Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Структура, просадочность и тиксотропно-реологические свойства лессовых пород Иркутского амфитеатра

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Структура, просадочность и тиксотропно-реологические свойства лессовых пород Иркутского амфитеатра"

российская академия наук сибирское отделение институт земной коры

РГб он

На пр.щах рукописи

Акулова Варвара Викторовна

СТРУКТУРА, ПРОСАДОЧНОСТЬ И ТИКСОТРОПНО--РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛЕССОВЫХ ПОРОД ИРКУТСКОГО АМФИТЕАТРА

04.00.07 - инженерная геология, мермотопедение, грунтонсденис

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогичсских ипук

Иркутск - 1944

Работа выполнена в Институте земной коры СО РАН

Научный руководитель - доктор геолого-минералогических наук Т.Г.Рященко

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор Г.И.Швецов кандидат геолого-минералогических наук В.Н.Попов

Ведущая организация: АО "ВостСибТИСИЗ"

Защита состоится " <Р " 1994 г.

в (У часов на заседании регионального специализированного совета Д 003.07.02 при Институте земной коры СО РАН по адресу: 664033, Иркутск, ул.Лермонтова, 128

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского научного центра СО РАН (в здании Института земной хоры СО РАН),

Автореферат разослан "¿{/О* (1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат геолого-минералогаческих наук

Ю.И.Кустов

ОНЦАЯ ХАРАКТШСША РАБОТЫ

Практически повсеместно при возведет;« и гксплуагацки пккенернкх сооружений на лессовнх грантах сталкиваются с лалекхсм просадочкости. Обеспечение устойчивости зданий и сооружений остается одной из наиболее паяных н слок-ных проблем современного строительства. Однако решить эту явда-чу невозможно без детального анализа характера проявления про-садочиости в вертикалькой разрезе лессовой толед.

В последние годы закономерно бил поставлен вопрос о необходимости проведе«:.<1 объединенжад усилкяк» науки и производства комплексных исследований разрезов лессовых пород по методика«, сыходасзш за рамка Ci'¿ilion.

Терркториг исследований традиционно охзагавает нанболеи освоенные и перспектитшз районы Иркутской области, которые расположен»' в пределах Иркутского амфитеатра. Яессовиз отложения здесь сиро;-.о распространены я достаточно изучены. -Ккейииося региональные катеркахы (Рнщенко, ISM.I983) свидетельству»? о си-роком диапазоне изменений просеодгашх .свойств дессссих пород и о проявлении дки кабухаекосгл. Это обстоятельство определило необходимость когатяексгпгх исследргалий .грунтов е цель» пояуче-1гля типоакх споринх разрезов яессошис толщ и рзгиокаяышх корм по {шлкчюж показателя»! состава, структуры и свойств.

ÍÍ5£LJL¿MISiJ!SS£áil2S2HIlñ« Основная цель проведение работ заключалась в выяснении характера изменения просадочноста и ее связи со структурой в лессовых топях, раэличашяхея по генезису, геоморфологическое положения, находкздхся а раэли'ямг. почвешо-раститадышх зонах к приуроченных и районам интенсивного освоения.

В работе резались еяедукаие задачи: И комплексная оценка лессовых отложений Иркутского амфитеатра по опорни» разрезам; 2) анализ структурных особенностей, определяюпях проявление про-садочности; 3) получение обобщеннее показателей состава, структуры и свойств лессовых грунтов; 4) типизация лессовых тола по характеру проявления а них просадочкоста; 5) экспериментальное исследование тиксотропно-реологкческих свойств лессоеых пород; 6) разработка рекомендаций по оптимизации инженерно-геологических изысканий на лессовых грунтах.

Фактический материал. В основу диссертационной работы положены результаты исс-едоввний, вьятнявпихся автором с конца I9S7 по 1992 г, в лаборатории мерзлотоведения я грунтоведения Института земной коры СО РАН по теме НИР "Разработка инженерно-геологических и инженарно-геодишшическкх основ рационального осиоения геологической среды в условиях Сибири" (К> гос. регистрации 032864).

Автором проводились полевые (документация и опробование выработок), лабораторные (определение показателей физических и деформационно-прочностных свойств), экспериментальные (изучение тиксотропно-реологичзских ссойстп) и теоретические исследования. Большую поыоць в проведении эксперимента по вибрации оказал к.г.-и.ti. С.А.Макаров. Определение показателей химического состава и фкзико-хишческих свойств осуществлялось в лаборатории мерзлотоведения и грунтоведения Института аемиой коры СО РАН Т.Ф.Даниловой, Г.Е.Нетесовой и Л.В.Малышевой. Фотографирование микроструктур лессовых грунтов выполнялось Г.А.Тнконо-вой. Изучение минерального состава пвечано-пылеватых и глинистых фракций проведены в Центральной лаборатории ПРО "Иркутск-геология". Исследование иикроструктур лессовых грунтов в процессе просадки выполнено в проблемой лаборатории МГУ под руководством д, г.-м.н. В.Н.Соколова.

Изучено 9 опорных разрезов глубиной 10-30 м. Для каядого образца грунта определялось до 46 признаков-показателей. Общее количество образцов составило более 200, различных лабораторных анализов около 10 ООО.

Научная новизна работы. Впервые получены комплексные данные по оценке лессовых пород региона, включающие исследования микроструктур с поиощьв растровой электронной микроскопии и эксперимент по изучении тиксотропно-реологических свойств.

Выделены основные типы микроструктур лессовых грунтов региона.

Установлены особенности ден&мики микроструктуры в процессе просадки для просадочно-кабухавщих грунтов.

Проведен анализ структурных особенностей, вликгааях на проявление просадочности.

Детальные исследования прог'дочноста лессовых грунтов, в том числе сопоставление результатов различных методов (одной в двух кривых), длительное замачивание, расчеты по прогнозному

ураакскка позволили произвести типизацию лессовых толщ региона по характеру просадочностм.

Зоврэдасмае|положения.I. Комплексная оценка лессовых грунтов по опордам разрззэм позволила тгятть следукзко региональные факторы просадоедоога: а) структурше особенности, вклочав» щ»о тая кикроструктури, степень егроглроканностк, содержание и состав глинистых ьмнераяов; б) габухаеиость; в) плотность и степень водекасызугшя.

2. По особенностям состава,строения н проявлению просодоч-ностя в лессовых толщах ксследеекого региона выделено четыре типа: п) кепросодочиий; б) двухзональный по просадочноста; гз) проеедошгей! г) разнородный по гсрссадочиости.

3. Лессосыз грунты Иркутского амфитеатра являются слаботи.т-сотропшдаи' обрааоваиибмс, при этом грунты кекаруиениой структуры иногда йреяэдязт ькбраг^оккое упрощенно. Одяагго грунта нарушенной структуры (пасты) хардктермзувтся таксотропным раэупрач-кенвеи при различных зиачетмлх влагкостк и вертикальных нагрузках О,№--0,2 И1а.

4. Процесс!! поязучэста п лессовых грунтах рэп:ока. развиваются кктенскско н сопропогдештся рззтал падением прочности*

Пгастич&ское зкачеяке у&бот. Составлении* карта «шизацдк. ккясиерио-геслэпгаасккх усяовяй к просадочкости лессовых пород Иркутского тф'лсамгра способствует оптимизации кн»енерно-геояо-гачосгях изысканий на территория Иркутской облает.

Дана оцгнка тиксотропно-раологических свойств лессовых от-лохегай для сейсмоактивного района, которым является Иркутский амфитеатр.

Апробация работ». Основные положения диссертации докладывались на конференциях молодых научных сотрудников Института земной коры (1990, 1992), Всесоюзной научно-практической конференции "Лессовые просадочнкэ грунты как основания зданий и сооружений" в г.Барнауле (1990). По результатам работа опубликованы монография в соавторстве, а та (же 7 статей и докладов.

Структура и объем-работы. Диссертация состоит из введения, семя глав, заключения, списка литературы (118 наии.) и содержит 98 страниц машинописного текста, 24 рисунка и 17 таблиц.

Работа выполнена в лаборатории мерзлотоведения л грунтоведения Института зеыной корн под научным руководством доктора

б

геолого-шнералогических наук Т.Г.Рященко.

Всем лицам, способствовавши вжолнснкю исследований, научному руководителю работы автор выражает искреннюю благодарность.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРУКТУРЕ ГРУНТОВ

В настоящее время в грунтоведении общепризнано полоаение о том, что структура - сдан кз основных факторов, опрсдеяявднк прочностные и деформационные свойства грунтов. Такое утверждение стало возможным благодаря использовании теории физико-хкиа-чеекой механики дисперсных систем и созданию расчетных моделей, связыадкаих макроскопические параметры прочности с микроскопическими - числом и прочностью индивидуальных контактов. Эти работа были выполнены химиками - П.А.Ребиндером, Е.Д.Щукиным,А.Б. Перцевым, Е.А.Амелиной, В.В.Дерягиным, Н.В.Чураевым, а также грунтоведами - И.К.Горьковой, В.И.Осиновым, Л.И.Кульчицкии,О.Г. Усьяровш к др.

Научный обзор развития представлений о структуре пород в.кк-кенерной геологии, сделанный В.И.Оеиповым, показал, что под структурой штиается "пространственная организация вещества грунта, характеризующаяся совокупностью геометрических, морфометрачее-ккх к энергетических признаков и определяющаяся составом, количественным соотношением и взаимодействием компонент грунта" (Осипов, 1935).

Современные метода исследоввшя позволили изучить структурные особенности лессовых грунтов от макро-до микроуровня.

При макроструктурном анализе на основе детальной документации производилось определение лнтологических видов пород, особенностей их строения (макропористость, карбонатизация, характер включений и т.д.), установление контакта с подстилавдики нелессовыми образованиями, выделение циклессов, которые являются основными структурно-морфологическими элементами лессовой толш! (Шаевич, 1987, Трофимов и др., 1989).

При исследовании деформацмонно-прочностних свойств лессовых грунтов на образцах особое внимание уделялось изучению кккро г-ру>:туры. Определялись размер и.форш частиц, мик^агрегатов, их взаимная ориентация, характер порового пространства и тип спя зей ыееду структурными элементами. Кроме того, применение рас-

тровой электронной мякроскопи« (РЭМ) позволило проследить г.'-'ка-гаку микроструктуры"в процессе деформаций лессовых грунтов.

2. МЕТОДИКА ШПЛЕКСНЬК ИССЗДОВАШЙ СОСТАВА,СШОТРНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ И СВОЙСТВ ЛЕССОВЫХ ГРУНТОВ

Отличительной особенностью изучения лессовых грунтов Иркутского амфитеатра на современном уровне является метод опорных разрезов, который предполагает их сплошное опробование, детальную документацию, установление контакта с подстилаюияыи нелессовыми образованиями и комплексные исследования состава, структуры я свойств.

Лабораторные Исследования екдечали четыре группы показателей; "структурную" (группа показателей, характеризуйся структурные элементы, тип структурных связей и типы структур), "химическую" ( группа показателей химического состава к ({изигсо-химических свойств), "физическую" (группа показателей физического состояния и свойств) и "механическую" (группа показателей деформационных я прочностных свойств). Автор придерживается точки зрения Т.Г.Рятанко н считает возможный не выделять самостоятельную группу показателей минерального состава, а отнести их к числу структурных, так как, с одной стороны, минералы являются качественным вырэяешем элементов структуры, с другой - цементи-рутаяа веществом, опредеяяюдин прочность структурных связей.При проведении исследований использовались в основном стандартные негодяю« (Методическое пособие..., 1984; Лоытадзе, 1990), а так-ае региональная комплексная методическая схема, разработанная И апробированная в Институте земной коры СО РАН (Рященко, IS84; Ряяанко и др.» 1992). Изучение просадочности осуществлялось по специальной схеме (Меторяческив укг.«?ания..., 1987).

Применена методика изучения микроструктур на растровом электронном микроскопе при увеличении до 5СОО раз. Данные об изменениях микроструктур в процессе просадки лессовых грунтов, которые включали количественные характеристики, были получены с помощь» автоматизированного анализа микроструктуры по программе разработанной в проблемной лаборатории МГУ (Сасов, Соколов,1984).

При изучении тиксотропно-реологических свойств лессовых грунтов выполнялись экспериментальные исследования, связанные с вибрационными воздействиями и длительными сдвиговыми иепчтакчя-■ т. Для этих целей использовалась виброплощадка 435-А ( частота

50 Гц, амплитуда 0,65 мм), на которой был установлен компрес -«точный прибор ПЛЛ-9, а ьатом сдвиговой ВСВ-25. Вертикальнее деформации образца при вибрации регистрировались с помощь» потенциометра, сигнал которого фиксировался саыошсцем Н338-8. В качество показателя прочности использовалось сопротивление сдаигу (% ). Измерения проводились до и после еибраош яо схеме быстрого сдвига без предварительного уплотнения; рассчитывался «оэф-фиг^ект разупрочнения вибрации # Вр£шя вибрационного

, t до вибрации воздействия «¿менялось от 30 секунд до 5 минут.

При изучении р' алогических процессов рассматривалось изменение прочности при длительном действии горизонтальной нагрузки. Использовался сдвиговой прибор ВС&-25 с автоматической приставкой, позволяющей проводить испытания с постоянной скорость» деформирования, которая составляла I,5.10"® см/с, а Полученная сдвиговая прочность придамалась за длительную. Быстрый сдвиг осуществлялся на приборе ПЛЛ-9 со скоростью деформироавшя 2 -2,5.10"^ см/с. Полученная по ртой методике величина сдвиговой прочности принималась за условно-мгновеинуа. Проводилось сопоставление длительной и условно-мгновенной прочности грунта.

3. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЛЕССОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ИРКУТСКОГО АМФИТЕАТРА

Лессовые образования Приангарья впервые описал геолог И.Д. Черский (1687), указывая на их "эояийное" происхождение. Последующие исследователя - П.Л.Тугховский, В.А.Обручев, В.В.Домбров-ский, В.Д.Ломтадэе, - А.П.Бакинский, А.И.Москвитин и др. связывали образование лессовидных суглинков Прииркутского участка Ангары с различными процессами - эоловым, пролввиальным и делювиальным. Позднее благодаря работам И.И.Ыолодых, В.П.Солоненко, Г.Б.Пальши-на, Н.А.Логачева, Л.А.Сироткина, 1*.И.Домрачева, Т.Г.Рященко и др. был накоплен обширный материал по условиям распространения, вещественному составу и свойствам лессовых пород.

Лессовые отлояенмя широко распространены на территории Иркутского амфитеатра и Занимают примерно 60^ площади. Мощность от-лояений изменяется от I--4 до 15-20 м; в пределах террас ого? имеют покровное залегание, на водоразделах и склонах ~ островное.

Согласно инженерно-геологической классификации лессовых пород региона, выполненной по материалам Т.Г.Рященко, лессовые от-

ложения входят в состав образований семиарйдного холодного гли- ■ тта перигляциальной зоны среднего-верхнего плейстоцена (алл>>-виальиый и делювиальный генетические типы) и гу.-видного умеренного климата голоцена (аллювиальный, элювиально-делювиальный, делювиально-пролювиальный генетические типы). В литологическом отношении они представляют собой лессовидные супеси, суглинки, "связные" пески (Ряаенко, 1984), очень редко глины, разной степени пылеватости, агрегированноета и пластичности.

В последние годк (1987-1992) нами били выполнены исследования лессовых толщ Иркутского амфитеатра с цельв анализа характера проявления просадочности в вертикальном разрезе. В результате получены новые комплексные данные по 9 опорным разрезам, расположение которых определялось приуроченность»! к разным геологическим формациям (угленосная юрская, терригенгая ордовикская, красноцветная. терригенная средне-верхнекембрийская), геоморфологическим элементам (междуречье, склон, терраса), современным почвенно-растительные зонам (гстная лесостепная И северны» таежная), а такке к территориям интенсивного освоения.

Большая, часть главы посвящена детальному описания и анализу опорных разрезов лессовых пород региона. Выделены циклично построенные лессоаые толщи. Инженерно-геологические особенности циклессов связаны с историей формирования в процессе литогенеза, в частности с ролью эолового фактора на стадии седиментоге-неза и степенью вторичных преобразований.

В качестве примера приведем характеристику разреза> 1,расположенного на Ангаро-Ушаковеком междуречья в южной лесостепной зоне Приангарья. Он представлен вёрхиеплейстоценовыми делювиальными образованиями - лёссовидными супесями и суглинками с углистыми включениями и неравномерной мпчропормстостью. Установлен контакт лессовой толии и элювиальной зоны юрских пород. Выделены три циклесса: верхний (10,9 м), средний. (5,8 м) и нижний (3,8 м). Установлены общие особенности лессовой толщи, а также частные признаки циклессов.

К общим особенностям откосятся ьысокая пылеватость, агреги-рованность, низкая пластичность, твердая консистенция, малое содержание водорастворимых солей, равномерное по разрезу еедержание пелитоморфных карбонатов, преимущественно келссистыу, повышенная фтико-химиччекая иктипность, преобладаний монтморилло -

ни та. в глинистой фракции, щелочная реакция среды, высокие плотность, водонасыщение и набухаешсть. Выявлены также хоровая сортировка терригенного материала, наличие колец-медальонов м ооли-тов-агрвгатов, греоблаг^ше агрегированной микроструктуры.

Анализ минерального состава показал, что для верхнего цик-язсса характерно высокое содеркаше амфиболов (ЗОЙ) и постоянное присутствие гкдроелвд. Средний циклесс аналогичен верхнему, но в не« снижается содержание амфиболов {20$). В нижнем четко ф«ксяруйтся корроляторы с ¡орешки породам«. - граната, руд^ше, монтмориллонит и хлорит.

В разреза преобладают непросадочнаа разновидности грунтов. Из 2? образцов только 6 проявили просадочные деформации при нагрузке 0,2-0,5 МПа на глубинах 1,8-3; 8,5-10,2; 14,7 м,

Аналогичная информация представлена по остальным разрезам. Полученный материал комплексной оценки лессовых грунтов региона составил фактологическую основу для типизации лессовых тоад по просадочности и рекомендаций в целях оптимизации инженерно-геологических изыскания.

4. СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЛЕССОЕШХ ГРУНТОВ

Согласно современному определению структуры, ее оценка невозможна без получения целого ряда показателей, характеризующих структурдае олементы, тага структурных связей и типылмяроетрук-тур. С этой целью определялись грануложтрнческий состав, коаф-ф|циенты агрегированное™ и шкроагрегатности, минеральный состав песчано-пылеватой и глинистой фракций, содержание гумуса, сояэй, аморфных и подвижных компонентов, а также типы микроструктур грунтов по опорным разрезам.

Комплексная оценка структуры лессовых грунтов региона позволила; выявить следугадае их особен, асти.

В состава лессовых пород преобладают супеси, легкие и средние суглинки и пески ст слабо- до силмгаагрегировагап«, обогащенные {дэлкозернистой песчаной фракцией с пластафншфованно- коагу-ляционными и цементационными связям.

Высокое содержание слабоузтойчивьгх минералов в составе пес-чано-гшлеватой фракции (амфибол, пирохсен, опидот и др.) указывает на холодный сухой климат перягляшшльной зоны, в условиях которого шло накопление лессовых отложений.

Оценка структурообразующих элементов показала, что лессовые грунта характеризуются высокой карбонатизадаей (преобладали СаСОд или РеСО^) и слабой засоленностью. Основные структурные связи создаются за счет карбонатов и глинистой составляющей, которая включает глинистые минералы, аморфныз полуторные окислы и подвижные форма окиси адоминия.

. Установлено, что состав глинистых минералов оказывает влияние на прочность (водоустойчивость структурных связей) и свойства (набухаемость, просадочность) только в связи с тем или кика количеством монтмориллонита (вермикулита), которые более гидро-фяльны, являются набухающими минералами и создают контакты как внутри агрегатов (глобул), так и между ними. Исследования показывает, что эти контакты часто оказываются кеиодостойкими и тогда набухающие (содергивдие в глинистой фракции монтмориллонита до 50%) грунты проявляют просадочяые деформации при дополнительном рдэлёняи 0,2-0,3 МПа.

Изучение микроструктуры лессовых грунтов региона с помощью РО.Ч позволило выделить основные структурные элементы и типы микроструктур. Установлены следующие виды структурных элементов: песч5шае и крупнопылеватае зерна, часто с глинистой "рубапкой"; глаадсто-галеватыз (140x180 мкм) и пылевато-глинистые (90-180 мкм) агрегаты. Зерна представлены глобулами или имеют неправильную форму, при этом наих поверхности располагаются "узоры" из глинистого вещестйа. Взаимодействие элементов в структуре лессовых пород: осуществляется, в основном, по типу контакты-мостики (Методическое пособие ...,1984), представляющие собой различные цементирующие вес;:;ства - соли, окислы железа, органика, аморфный кремнезем, подвижная окись алюминия и т.д.

Выделено три основных типа микроструктур: агрегированная, ячеистая и скелетная.

Для оценки изменения микроструктуры лессовых грунтов в процессе иросадочных деформаций анализировались пробы грунта а'природном состоянии и после просадки при природном и дополнительном (0,3 ИПэ) дадлен:!ях. : ; .

По материалам автоматизированного анализа структуры выявлены следующие изменения различных параметров грунта в результате просадочшх деформаций: I) уменьшение общей: (40-36$) к ксжагро-' гатной. (38-245П пористости; сокращение , общей -плотт пор.<48233-•42ЬР? ур. 2) увеличение чисг» пор .(1463^3794), их пеуимггт-

. 12 .;.-■ : .-■ ".ра (25267-37114 мкм), а также внутриагрегатной (2,1-11,6%) пористости.

Причина нелогичных на первый взгляд изменений микроструктуры объясняется тем, что данные грунты оказались набухающими.

Таким образом, в результате природно-техногенного процесса просадочности происходит перестройка микроструктуры лессового грунта, при втом на иикроуровне действуют процессы набухания, приводящие к увеличений внутриагрегатной пористости и общего числа пор. Б то же время наблюдается уменьшение межагрегатной пористости, которой и вызывает в обием итоге вертикальную реформацию образца.

ПЮСАДОЧИОСТЬ ЛЕССОВЫХ ПОРОД 5.1. Факторы просадочности

Специфическую деформацию, которую проявляют лессовые породы при увлажнении под действием нагрузки - просадочность, I бедует рассматривать как сложный комплекс процессов, поэтому обт>-яснить ее проявлением какого-либо одного фактора нещ .вомерно (Сергеев И др., 1989).

Как указывалось выше, лессовые породы Иркутского амфитеатра относятся к подгруппе лессовидных отложений с большим диапазоном изменения показателей состава, структуры и свойств.

•В результате г-'шлиза факторов, влияющих на проявление просадочности лессовых пород региона, удалось установить, что наиболее значимая роль принадлежит структурным особенностям, включающим тип микроструктуры, содержание и состав глинистых минералов, агрегированное«, а также набухаемости, плотности и степени водонасыщения. Так для грунтов с агрзгированной микроструктурой, высокими значениями плог ости (1,92-1,99 г/с»£), степени водонасыщения (0,7-0,8) просадочность отсутствует в образцах, содержащих больше монтмориллонита и поэтому гроявляияих набухание (5,7%). При меньшем количестве монморилленита глинистые неводостойкие контакты даже при степей» водонасыщения 0,7 и коэф-фивденте пористости 0,73 определяют проявление просадочности.

О ведущей роли микроструктуры' говорят следуюаие факты.

Грунты с одинаковым составом глинистых минералов и близкими значениями агрегированное™ (П-13%), набухаемости (5-6Й) и водонасыщения (0,4) могут быть просадочными, в могут и не прояз-

лять этого свойства. В то же время грунты с разным составом глинистых минералов, различными агрегированностьо (9-14$), на-бухаемость» (3-8£) и степень» водонасыщения (0,3-0,6) являются просадочными. В обоих случаях просадочные деформации определяет скелетный тип микроструктуры.

Таким образом, лессовидные отложения региона - наглядный пример тому, что нет общего правила оценки просадочности лессовых город» поскольку сочетания основных факторов могут быть сажала! различными и приводят они к разным результатам.

5.2. Типизация лессовых толщ по просадочности

При региональных исследованиях на территории юга Восточной Сибири (Рященко, 1969; Рященко, Домрачев, 1970; Ряаенко,1964, 1988) были выделены геолого-генетические комплексы лессовых пород, представлявшие тот или иной тип литогенеза отложений и установлены классификационный значения показателей их состава, структуры и свойств» в том числе и просадочности. Материалы опорных разрезов позволили перейти к следующему этапу - провести типизации лессовых толщ по распределения в них значений коэффициента относительной просадочности» Составлена карта типизации инженерно-геологических условий и просадочности лессовых пород Иркутского вмЗатеатра, на которой отражена следующая информация: строение геологической среда, типы и подтипы геологической среды, характер распростраисняя лессовых пород, опорные разрезы-колонки, типизация ;;ессовых толщ по просадочности, при-родаыа экэодакамическйв процессы я формы их проявления» природ-но-техногенные процессы и формы их проявления, связанные с лес-совьши породам.

V По распределению значений коэффициента относительной просадочности в лессовых толщах регуона выделены следущне типы.

Первый тип - преимущественно непросадочныЯ, с отдельными просадочшпм зонами в верхней и средней части разреза, моноге-нетичный, полицикличный, максимальной мощности (20 м); лессовые породы залегают на междуречьях, сложенных песчаниками и ялепро-литамм юрской угленосной формации.

' Bropoil типдвухзональный по просадочности, мйнргенетич-ный,'Моноцикличный, мощностью 10-12 м; лоссовые породы залега-ит п пределах надпойменных террас на аллювиальных гесчано-глинистых- с/ сложениях. В этом типе выдеялптся два подтипа: а) нерх-

няя зона (до 5 м) - просадочная при дополнительной и, частично, природном давлениях, нижняя (5-12 м) - непросадочная; б) верхняя зона (до 7 м)- кепросадочная» нижняя (7-12 м) - просадочная при дополнительном давлении.

Третий тип - преимущественно просадочный; лессовые порода залегают в пределах надоойменных террас Ангары и Лены на аллювиальных песчано-глинистих отложениях. Здесь такке выделяются два подтипа: а) полигенстичшй, полициклкчный и ионоцик-личныЯ мощность» до 15 м; просадочность проявляется преимущественно при дополнительном давлении, но встречаются недоуплотнен-ние зоны на глубине 7-10 м, где возможна просадочность при природном давлении; б) »йжогенетичныЙ, моноцикличннй, мощность» до 5 и; прогчдочность проявляется при природном и дополнительном явлениях.

Четвертый тип - разнородный по просадочности, моногенетич-иыЯ, моноцикличный, людностью 1-4 м; лессовые отложения залегают в пределах водоразделов и их склонов, сложенных породами красноцветной терригешой средае-верхнекембрийской, терригенно-иарбокатной нижнеордозякской» красноцветной и пестроцвитиой терригеинь-ки средиеордоаикско-силурийской и верхнедевонской,угленосны»« каменноугольной а юрской формация. Ом может быть просадочный или непросадоодш в зависимости от. состава подстилающих пород различных геологаческях формаций и современной поч-секно-растнтельноЯ юнальноста.

6. ТИКСОТРОПШЕ И РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Лессовые грунты, характеризующиеся наличием слабых структурных связей, под влиянием вибрационного воздействия проявляют тиксотропные свойства, которые выражаются в разупрочнении зтах грунтов. Кроме того, сеЯсмиг?ские толчки или интенсивное движение автотранспорта могут вызвать внезапное разжижение тиксотрогоюго слоя, что может быть причиной оползневых явлений, орозии или снижения несущей способности оснований сооружений. Научный обзор проблема динамического разупрочнения грунтов (Осипов, 1983)'.и результаты экспериментальных исследований (Ку-тергин, 1589) свидетельствуют об актуальности этих вопросов. В работе представлены материалы по лабораторному изучению воздействия вибрации иа лессовые и глинистые породы указанного региона. Выбору объектов эксперимента предшествовало детальное ин-

Г 5

кенорко-геологическое нзучзмие опорных лессовых разрезов, кроме того, для сравнения исследовались серые озерно-болотные глины баяндаевской сбиты ( ). Испытания проводались на образцах ненарушенной и наруаенной (пасты) структуры .

В целом лессовые грунта можно отнести к группе слаботигсо-тропкыя образований. Причина подобного явления кроется в их высокой агрегированности, относительно небольшом содержанки глинистой фракции (по данным дисперсного гранулометрического анализа 8-2,5%) и присутствии, а часто и преобладании, монтморил-локат.г в ее составе. Именно атк показатели относятся к числу факторов, поиккапдах проявление тиксотропии (Пуиенский, 1965; Николаева,

В результате проведенных исследований установлено, что лессовые грунты региона характеризуются разнородностью в проявлении таксотропного разупрочнения, которая выракается в том, что груггты ченяруеенной структура иногда проявляют вибрационное упрочнение, но пря их значительном увлажнении (IV- 29-ЗОЙ) проис-холит потеря прочности к Еибрационныз воздействия вызывают вертикальные деформации. Для грунтов нарушенной структуры проявление тиксотрогопг киеет место При разных значениях влаяност (13— 28&) п при вертикальних давлениям 0,02-0,2 Ша. Критериями безопасного поведения грунтов является влакность менее предела пластичности а давление 0,2-0,3 МПа.

Реологические свойства лессовых пород связаны с явлением ползучести. Вопросам влияния схороста прялокегеш горизонтальной нагрузки на сопротивление грунта сдвигу посвящены работе многих авторов (Терцаги, 1936; Охотин, 1950, Коган, 1959; Гольдатейн, 1962: Уаслоэ, 1976; Вялов, 1976; Кульчицкий, 1981; Месчан,1985 и др.). Больвинством исследователей ползучесть рассматривается как такой процесс разрушения, который развивается во времени при напряжениях значительно меньемх, чем прочность, полученная при кратковременных стандартных испытаниях.

Экспериментальные исследования лессовых грунтов региона с целью сопоставления двух вариантов их деформирования проводавксь да образцах лессовидных суглинков с влажностью ниже предела 'Пластичности (17-19?) и плотностью 1,75-1,98 г/см".

/V . . Сопоставление условно-мгновенной и длительной прочности

позволило установить, что грунты с агрегированной кикрострукту-

16 - ■ рой, твердой консистенцией, с относительно повышенными экаченными плотности к прочности характеризуется падением напряженка в процессе ползучести на 40-ШЕ, а грунты со скелетной микроструктурой, которая определяет заниженные значения плотности и прочности, иногда полностью торявг прочность.

Таким образом, процессы ползучести интенсивно развиваются в лессоЕКх грунтах региона.

7. РШОКАЛЬШЕ

Выполненная типизация кюгенерно-геологических условий н просадочности лессовых пород Иркутского амфитеатра, а также выделение основных факторов просадочности позволило дать ряд практических рекомендуй по оптимизации княенерно-геологачеекйк изысканий на лессовых грунтах.

Карту типизации шкеиерно-геологичесшх условий к просадочности лессовых пород Иркутского амфитеатра и сопровождавшие ее таблицы обобщенных значений показателей состава, структуры к свойств грунтов мокко рассматривать как справочное руководства для проведения инженерно-геологических исследований на территории Иркутской области.Предложенная типизация лессовых тола по просадочности определяется их геоморфологическим пологзние« (I тип - мекдуречья, П и Ш - надпойменные террасы Ангара и Доны, 1У - водоразделы и склоны), поэтому геоморфологическая характеристика площадки изысканий позволяет относта разрээы лессовой толпи к одноку из выделенных типов, а, установи« так, шжно прогнозировать с достаточной долей версягноста весь кокп-леке показателей состава, структуры и свойств грунтов.

Поскольку в регионе распространены только лессовидные отложения, для которых характерны различные стадии развития лессовых признаков и, соответственно, большой разброс данных по составу, структурам и свойствам, в том числе и по просадочности, а также редкая встречаемость просадочных деформаций в условиях природного давления, то наиболее надежным „етодом определения коэффициента относительной просадочности оказывается метод одеюй кривой, который рекомендуем проводить по следующей схеме: в условиях природного давления; при фактическом д ¡лении от сооружения; при 0,3 '"Та (для всякого рода сопоставлений).

Оценка факторов просадочности, предварительные расчеты по уравнению (Рященко, 1988), прямые определения при природном и фактическом (от сооружения) давлениях, а также при дополнительной нагрузке (0,3 МПа) - вся эта информация составляет основу реальной обстановки на площадке изысканий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленные материалы являются результатом комплексных исследований лессовых грунтов Иркутского амфитеатра по опорным разрезан.

Условия распространения и залегания, литологические особенности и характер изменения показателей состава, структуры и свойств позволили отнести лессовые порода региона к по^'рутггге лессопвд/ппс отложений.

В пределах Иркутского амфитеатра выделены циклично построенный лессовые тол'дн.

В результате анализа кзаиетсвязи просадочности и структурных особенностей установлено, что характер проявления просадочности часто циклический и связан с условиями седиментации и пост-седиментацяошплй! преобразованиями лессовой толжи.

Разнородность распределения просадочности в вертикальном разрезе лессовых отдокекий региона, связана с наличием эоловых слоев, в которых шею? место сингенетическая кедоуплотненность и обусловленная ею консервация просадочности.

Выполнена типизация инженерно-геологических условий и просадочности лессовых пород Иркутского амфитеатра..

Выявлены основные фактора просадочности на'региональном материале, что позволило дать ряд практических рекомендаций по оптимизации икженерно-геологачесхих изысканий на лессовых грунтах. . ■ ,

Среди лессовых грунтоа исследуемых разрезов выделены четыре разновидности: набухавшие непросадочные; набухагаие просадочные; ненабухакцие просадочные; ненабухаюние непросадочные.

Применение современных цатодачески* приемов позволило получить новые научные данные по кикростроению лессовых грунтов региона и динамике микроструктуры в процессе просадочных деформа-' ций. ;

Экспериментальные исследования поведения лессовых пород под влиянием динамических и статических воздействий выявили про-

явление тиксотропно-реологических свойств. Установлено, что тик-сотропия в этих грунтах проявляется слабо, но имеют место ;¡po-цессы ползучести, сопровождающиеся значительным падением прочности.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Игасекерио-геологаческие особенности вдклессов (юг Иркутского «?м$мтеатра)//Х1У конференция молодых, научных сотрудников (тезисы докладов). - Иркутск, 1990. - 0.87-83.

2. Вибрационное испытания лессовых и глинистых грунтов (лабораторный эксперкмант)//Лессовые просадочкые грунта как ос-кования зданий и сооружений. Кн.2. Теория и метода расчета оснований и фундаментов (тезисы докладов). - Барнаул, I99Q. - С. 119122 'в соавторстве с С.А.Макаровым, Т.Г.Радекко).

3. Структурные особенности и проседочность лсссогах отделений £на примере опорных разрезов в районе городов Иркутска а Братска)// Деп.ШИШ № II42-B9I. - Ы., 1991. - ДВс.

4. Изменение микроструктуры лессовых пород в процессе npocs-дочкых деформаций //ХУ конференция иолодах научных сотрудников (тезисы докладов). - Иркутск, 1992. - С.3-4,

5. Инженерно-геологическая оценка кезо-кайкозойских отложений (Восточная Сибирь и Монголия). - Новосибирск: Наука, 1992, -120 с. (в соавторстве с Т.Г.Ря-денко, Т.О.Даниловой, F.E.ffeíeco-вой, Л.В.Малышевой).

6. Абразконко-эрозяонкые процессы и просадочныо деформации в лессовых породах техногенных зон//Гсография и природные ресурсы. - 1992. - № 4. - С.79-86 (в соавторстве с Г.И.Овчинниковым, С.Л.Макаровым, Т.Г.Рященко).

7. Прогнозная оценка поведения грунтов при техногенных воз-действиях//Проблемы охраны геологической среда на примере Восточной Сибири, - Новосибирск: Наука, 1993. - C.I52-I55 (в соавторстве с Т.Г.Рященко, Н.И.Демьянович).

Q. Изменения состава, структуры и свойств пород//Проблеьш охраны геологической среды на примере Восточной Сибири. - Новосибирск; Наука, 1993. - С.5-13 (в соавторстве с Н.И.Демьянович, Т.Г.Ряззенко). . ^