовых грунтов Иркутска в современных условиях (табл 2)

Первый тип проявления просадочности лёссовых грунтов является чрезвычайно опасным как для освоенных участков, так и свободных от застройки территорий В качестве примера можно назвать площадку для строительства спорткомплекса ИрГТУ (материалы ЦГЭИ)

Таблица 2

Оценка просадочноети лессовых грунтов территории Иркутска _в современных условиях__

№ типа проявления просадочноети Характеристика типов проявления просадочноети, особенности её распределения в лессовой толще

1 Сложное строение лёссовой толщи, характеризующееся переслаиванием в вертикальном разрезе просадочных и непросадочных разновидностей

2 Просадочность отсутствует в связи с её редуцированием в ходе постдиагенетических преобразований лёссовой толщи за счёт повышения её влажности в современных условиях в результате техногенного воздействия

3 Двухзональное строение лёссовой толщи а) в верхней части массива грунты относятся к просадочным разновидностям, нижняя часть просадочной не является, б) в верхней части массива просадочность отсутствует, в нижней -встречаются просадочные (недоуплотнённые) разновидности грунтов

4 Маломощная (до 3 м) разнородная по просадочноети (при дополнительной нагрузке) лёссовая толща

Примером второго типа служит площадка под строительство жилого комплекса «Маршал» в микрорайоне Солнечный, где в 2005 г проводились исследования лёссовой толщи сотрудниками грунтоведческой группы АЦ ИЗК СО РАН

Для двухзонального строения толщи (третий тип) присутствие просадочноети в верхней зоне связано с процессами сезонного промерзания-оттаивания грунта, ниже отмечается повышение плотности, е^ оказывается <0,01 (а) Сложнее обстоит дело с просадочностью, установленной в нижней части разреза на глубине 8-10 м (б) По всей вероятности, она имеет сингенетическое происхождение и связана с присутствием слабоуплотненных эоловых слоев (просадочность оказалась «законсервированной») (Акулова, 1994, Рященко, 2004) В качестве примеров можно привести площадки под строительство жилых домов в Октябрьском районе и для реконструкции корпуса казармы по ул Пискунова (а), а также площадки под строительство жилых домов по ул Лыткина в Октябрьском районе г Иркутска (б) (материалы ЦГЭИ) Рассмотренные типы проявления просадочноети связаны с лёссовыми грунтами покровного залегания мощностью до 20 м (<ЗСЬЭ)

Четвертый тип представлен маломощной (до 3 м), разнородной по просадочноети, лессовой толщей (а(34, еёО) Примерами могут служить площадки изысканий для реконструкции зданий ФГУНПГП «Иркутскгеофизика», Художественнного музея и здания-памятника по ул Сухэ-Батора (материалы ЦГЭИ) 5.2 Рекомендации по изучению просадочноети лессовых грунтов

На основании вышеизложенного можно дать ряд рекомендаций относительно изучения просадочноети лёссовых грунтов территории г Иркутска

1 В процессе проведения инженерно-геологических работ в черте города рекомендуется выносить координаты рабочей площадки непосредственно на карту распространения лёссовых грунтов, выясняя таким образом наличие и предварительную мощность в исследуемом разрезе лёссовых отложений, возможно, обладающих просадочностью

2 При инженерно-геологических изысканиях в районах распространения лессовых грунтов необходимо выделять их геолого-генетические комплексы, рассматриваемые в качестве инженерно-геологического элемента (ИГЭ), внутри которого проводить поинтервальное опробование и по величине показателя текучести (1[.) фиксировать зоны различной консистенции

3 Изучение просадочноети рекомендуется сопровождать определением стандартных показателей физического состояния грунта, его относительного

набухания, параметров микроструктуры (метод «структурных диаграмм») и состава глинистых минералов (программа «Decompose», «Экспресс-метод-1, 2») Эти комплексные исследования целесообразно выполнять по опорным разрезам (1-3 скважины в пределах площадки)

4 Для набухающих лессовых грантов территории г Иркутска не рекомендуется применять метод «двух кривых», более достоверные результаты дает метод «одной кривой», в меньшей степеш! - «комбинированный» метод, который, кроме того, позволяет получить значение коэффициента относительной просадочноста в условиях природной нагрузки, что дает возможность правильно определить тип грунтовых условий территории

5 В качестве предварительной оценки просадочноста при давлении 0,3 МПа можно использовать прогнозное расчётное уравнение

6 На строительных площадках рекомендуется проводить мониторинговые исследовшшя просадочносш и физических свойств лессовых грунтов с целью предупреждения возможных негативных последствий их водонасьпцения в процессе эксплу атации инженерного сооружения

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение лессовых грунтов на юге Восточной Сибири имеет длительную историю, связанную с i еслотческими и инженерно-геологическими исследованиями, которые включают региональные, локальный и специальный этапы Последний связан с изучением просадочности лессовых толщ гари инженерно-геологических изысканиях "на отдельных площадках в пределах г Иркутска Лёссовые грунты зшшмают 19,1 % городской территории, имеют сплошное (их доля составляет 46,6 %) и островное (53,4 %) распространение В первом случае в виде субаэрального покрова (dQ3) мощностью до 20 м они залегают в пределах второй - четвертой террас Ангары и ее придолинных склонов, содержат горизонты погребенных почв, во втором - это маломощные (до 3 м) лессовые отложения пойменной фации современного аллювия первой террасы (aQ4) и элювиально-делювиального (eaQ) комплекса, связанного с породам! юрской угленосной формации Кроме того, лессовые грунты отмечаются в составе пойменной фации гилювия (а(Х) третьей и четвертой террас, перекрытой су баэралшой толщей Для территории Иркутска впервые составлена схематическая карга распространения лессовых грунтов, которая сопровождается типовыми геолого-литологическими колонками, а также инженерно-геологическими профилями, где по опорным скважинам выделены просадочные зоны, установленные в вертикальном разрезе гру нговой толщи

Комплексное ту чсшк просадочноста лёссовых грунтов по шеста площадкам инженерно-геологических изысканий на территории города, которое проводилось с применением указанных методов и выходило за рамки набора стандартных параметров, показало, что к числу антапросадочных признаков относятся смешанный (агрегированно-скелетный) тип микроструктуры, кругаюпылеватый элементарный тип структурной модели, резерв обогащенной смектитом тонкоглинистой фракции, заключенный в агрегатах, и связанное с этим резервом набухание В то же время установлено, что образцы со смешанным потом микроструктуры, низкими значениями плотности скелета (<1,60 г/см ) и высоким набуханием при условии небольшого водонасьпцения (степень влажности <0,5) оказываются просадочными при дополнительном (0,3 МПа) давлении Кроме того, выявлена возможность редуцирования просадочноста на застроенных территориях в результате повышения влажности лессовой толщи при техногенных утечках из подземных коммуникаций, что в ряде случаев приводит к деформациям зданий и сооружений

Качественный и количественный анализ взаимосвязей параметров микроструктуры, набухания, физического состояния (степень влажности, природная плогаость и плотность скелета грунта) и просадочности лёссовых грунтов, распространенных на территории Иркутска, показали сложность их взаимодействия и подтвердили необходимость получения комплексной информации для достоверной оценки возможных просадочных деформаций

Установлено, что при определении коэффициента относительной просадочности наиболее корректные результаты даёт метод «одной» кривой, так как региональной особенностью лессовых отложений территории Иркутска является обогащение их тонко! л инистой фракции смектитом, который определяет склонность

грунта к набуханию при степени влажности менее 0,8-0,9 Расчеты по программе «Decompose» показали, что содержание смектита достигает 40-70 %

В связи с этим при проведении инженерно-геологических изысканий на строительных площадках города в процессе выполнения лабораторных работ по изучению просадочности лессовых грунтов следует установить величину относительного набухания для каждого образца-монолита, если его величина превышает 4 %, то для определения просадочности необходимо использовать метод «одной кривой» или «комбинированный» метод, предложенный в данной рабоге

Схематическая карта распространения лессовых грунтов и результаты комплексного изучения их состава, микроструктуры, набухания, показателей физического состояния явились основой для составления методических рекомендаций по оценке их просадочности, направленных на оптимизацию инженерно-геологических изысканий на территории города Иркутска

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Гринь Н Н, Рященко Т Г Просадочность лессовых грунтов территории города Иркутска // Сергеевские чтения Вып 5 - М ГЕОС, 2003 - С 23-28

2 Гринь Н Н , Морозова А С, Хмелевская И М Просадочность лёссовых грунтов стандартные и комплексные исследования (на примере площадки в районе пос Мегет) // Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований Вып 3 - Иркутск Изд-во ИрГТУ, 2003 - С 260-264

3 Гринь Н Н, Морозова А С, Хмелевская И М Стандартный и комплексный подходы к изучению просадочности лёссовых грунтов (на примере одной площадки) // Строение литосферы и геодинамика Материалы XX Всероссийской молодёжной конференции -Иркутск Изд-во ИЗКСО РАН, 2003 -С 213-214

4 Рященко Т Г, Гринь Н И Влияние просадочного процесса в лессовых грунтах на степень устойчивости геологической среды города Иркутска // Город прошлое, настоящее, будущее -Иркутск Изд-во ИрГТУ, 2004 -С 120-124

5 Гринь Н Н Расчет параметров микроструктуры дисперсных грунтов </ Геология поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований Вып 4 -Иркутск Изд-во ИрГТУ, 2004 -С 134-137

6 Гринь Н Н Просадочность и набухание лёссовых грунтов территории города Иркутска // Тезисы докладов Второй Сибирской международной конференции молодых учёных по наукам о Земле - Новосибирск Новосибирский государственный университет,

2004 -С 56-57

7 Гринь Н И Новые подходы к определению характеристик просадочности лессовых грунтов в лабораторных условиях // Строение литосферы и геодинамика Материалы XXI Всероссийской молодежной конференции - Иркутск Изд-во ИЗК СО РАН,

2005 -С 217-218

8 Гринь И Н, Рященко Т Г Карга распространения лёссовых грунтов на территории города Иркутска // Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований Вып 5 - Иркутск Изд-во ИрГТУ, 2005 - С 203-208

9 Ryashchenko Т G, Grm' N.N Subsidence of loess soils as a potential geoecological hazard for urban lands (by the example of Irkutsk town) // International Simposium on latest natural disasters - new challenges for engineering geology, geotechmcs and civil protection // September 58,2005, Sofia, Bulgaria -P 57

10 Рященко T Г, Акулова В В, Рыбченко А А, Гринь Н Н Лессовые грунты, как фактор эколого-геодинамического состояния территории Иркутска // Проблемы инженерной геодинамики и экологической геодинамики Тр междун научной конф (Россия, Москва 2-3 февраля 2006 г) -М Изд-во МГУ, 2006 -С 156-157

11 Рященко Т Г, Гринь И И Город Иркутск и лессовая проблема эволюция взглядов и методических подходов // Город и геологические опасности» Часть I - С-Петербург Изд-воВНИИГим Веденеева,2006 -С 184-192

12 Рященко ТГ, Гринь НН Комплексный подход и рекомендации при изучении просадочности лёссовых грунтов территории города Иркутска // Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований Вып 6 - Иркутск Изд-во ИрГТУ, 2006 - С 115-120

13 Гринь Н Н Центр геолого-экологических исследований ИрГТУ интеграция результатов производственных изысканий и научных разработок // Вестник ИрГТУ - 2007 -№ 1 -С 25-27

Подписано в печать 21 05 2007 Формат 60 х 84 / 16 Бумага офсетная Печать офсетная Уел печ л 1,0 Уч -изд л 1,25 Тираж 100 экз Зак 310 Поз плана 26 н

ИД № 06506 от 26 12 2001 Иркутский государственный технический университет 664074, Иркутск, ул Лермонтова, 83

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Гринь, Наталья Николаевна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Современное состояние проблемы просадочности лёссовых грунтов.

1.1. Гипотезы формирования лёссовых грунтов и их просадочности.

1.2. Распространение лёссового покрова на поверхности Земли.

1.3. Лёссовые грунты урбанизированных территорий и методы изучения их просадочности.

1.4. Город Иркутск и лёссовая проблема: эволюция взглядов и методических подходов.

Глава 2. Методика исследования просадочности лёссовых грунтов территории города Иркутска.

Глава 3. Распространение лёссовых грунтов на территории города Иркутска.

3.1. Инженерно-геологические условия территории города.

3.2. Распространение лёссовых грунтов на территории города (картографическая модель).

Глава 4. Комплексные лабораторные исследования просадочности лёссовых грунтов (на примере площадок инженерногеологических изысканий).

4.1. Площадка для строительства Храма Преподобного

Сергия Радонежского.

4.2. Площадки изысканий для реконструкции зданий общежитий №№ 1 и 3 ИрГТУ.

4.3. Площадка изысканий в районе п. Мегет (карьер).

4.4. Площадка изысканий для реконструкции ФОКа ИрГТУ.

4.5. Площадка для строительства спорткомплекса ИрГТУ.

4.6. Площадка изысканий для реконструкции здания

ФГУНПГП «Иркутскгеофизика».

Глава 5. Рекомендации по изучению просадочности лёссовых грунтов города Иркутска.

5.1. Оценка просадочности лёссовых грунтов на территории города в современных условиях.

5.2. Рекомендации по изучению просадочности лёссовых грунтов.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Лёссовые грунты территории города Иркутска и оценка их просадочности"

Чтобыуправлять Природой, надо ей подчиняться»

Фрэнсис Бэкон

Известно, что судьбы многих древних городов складывались в зависимости от местных геологических условий и протекавших там естественных процессов (Леггет, 1976). Каждый город имеет свои «геологические опасности», которые с течением времени и при активном участии человека создают определенный риск для его жизни. В Иркутске к числу таких опасностей относятся сейсмичность, распространение лёссовых грунтов с разнородной просадочностью, подтопление и формирование техногенных водоносных горизонтов.

Объектом наших исследований являются лёссовые отложения территории города Иркутска, представленные различными геолого-генетическими комплексами (dQ33, aQ3, aQ4, edQ), мощностью от 1-3 до 20 м. Поздневерхнечетвертичный комплекс (dQ3 ) в виде сплошного субаэрального покрова залегает в пределах второй - четвёртой надпойменных террас Ангары и её придолинных склонов, а также второй террасы Иркута. Верхнечетвертичный аллювиальный комплекс (aQ3) - это пойменные фации третьей и четвёртой террасы, перекрытые субаэральным чехлом; современный аллювий (aQ4) в виде маломощных прослоев залегает в составе пойменной фации первой террасы Ангары. Элювиально-делювиальные лёссовые отложения (edQ), мощностью менее 3 м связаны с участками распространения пород юрской угленосной формации.

Лёссовые грунты занимают около 20 % территории города и являются фактором геоэкологического риска, тем более что они распространены в районах, где застройка проводилась относительно недавно - в 60-80-е годы ХХ-го века.

Актуальность работы

Просадочный процесс в лёссовых грунтах имеет природно-техногенный характер и относится к группе неблагоприятных, а в некоторых случаях и катастрофических явлений. Для любого города присутствие лёссовых грунтов мощностью до 10 м и более в пределах тех или иных геоморфологических элементов создаёт проблему оценки их просадочности.

Выявление лёссовых признаков и картирование лёссовых толщ на территории города определяют обязательное изучение их просадочности по вертикальному разрезу в условиях природного и дополнительного давлений. Существует немало примеров, когда недостаточное внимание к этому процессу приводило к неблагоприятным и даже катастрофическим последствиям. Многие здания, построенные ранее без учёта возможного проявления просадочности, сейчас требуют капитального ремонта. Данный факт сигнализирует о необходимости совершенствования оценки просадочности лёссовых грунтов и проведении мероприятий по уменьшению и предотвращению её негативных последствий.

В настоящее время ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация» упразднил понятие «лёссовый грунт»; в результате при проведении инженерно-геологических изысканий на различных строительных площадках Иркутска выделяются просадочные супеси и суглинки, несмотря на то, что еще в 1887 году И.Д. Черский в Иркутской части долины Ангары описал лёссовые породы «эолийного» происхождения, а в 2001 году опубликована монография «Лёссовый покров Земли и его свойства». Таким образом, реальное существование различных геолого-генетических комплексов лёссовых отложений на территории города исключается из инженерно-геологических разрезов, что является очередным казусом стандартных подходов.

Стандартные лабораторные исследования дисперсных грунтов, которые выполняются всеми без исключения изыскательскими организациями Иркутска, не позволяют установить факторы, определяющие проявление просадочных деформаций, поэтому давно назрела необходимость расширить рамки этих исследований, дополнив стандартный набор показателями микроструктуры и данными по составу и содержанию компонентов, определяющих структурные связи в грунтах.

Площадки под строительство, а также основания эксплуатируемых сооружений в районах распространения лёссовых грунтов отражают естественную реакцию техногенного воздействия на объекты геологической среды. Учитывая это, возникает необходимость в более детальной и комплексной оценке просадочного процесса с целью предотвращения связанных с ним негативных последствий.

Таким образом, современный этап характеризуется переходом от единичных опорных разрезов к изучению оснований будущих инженерных сооружений, а также к исследованию состояния грунтовой толщи под существующими зданиями и сооружениями.

Целью диссертационной работы является разработка вопроса оценки просадочности лёссовых грунтов на базе комплексных исследований их микроструктуры, химико-минералогического состава, физических и физико-химических свойств (на примере территории г. Иркутска).

Основные задачи исследований:

1. Рассмотрение лёссовой проблемы урбанизированных территорий в свете эволюции взглядов и методических подходов при исследовании различных её аспектов во времени.

2. Реализация современных методических разработок, в свете комплексного подхода к оценке просадочности лёссовых грунтов городских территорий.

3. Изучение распространения лёссовых грунтов на территории города Иркутска.

4. Комплексная характеристика состава, микроструктуры, физических и физико-химических свойств лёссовых грунтов при оценке их просадочности (на примере площадок инженерно-геологических изысканий в районе г. Иркутска и его окрестностей).

5. Определение коэффициента относительной просадочности лёссовых грунтов различными методами и сопоставление результатов.

6. Разработка рекомендаций по оптимизации инженерно-геологических исследований лёссовых грунтов города с целью снижения геоэкологического риска в условиях сейсмической активности территории.

Исходные материалы

Фактической базой диссертационной работы являются материалы, полученные автором в процессе специальных и комплексных исследований лёссовых грунтов с 1999 года до настоящего времени, широко распространённых на территории города Иркутска. Результаты специальных исследований, выполненных в рамках нормативных документов, изложены в технических отчётах Центра геолого-экологических исследований (ЦГЭИ), в которых диссертант принимал непосредственное участие при проведении лабораторного изучения физико-механических свойств и гранулометрического состава грунтовых толщ в рамках программ инженерно-геологических изысканий. В отчётах, хранящихся в архиве ЦГЭИ, полученные результаты представлены в виде сводных ведомостей и паспортов грунтов. Кроме того, диссертантом проведено изучение микроструктуры (на базе определения гранулометрического состава), минерального состава тонкоглинистой 0,001 мм) фракции и физико-химических (набухание) свойств лёссовых грунтов; просадочность определялась различными лабораторными методами. Химический анализ водных, солянокислых и щелочных вытяжек, определение содержания гумуса и фазовый рентгеноструктурный анализ тонкоглинистой фракции выполнены в Аналитическом центре Института земной коры СО РАН (ИЗК СО РАН). Использованы многочисленные публикации, связанные с темой диссертационной работы. Высокая степень достоверности и обоснованности полученных научных результатов гарантируется значительным объёмом и надёжным качеством использованного фактического материала.

Методы исследований

В качестве методологической базы были использованы стандартизированные методики определения показателей физико-механических свойств глинистых (лёссовых) грунтов (ГОСТы 5180 - 84, 23161 - 78, 24143 - 80). Дополнительно к этому реализованы современные методические разработки грунтоведческой группы Аналитического центра (АЦ) ИЗК СО РАН, связанные с количественным определением содержания глинистых минералов - программа «Decompose» (Рященко, Акулова, 1998) и параметров микроструктуры - метод «структурных диаграмм» (Рященко и др., 2000). При изучении просадочности лёссовых грунтов был предложен «комбинированный» (лабораторный) метод и реализован метод расчёта коэффициента относительной просадочности при давлении 0,3 МПа по прогнозному уравнению (Рященко, 1984).

При обработке данных аналитических исследований использовалась программа «Кластер-анализ», позволяющая установить взаимосвязи между признаками изучаемого объекта.

Научная новизна

1. На основе обобщения полученных материалов выделены основные этапы изучения лёссовых отложений в Приангарье, в том числе в пределах города Иркутска.

2. Впервые составлена схематическая карта распространения лёссовых грунтов территории города Иркутска с учётом их генезиса, мощности и характера залегания, а также величины вертикальной техногенной нагрузки (тип застройки).

3. Дополнительно к стандартным показателям свойств грунтов, полученным в рамках инженерно-геологических изысканий, выполнены исследования параметров микроструктуры, химико-минералогического состава и физико-химических свойств, что позволило выявить степень их влияния на характер просадочности лёссовой толщи.

4. На базе метода «структурных диаграмм» автором разработан алгоритм расчёта - «Микроструктура», с помощью которого автоматически определяются параметры микроструктуры лёссовых и глинистых грунтов.

5. Предложен «комбинированный» метод определения коэффициента относительной просадочности лёссовых грунтов в лабораторных условиях.

Основные защищаемые положения

1. Условия распространения лёссовых грунтов, которые являются фактором геоэкологического риска при оценке устойчивости геологической среды, представлены на схематической карте. В пределах города Иркутска лёссовые грунты занимают 19,1 % территории, характеризуются сплошным и островным типом залегания при мощности до 20 м и относятся к определенным геолого-генетическим комплексам, которые показаны на типовых разрезах грунтовых толщ.

2. Комплексное изучение просадочности лёссовых грунтов, выполненное в процессе инженерно-геологических изысканий на шести площадках г. Иркутска с применением новых методов определения параметров микроструктуры и состава глинистых минералов, а также различных лабораторных методов при расчётах коэффициента относительной просадочности, показывает, что оценить степень проявления этого опасного свойства возможно при условии получения информации о типах микроструктуры и структурной модели грунта, минеральной ассоциации глинистой фракции, величине относительного набухания, плотности скелета и природной влажности грунта.

3. Лёссовые грунты на территории города Иркутска характеризуются постоянным присутствием смектита (до 70 %) в глинистой фракции, что определяет их предрасположенность к набуханию. По этой причине при определении коэффициента относительной просадочности необходимо установить величину относительного набухания грунта; для набухающих разновидностей метод «двух кривых» может привести к ошибочным результатам, поэтому при оценке просадочности лёссовой толщи следует использовать метод «одной кривой» в диапазоне давлений от природного до 0,3 МПа.

Личный вклад автора

В процессе научной работы автором был выполнен комплекс исследований, направленный на решение поставленных задач.

1. Составлена блок-схема основных этапов изучения лёссовых грунтов Приангарья.

2. С применением компьютерных технологий составлена схематическая карта распространения лёссовых грунтов на территории города Иркутска.

3. Проведён комплекс лабораторных работ, направленный на изучение физических (330 проб) и деформационных (метод «одной кривой» - 65 проб, метод «двух кривых» - 134 пробы, «комбинированный» метод - 8 проб) свойств лёссовых грунтов, параметров их микроструктуры (73 пробы) и величины относительного набухания (70 проб).

4. Выполнены расчёты с использованием программ «Кластер-анализ» и «Decompose».

5. С целью автоматизации расчётов при изучении микроструктуры лёссовых и глинистых грунтов по методу «структурных диаграмм» был разработан алгоритм расчёта «Микроструктура».

6. На базе методов «одной» и «двух кривых» предложен «комбинированный» метод лабораторного определения коэффициента относительной просадочности лёссовых грунтов.

Практическая значимость работы

На основании проведённых комплексных исследований условий распространения, состава, микроструктуры и свойств лёссовых грунтов автором разработаны методические рекомендации по изучению их просадочности, которые позволят оптимизировать инженерно-геологические изыскания на территории города Иркутска.

Апробация работы

Основные результаты научных исследований докладывались и обсуждались на многочисленных научных и научно-практических совещаниях: годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии "Сергеевские чтения" (Москва, Президиум РАН, 2003); научно-технической конференции факультета геологии, геоинформатики и геоэкологии "Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований" (Иркутск, ИрГТУ, 2003); XX Всероссийской молодёжной конференции "Строение литосферы и геодинамика" (Иркутск, ИЗК СО РАН, 2003); международной научно-практической конференции "Город: прошлое, настоящее, будущее" (Иркутск, ИрГТУ, 2004); научно-технической конференции факультета геологии, геоинформатики и геоэкологии "Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований" (Иркутск, ИрГТУ, 2004); Второй Сибирской международной конференции молодых учёных по наукам о Земле (Новосибирск, ОИГГиМ, 2004); научно-технической конференции, посвященной 75-летию факультета геологии, геоинформатики и геоэкологии "Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований" (Иркутск, ИрГТУ, 2005); XXI Всероссийской молодёжной конференции "Строение литосферы и геодинамика" (Иркутск, ИЗК СО РАН, 2005); международном симпозиуме "Стихийные бедствия последнего времени - задачи, стоящие перед инженерной геологией, геотехникой и гражданской защитой" (Болгария, София, 2005); международной конференции "Город и геологические опасности" (Санкт-Петербург, ВНИИГ им. Веденеева, 2006); научно-технической конференции факультета геологии, геоинформатики и геоэкологии "Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований" (Иркутск, ИрГТУ, 2006).

Публикации

По результатам исследований автором лично и в соавторстве опубликовано 12 работ (8 статей и тезисы 4-х докладов), из них одна за рубежом. Кроме того, одна статья опубликована в рецензируемом журнале, входящем в перечень ВАК.

Объём работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и 5 приложений. Объём работы 131 страница, в т.ч. 41 рисунок, 13 таблиц; список литературных источников составляет 107 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение", Гринь, Наталья Николаевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение лёссовых грунтов на юге Восточной Сибири имеет длительную историю, связанную с геологическими и инженерно-геологическими исследованиями, которые включают региональные, локальный и специальный этапы. Последний связан с изучением просадочности лёссовых толщ при инженерно-геологических изысканиях на отдельных площадках в пределах г. Иркутска. Лёссовые грунты занимают 19,1 % городской территории, имеют сплошное (их доля составляет 46,6 %) и островное (53,4 %) распространение. В первом случае в виде субаэрального покрова (dQ3) мощностью до 20 м они залегают в пределах второй - четвертой террас Ангары и её придолинных склонов, содержат горизонты погребённых почв, во втором - это маломощные (до 3 м) лёссовые отложения пойменной фации современного аллювия первой террасы (aQ4) и элювиально-делювиального (edQ) комплекса, связанного с породами юрской угленосной формации. Кроме того, лёссовые грунты отмечаются в составе пойменной фации аллювия (aQ3) третьей и четвертой террас, перекрытой субаэральной толщей. Для территории Иркутска впервые составлена схематическая карта распространения лёссовых грунтов, которая сопровождается типовыми геолого-литологическими колонками, а также инженерно-геологическими профилями, где по опорным скважинам выделены просадочные зоны, установленные в вертикальном разрезе грунтовой толщи.

Комплексное изучение просадочности лёссовых грунтов по шести площадкам инженерно-геологических изысканий на территории города, которое проводилось с применением указанных методов и выходило за рамки набора стандартных параметров, показало, что к числу антипросадочных признаков относятся смешанный (агрегированно-скелетный) тип микроструктуры, крупнопылеватый элементарный тип структурной модели, резерв обогащённой смектитом тонкоглинистой фракции, заключённый в агрегатах, и связанное с этим резервом набухание. В то же время установлено, что образцы со смешанным типом микроструктуры, низкими значениями у плотности скелета (<1,60 г/см ) и высоким набуханием при условии небольшого водонасыщения (степень влажности <0,5) оказываются просадочными при дополнительном (0,3 МПа) давлении. Кроме того, выявлена возможность редуцирования просадочности на застроенных территориях в результате повышения влажности лёссовой толщи при техногенных утечках из подземных коммуникаций, что в ряде случаев приводит к деформациям зданий и сооружений.

Качественный и количественный анализ взаимосвязей параметров микроструктуры, набухания, физического состояния (степень влажности, природная плотность и плотность скелета грунта) и просадочности лёссовых грунтов, распространенных на территории Иркутска, показали сложность их взаимодействия и подтвердили необходимость получения комплексной информации для достоверной оценки возможных просадочных деформаций.

Установлено, что при определении коэффициента относительной просадочности наиболее корректные результаты даёт метод «одной» кривой, так как региональной особенностью лёссовых отложений территории Иркутска является обогащение их тонкоглинистой фракции смектитом, который определяет склонность грунта к набуханию при степени влажности менее 0,80,9. Расчёты по программе «Decompose» показали, что содержание смектита достигает 40-70 %.

В связи с этим при проведении инженерно-геологических изысканий на строительных площадках города в процессе выполнения лабораторных работ по изучению просадочности лёссовых грунтов следует установить величину относительного набухания для каждого образца-монолита; если его величина превышает 4 %, то для определения просадочности необходимо использовать метод: «одной кривой» или «комбинированный» метод, предложенный в данной работе.

Схематическая карта распространения лёссовых грунтов и результаты комплексного изучения их состава, микроструктуры, набухания, показателей физического состояния явились основой для составления методических рекомендаций по оценке их просадочности, направленных на оптимизацию инженерно-геологических изысканий на территории города Иркутска.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Гринь, Наталья Николаевна, Иркутск

1. Абелев М.Ю., Левченко А.П. Оценка просадочности грунтового массива из лёссовых грунтов // «ОФМГ». 2001. - № 6. - С. 18-21.

2. Акулова В.В. Структура, просадочность и тиксотропно-реологические свойства лессовых пород Иркутского амфитеатра: Автореф. дис. . канд. геол,-мин. наук. Иркутск, 1994. - 18 с.

3. Акулова В.В., Рященко Т.Г. Инженерно-геологические условия территории города Иркутска // Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2003.-С. 234-239.

4. Алексеев В.М., Швецов А.Я. Опорно-геологические разрезы просадочной толщи города Воронежа // Инженерная геология массивов лёссовых пород. Тр. Межд. науч. конф. М.: Изд-во МГУ, 2004. - С. 85-86.

5. Ананьев В.П. Минералогический состав и свойства лёссовых пород. -Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовск. ун-та, 1964. 200 с.

6. Ананьев В.П. Лёссовые образования на земном шаре // Геоэкология. -2004 а. № 1. - С. 27-32.

7. Ананьев В.П. Лёссовый покров России: Учебное пособие. М.: ИД «Юриспруденция», 2004 б. - 112 с.

8. Берг Л.С. О почвенной теории образования лёсса. Изв. Геогр. ин-та, 1926,-вып. 6.-С. 73-92.

9. Берг Л.С. Климат и жизнь // 2-е изд. М.: Географгиз, 1947. 356 с.

10. Богучанское водохранилище. Подземные воды и инженерная геология территории / Под общ. ред. М.М. Одинцова. Новосибирск: Наука, 1979. -155 с.

11. Братское водохранилище. Инженерная геология территории / Под общ. ред. М.М. Одинцова. М.: Изд-во АН СССР, 1963. - 274 с.

12. ГОСТ 12071-00. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов. М.: Изд-во стандартов. - 21 с.

13. ГОСТ 23161-78. Грунты. Метод лабораторного определения характеристик просадочности. М.: Изд-во стандартов. - 9 с.

14. ГОСТ 24143-80. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик набухания и усадки. М.: Изд-во стандартов. - 18 с.

15. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. М.: Изд-во стандартов.29 с.

16. ГОСТ 5180-84. Грунты. Метод лабораторного определения физических характеристик. -М.: Изд-во стандартов. 24 с.

17. Григорьева И.Ю. Микростроение лёссовых пород // МГУ. М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2001. - 147 с.

18. Григорьева И.Ю. Микростроение лёссовых пород как основа для прогноза их просадочности // Инженерная геология массивов лёссовых пород. Тр. Межд. науч. конф. М.: Изд-во МГУ, 2004. - С. 18-19.

19. Гринь Н.Н. Просадочность и набухание лёссовых грунтов территории города Иркутска // Тезисы докладов Второй Сибирской международной конференции молодых учёных по наукам о Земле. Новосибирск: Новосибирский государственный университет, 2004 а. - С. 56-57.

20. Гринь Н.Н. Новые подходы к определению характеристик просадочности лёссовых грунтов в лабораторных условиях // Строение литосферы и геодинамика: Материалы XXI Всероссийской молодёжной конференции. Иркутск: Изд-во ИЗК СО РАН, 2005. - С. 217-218.

21. Гринь Н.Н. Центр геолого-экологических исследований ИрГТУ: интеграция результатов производственных изысканий и научных разработок // Вестник ИрГТУ. 2007. - № 1. - С. 25-27.

22. Гринь Н.Н., Рященко Т.Г. Просадочность лёссовых грунтов территории города Иркутска // Сергеевские чтения. Вып. 5. М.: ГЕОС, 2003. -С. 23-28.

23. Гурьянова Т.Г. Об условиях формирования лессовых пород Верхнего Приангарья // Геология и геофизика. 1963. - № 11. - С. 87-93.

24. Данилов Б.С. Кластерный анализ в EXCEL // Строение литосферы и геодинамика. Материалы научн. конф. Иркутск: Изд. ИЗК СО РАН, 2001. -С. 18-19.

25. Демьянович Н.И. К оценке природно-техногенных опасностей при освоении склонов в зоне перспективной застройки г. Иркутска // Сб. научных трудов «Город: прошлое, настоящее, будущее». Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1998.-С. 81-84.

26. Домрачев Г.И. Лёссовые породы южной части Ангаро-Ленского междуречья: Автореф. дис. канд. геол.-мин. наук. Пермь, 1967. - 24 с.

27. Кадыров Э.В. Закономерности распространения лёссов на поверхности Земли // Пробл. инж.-геол. и гидрогеол. Ташкент, 1990. - С. 4952.

28. Климат Иркутска / Под ред. Ц.А. Швер и Н.П. Форманчука. -Ленинград: Гидрометеоиздат, 1981. 246 с.

29. Коломенский Е.Н. Генезис лёссовых пород и формирование их свойств // Генезис и модели формирования свойств грунтов. М.: Изд-во МГУ, 1998.-С. 55-56.

30. Коломийцев Н.В. Опорный разрез «Ательский» // Инженерная геология массивов лёссовых пород. Тр. Межд. науч. конф. М.: Изд-во МГУ, 2004. - С. 87-88.

31. Кригер Н.И. Лёсс. Формирование просадочных свойств // ПНИИИС. -М.: Наука, 1986.- 132 с.

32. Крылков Ю.В. Инженерно-геологическое значение выделения перигляциальной и лёссовой формаций. М.: Наука, 1965. 163 с.

33. Ларионов А.К. Методы исследования структуры грунтов. М.: Недра, 1971.-200 с.

34. Леггет Р. Города и геология. -М.: Мир, 1976. 557 с.

35. Лёссовые породы СССР. М.: Наука, 1966. - 256 с.

36. Лёссовый покров Земли и его свойства / под ред. В.Т. Трофимова. -М.: Изд-во МГУ, 2001. 464 с.

37. Ломтадзе В.Д. Физико-механические свойства горных пород. Методы лабораторных исследований. Л.: Недра, 1990. - 327 с.

38. Лукашев К.И. Проблема лёссов в свете современных представлений. -Минск: Изд. АН БССР, 1961. 219 с.

39. Мавлянова Н.Г. Влияние строительства метрополитена на состояние лёссовых пород в городе Ташкенте // Инженерная геология массивов лёссовых пород. Тр. Межд. науч. конф. М.: Изд-во МГУ, 2004. - С. 133-134.

40. Мавлянов Г.А. Генетические типы лёссов и лессовидных пород центральной и южной части Средней Азии // Тр. комиссии по изучению четв. периода. 1957, Т. 13.-С. 271-273.

41. Мавлянов Н.Г. О формировании просадочных лёссовых пород Средней Азии // Инженерная геология лёссовых пород. Кн. 1. - М.: Изд-во ПНИИИС, 1989.-С. 20-21.

42. Мавлянов Н.Г. Высотная поясность лёссовых пород и их свойств // Инженерная геология массивов лёссовых пород. Тр. Межд. науч. конф. М.: Изд-во МГУ, 2004. - С. 12-13.

43. Максимова Т.В. Нескребина Н.В. Особенности лессовидных грунтов Владимирской области // Инженерная геология массивов лёссовых пород. Тр. Межд. науч. конф. -М.: Изд-во МГУ, 2004. С. 106-107.

44. Минервин А.В. Моделирование формирования сезонной плотности и просадочности в пылеватых осадках водного происхождения в природных условиях юга Сибири // Тр. межвуз. конф. по строительству на лёссовых грунтах. М.: Изд-во МГУ, 1973. - С. 75-77.

45. Минервин А.В. Формирование просадочных свойств лёссов из эоловой пыли в современных условиях Средней Азии // Инженерная геология. -№3,-1979.-С. 78-85.

46. Минервин А.В. Природа просадочности и генезис лёссовых пород // Проблема лёссовых пород в сейсмических районах. Ташкент: Фан, 1980. - С. 103-105.

47. Молодых И.И. Лессовые породы южной части Ангаро-Окинского междуречья // ИГВСФ СО АН СССР. Иркутск, 1958. - 56 с.

48. Москвитин А.И. Лесс и лессовидные отложения Сибири // Тр. Ин-та геол. наук АН СССР. Вып. 14. 1940. - 82 с.

49. Нариманянц Е.В., Коробкин В.И. Региональная оценка устойчивости лёссовой геологической среды по просадочности в пределах урбанизированных территорий // Инженерная геология массивов лёссовых пород. Тр. Межд. науч. конф.-М.: Изд-во МГУ, 2004.-С. 16-17.

50. Обручев В.А. Проблемы лёсса // Тр. II Межд. конф. Ассоциации по изуч. четвертичного периода Европы, M.-JL: ОНТИ, вып. 2,1933,- С. 115-137.

51. Обручев В.А. Детальное изучение лессов и лессовидных пород -очередная задача географов, геологов и почвоведов Сибири // Вопросы географии Сибири. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1953. - С. 16-27.

52. Осипов В.И., Соколов В.Н. Природа и механизм просадки лёссов // Геоэкология. 2000. - № 5. - С. 422-431.

53. Осипов В.И. и др. Микроструктура глинистых пород / Осипов В.И., Соколов В.Н., Румянцева Н.А. М.: Недра, 1989. - 211 с.

54. Рябченков А.С. К вопросу о происхождении лёсса Украины в свете минералогических данных // Бюлл. комиссии по изучению четвертичного периода. 1955. - № 20. - С. 45-49.

55. Рященко Т.Г. Вещественный состав и физико-механические свойства лёссовых пород юго-западной части Иркутского амфитеатра: Автореф. дис. . канд. геол.-мин. наук. Иркутск, 1967. - 21 с.

56. Рященко Т.Г. Опыт применения кластер-анализа при инженерно-геологических исследованиях // Инженерная геология. 1980. - № 3. - С. 108114.

57. Рященко Т.Г. Литогенез и инженерно-геологическая оценка четвертичных отложений (Восточная Сибирь) // ИЗК СО АН СССР. -Новосибирск: Наука, 1984. 164 с.

58. Рященко Т.Г. Инженерно-геологические основы сейсмического микрорайонирования (на примере аймачных центров МНР) // Сейсмические свойства грунтов. -М.: Наука, 1985. С. 85-97.

59. Рященко Т.Г. Проблемы и принципы регионального грунтоведения // Сергеевские чтения. Вып. 2. М.: ГЕОС, 2000, - С. 44-51.

60. Рященко Т.Г. Версии формирования просадочности лёссовых пород Приангарья и Забайкалья // Инженерная геология массивов лёссовых пород. Тр. Межд. науч. конф. -М.: Изд-во МГУ, 2004. С. 66-67.

61. Рященко Т.Г., Акулова В.В. Грунты юга Восточной Сибири и Монголии. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1998. - 156 с.

62. Рященко Т.Г., Гринь Н.Н. Влияние просадочного процесса в лёссовых грунтах на степень устойчивости геологической среды города Иркутска // Сб. научных трудов «Город: прошлое, настоящее, будущее». Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004.-С. 120-124.

63. Рященко Т.Г., Гринь Н.Н. Город Иркутск и лёссовая проблема: эволюция взглядов и методических подходов // Материалы Международной конференции «Город и геологические опасности». Часть I. С-Петербург: Изд-во ВНИИГ им. Веденеева, 2006 а. - С.184-192.

64. Рященко Т.Г., Акулова В.В., Макаров С.А. Картографическая модель геоэкологического состояния территории // География и природные ресурсы. -2001.4.-С. 110-117.

65. Рященко Т.Г. и др. Инженерно-геологическая оценка мезо-кайнозойских отложений (Восточная Сибирь и Монголия) / Рященко Т.Г., Данилова Т.Ф., Нетесова Г.Е., Малышева Л.В., Акулова В.В Новосибирск: Наука, 1992. - 120 с.

66. Рященко Т.Г., Акулова В.В., Соколов В.Н., Григорьева И.Ю., Жу Вэнь Д., Чжен Чжон Ч., Чун Шао С. Анализ микроструктуры лёссов из района Северного лёссового плато Китая // Геоэкология. 2000. - № 3. - С. 234-240.

67. Рященко Т.Г., Акулова В.В., Протасова Е.В., Хотулев Р.А. Геоэкологическая оценка территории г. Иркутска (картографическая модель) // Архитектура и строительство. Тез. докл. научн.-техн. конф. Томск: Изд-во ТГАСУ, 2002.-С. 62-63.

68. Сергеев Е.М. Инженерная геология. М.: Изд-во МГУ, 1978. 383 с.

69. Сергеев Е.М., Минервин А.В. Сущность процесса облессования в подзолистой зоне // Вестник МГУ, сер. геологич., 1960. -№3. - С. 3-14.

70. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений.

71. СНиП П-Б.2-62 Основания и фундаменты зданий и сооружений на просадочных грунтах.

72. Соколов В.Н. Проблема лёссов // СОЖ. 1996. - № 9. - С. 86-93.

73. Солоненко В.П. Очерки по инженерной геологии Восточной Сибири // ВСГИ, ИГУ СО АН СССР. Иркутск: Иркутское книжное изд-во, 1960. - 88 с.

74. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства.

75. Текучев Ю.Б., Бондарева Л.И. Происхождение лёссовых пород и их просадочности. Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2005. - 152 с.

76. Текучев Ю.Б., Конашинская Е.П., Масловская Е.Г. Просадочность лёссов Доно-Сальского междуречья // Инженерная геология массивов лёссовых пород. Тр. Межд. науч. конф. М.: Изд-во МГУ, 2004. - С. 104-105.

77. Трацевская Е.Ю., Галкин А.Н. Закономерности развития суффозионно-просадочных явлений на территории Белоруссии // Инженерная геология массивов лёссовых пород. Тр. Межд. науч. конф. М.: Изд-во МГУ, 2004.-С. 108-109.

78. Трофимов В.Т. Теоретические аспекты грунтоведения // МГУ. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2003 а. - 114 с.

79. Трофимов В.Т. Теория формирования просадочности лёссовых пород // МГУ. М.: ГЕОС, 2003 б. - 275 с.

80. Трофимов В.Т. Экстремальные значения показателей просадочности лёссовых пород Северной Евразии // Инженерная геология массивов лёссовых пород. Тр. Межд. науч. конф. М.: Изд-во МГУ, 2004. - С. 10-11.

81. Усть-Илимское водохранилище. Подземные воды и инженерная геология территории / Под общ. ред. М.М. Одинцова. Новосибирск: Наука, 1975.-215 с.

82. Физико-механические свойства и вопросы формирования лессовых пород Сибири / Под общ. ред. В.Д. Ломтадзе М.: Наука, 1968. - 156 с.

83. Хотулев Р.А., Рященко Т.Г., Акулова В.В., Протасова Е.В. Оценка грунтовых толщ при геоэкологических исследованиях на территории города Иркутска II Сергеевские чтения. Вып. 5. М.: ГЕОС, 2003. - С. 526-531.

84. Худайбергенов A.M. Особенности антропогенных изменений лёссовых пород на территории городов Узбекистана // Инженерная геология массивов лёссовых пород. Тр. Межд. науч. конф. М.: Изд-во МГУ, 2004. - С. 131-132.

85. Черский И.Д. О послетретичных образованиях Сибири // Труды СПб. Общ-ва естествоиспытателей. 1887. - Т. 28, вып.1. - С. 1-16

86. Шаевич Я.Е. Состав, инженерно-геологическая характеристика и районирование лёссовых пород района г. Новосибирска: Автореф. дис. . канд. геол.-мин. наук. Иркутск, 1967. - 20 с.

87. Шаевич Я.Е. Цикличность в формировании лёссов: Опыт системного подхода. М.: Наука, 1987. - 104 с.

88. Швецов А.Я. Эолово-почвенная гипотеза происхождения лёссов Алтая и их инженерно-геологические особенности: Автореф. дис. . канд. геол.-мин. наук. Барнаул, 1998. - 41 с.

89. Швецов А.Я. Лёссы Алтайского края // Вестник АГТУ. 2000. - № 1. -С. 36-38.

90. Швецов Г.И. Проблемы использования лёссовых просадочных грунтов юга Западной Сибири как оснований зданий и сооружений // Лёссовые просадочные грунты: исследования, проектирование и строительство. -Барнаул: Изд-во АГТУ им. Ползунова, 1997. С. 3-25.

91. Derbyshire Е., Meng X., Wang J., Zhou Zh. and Li B. Collapsible loess on the loess plateau of China // Kluwer Academic Publishers. Printed in the Netherlands, 1995. P. 267-293.

92. Evstatiev D., Antonov D. Loess collapsibility problem in Bulgaria // International simposium on latest natural disasters new challenges for engineeringgeology, geotechnics and civil protection // September 5-8, 2005, Sofia, Bulgaria. -P. 30.

93. Levi K.G., Miroshnichenko A.I., San'kov V.A. et. al. Active faults of the Baikal depression // Bull. Centre Rech. Elf Explor. Prod. 1997. V. 21. №2. P. 399434.

94. Liu Z., Wang S., Wang Y. et. al. Some noticeable aspects of the engineering properties of deep seated loess in China // Aspect of loess research. China Ocean Press. Beijing, 1987. P. 378-386.

95. Ryashchenko T.G. New techniques for determination of mineral composition of clay fraction in soils // Proc. Seventh Intern. Congress Intern. Assoc. of Engineering Geology. V. 2. Balkema, Rotterdam, 1994. P. 677-682.

96. Заместитель генерального д • ОАО «Иркутскгипродорнии1. Д.П. Беспалов

97. Начальник департамента Инженерной подготовки объектов ОАО «Иркутскгипродорнии»1. B.C. Патрухин