Главная
Если рассмотреть особенности формирования различных генетических типов глинистых отложений (как и песчаных), а затем процессы литификации, преобразующие их состав, состояние и свойства, можно сделать вывод, что свойства глинистых пород связаны со всей историей их развития в земной коре, где они переходят яз одной зоны в другую, постепенно утрачивают одни признаки и свойства и приобретают новые. Степень их литификации количественно может быть охарактеризована показателями физико-механических свойств. При таком подходе сразу намечается определенная естественная генетическая ветвь подразделения глинистых пород. В основе этого подразделения лежат происхождение пород и степень литификации, выражением которых является петрографический тип породы с определенным внешним обликом, составом, определенными структурными и текстурными признаками, состоянием и физико-механическими свойствами.
В предлагаемой инженерно-геологической классификации глинистых отложений и пород I группу составляют илы современных континентальных, лагунных и морских бассейнов, представляющие собой отложения предельно малой степени литификации. Их естественная влажность выше 75—80 %, плотность скелета обычно не превышает 0,6—0,8 г/см3, пористость достигает 75—80 % и более, а коэффициент пористости составляет единицы (3—4). Они обычно имеют явно- или скрытотекучее состояние. Свободная вода в составе этих отложений преобладает над связанной, концентрация минеральных частиц в единице объема осадка мала, поэтому молекулярные взаимодействия между ними (структурные связи) ослаблены и имеют тиксотропно-коагуляционный характер. Прочность предельно мала. Коэффициент сдвига tgw<0,20. Обладают способностью к тиксотропным превращениям. Под давлением свободно уплотняются, из них легко выжимается свободная вода. Пластическая прочность не превышает тысячных и сотых долей мегапаскаля. Они сильно и неравномерно сжимаемы: а>10в4Па; E0 составляет доли единицы, редко первые единицы мегапаскаля.
Илы подразделяются по гранулометрическому и минеральному составу, по составу и содержанию органического вещества, емкости поглощения, составу обменных катионов и степени засоления. В эту группу должны быть включены также различные современные почвы как органо-минеральные континентальные образования предельно малой степени литификации. Отложения, образующие I группу, со строительной точки зрения представляют собой весьма слабые породы.
II группу составляют разнообразные континентальные, лагунные и морские глинистые породы малой степени литификации. Это чаще мягкие, малоуплотненные разности различных гранулометрического и минерального состава и свойств. Они встречаются преимущественно среди четвертичных и реже среди более древних отложений, залегающих на небольшой глубине от поверхности земли.
Породы этой группы характеризуются высокой естественной влажностью (более 30—35 %), иногда достигающей 75—80 % (например, иольдиевые глины). Плотность их скелета изменяется от 0,6—0,8 до 1,35—1,40 г/см3, пористость от 40—45 до 75—80 %, коэффициент пористости близок к единице, а иногда значительно больше единицы. Коэффициент естественной уплотненности Kd не превышает 0,2—0,4, равен нулю или меньше нуля. Они обычно имеют явно- или скрыто-вязкотекучую или пластичную консистенцию, молекулярные взаимодействия между минеральными частицами ослаблены развитием водных и водно-коллоидных сольватных пленок, оказывающих пластифицирующее (размягчающее) действие. Структурные связи имеют тиксотропно-коагуляционный характер. В порах может находиться и свободная иммобилизованная вода. При малых давлениях оказывают некоторое сопротивление сдвигу, имеют упругие свойства (структурная прочность мала — малые доли мегапаскаля), при повышении давления в них быстро развиваются пластические деформации. Пластическая прочность их составляет сотые доли мегапаскаля, редко достигает 0,08—1 МПа. Сопротивление сдвигу tgw<0,20. Они сильно и неравномерно сжимаемы: а>0,01 МПа; a0>40/50 мм/м; E0 равен единицам мегапаскаля.
Остаточные деформации значительно превышают упругие и сопутствуют им даже при малых нагрузках, имеют преимущественно структурный характер. Период релаксации напряжений непродолжителен. Для них характерны явления ползучести, связанные с медленными пластическими деформациями и отжатием иммобилизованной воды под действием постоянной внешней нагрузки или гравитационного уплотнения. Благодаря большой сжимаемости и малому сопротивлению сдвигу породы этой группы являются сравнительно слабыми. В эту группу входят также лессовые породы.
III группу составляют разнообразные породы континентального, лагунного и морского происхождения средней степени литификации. Они представляют собой уплотненные разности глинистых пород различных гранулометрического и минерального состава и свойств. В эту группу входят породы четвертичные и более древние, испытавшие относительно повышенную гравитационную нагрузку и действие геохимических факторов.
Для всех уплотненных разностей глинистых пород характерна умеренная естественная влажность — от 12—14 до 25—30 реже до 35%. Плотность скелета изменяется от 1,35—1,40 до 1,90 г/см3, пористость от 25—30 до 40—45%, коэффициент пористости меньше единицы, а коэффициент естественной уплотненности Kd равен единице или больше нее. Породы имеют скрыто-вязкопластичную или полутвердую консистенцию, содержат только связанную воду. Силы молекулярного взаимодействия между частицами значительны. Некоторое значение могут иметь и связи кристаллизационно конденсационные. Прочность пород повышена Коэффициент сдвига Igw = 0,20—0,40. Пластическая прочность измеряется десятыми долями и единицами мегапаскалей. Деформации имеют структурный или структурноадсорбционный характер. При умеренных давлениях глинистые породы III группы имеют упругие свойства при повышении усилий развиваются пластические деформации. Остаточные деформации значительны и сопутствуют упругим. Период релаксации напряжений значителен. Для них характерны явления ползучести, связанные с весьма медленными пластическими деформациями и отжатием сольватных слоев воды. Уплотнение носит характер затрудненной или замедленной консолидации. Они среднесжимаемы а = 0,01—0,001 МПа, а0 = 20—40 мм/м, Е0 = 10—40 МПа. По показателям физико-механических свойств породы этой группы могут служить вполне удовлетворительным основанием сооружений.
IV группу составляют породы континентального лагунного и морского происхождения высокой степени литификации. Выделение различных генетических типов среди континентальных образований затруднено в связи со значительной их изменчивостью. Типичными представителями этой группы являются разнообразные аргиллиты, встречающиеся среди коренных пород платформенных и складчатых областей.
Естественная влажность аргиллитов изменяется от 3—4 до 12—15 %, плотность скелета от 1,90 до 2,40—2,50 г/см3 (изредка больше), пористость может изменяться от 4—5 до 25—30 %, коэффициент пористости обычно меньше 0,3, коэффициент естественной уплотненности больше единицы. Аргиллиты обладают прочными кристаллизационно-конденсационными связями наряду с молекулярными. Наличие сольватных прослоек не экранирует полностью силы молекулярного взаимодействия между частицами, но оказывает пластифицирующее действие. Эти породы можно считать представителями полутвердых тел. Они обладают некоторой жесткостью, но иногда скрыто-тугопластичны. При умеренных нагрузках проявляют упругие свойства. Для некоторых характерны явления упругих последействий благодаря замедленным деформациям пленок связанной воды. Временное сопротивление сжатию не превышает долей единицы или единиц мегапаскалей. Пластическая прочность измеряется единицами мегапаскалей; tgw>0,40. При нагрузках, вызывающих разрушение структурных связей, аргиллиты переходят в пластическое состояние с большим периодом релаксации. Уплотнение носит характер замедленной консолидации, сопряжено с разрывом структурных связей и деформацией сольватно-адсорбционных слоев связанной воды. Они слабосжимаемы: а<0,001 МПа; а0<20 мм/м: Eo составляет десятки мегапаскалей Деформации структурные и структурно-адсорбционные. В недрах Земли в области повышенных давлений явления ползучести связаны не только с перекристаллизацией некоторых компонентов, но и с медленным гравитационным уплотнением, сопровождающимся отжатием связанной воды. Эти породы могут служить хорошим естественным основанием для различных сооружений.
V группу образуют породы предельно высокой степени литификации. Это полускальные породы переходного типа от осадочных к метаморфическим: сланцеватые аргиллиты и отчасти глинистые сланцы, встречающиеся как в платформенных, так и особенно в складчатых областях. Для сланцеватых аргиллитов характерны следующие показатели физических свойств: естественная влажность не превышает 4—5 %, плотность скелета близка к плотности минеральной части и в среднем равна 2,65—2,70 г/см3, пористость не превышает нескольких процентов. Они обладают прочными кристаллизационно-конденсационными связями и являются представителями твердых тел. При напряжениях до предела пропорциональности их деформации имеют упругий характер, при превышении этого предела сланцеватые аргиллиты становятся хрупкими, растрескиваются, деформации их необратимы. Временное сопротивление сжатию измеряется единицами и десятками мегапаскалей. Пластическая прочность измеряется единицами мегапаскалей; tgw обычно >0,40. Они слабосжимаемы: a<0,001 МПа; a0<20 мм/м; E0 составляет десятки мегапаскалей. Прочность пород определяется прочностью структурных связей и слагающих минеральных образований. Деформации сопряжены с разрывом как структурных связей, так и кристаллов различных минералов и зависят в значительной степени от трещиноватости пород. В недрах Земли — в области повышенных давлений и температуры — характерны явления ползучести в виде медленных деформаций минеральных компонентов и перекристаллизации при определенном внешнем давлении. Эти породы могут служить вполне надежным естественным основанием для различных, в том числе тяжелых, сооружений.
Исходя из предлагаемой классификации, можно определять методику полевого и лабораторного изучения глинистых пород, разрабатывать более детальные классификации для определенных районов, строительных площадок или толщ глинистых пород и давать предварительную инженерно-геологическую их оценку.
