Просадочность грунта – свойство грунтов, главным образом лёссовых, давать быструю и часто значительную просадку при замачивании водой под влиянием собственного веса, без возможности бокового расширения. Основной проблемой при изучении просадочных грунтов является то, что просадочность связывают с лессовыми грунтами и используют термины и понятия лёссоведения. Зачастую в литературных источниках термин «просадочный» заменен на термин «лёссовый», однако объектом исследования являются именно просадочные грунты (породы).
В России лёссовые отложения занимают до 10 % площади. При этом развитие просадочного процесса различной интенсивности и степени локализации наблюдается на большей части территории их распространения [11].
В современной нормативной и научной литературе широко используются термин «лёсс» и семь его производных: «лёссовая порода», «лёссовидная порода», «лёссоподобная порода», «лёсс деградированный», «лёсс видоизмененный», «лессоид», «лессолит» [6, 7, 10, 13]. Однозначного понимания содержания подавляющей части этих терминов нет, и вопрос не теряет своей дискуссионности.
Результаты исследования и их обсуждение
Термин «лёсс» был введен в геолого-минералогическую литературу в 1823 году Карлом Цезарем фон Леонгардом. С начала и середины XIX столетия до 1875 г. господствовали неопределённые представления о термине «лёсс», который встречается в работах К. Леонардо, Л. Агассица, Н.Д. Борисяка. Позднее все многообразие понятий «лёссовые» основывается на генетическом, литологическом (петрографическом), инженерно-геологическом, стратиграфическом и геоморфологическом принципах [6, 7].
Подробный обзор определения «лёсс» приведен в работах Н.И. Кригера, который дал литологическое определение «лёсса» как палевого пылеватого известковистого суглинка (или супеси) с вертикальными тонкими канальцами [6, 7]. Н.И. Кригер также выделил 13 главных разновидностей понятий о том, что такое «лёсс», отмечая, что при более детальном подходе это количество значительно увеличится.
В работах крупнейших исследователей по данному вопросу – Ф. Рихтгофена, Н.И. Кригера, А.И. Москвитина, М.И. Ломоновича, Г.А. Мавлянова, В.В. Севостьянова и других – выделяются диагностические признаки «лёсса» с указанием условий его залегания и строения толщи. Основными признаками «лёсса» являются: покровное залегание на разных элементах рельефа; отсутствие прослоев галечников и песков; достаточная мощность; наличие стратиграфически выдержанных ископаемых почв; наличие остатков наземной фауны и практическое отсутствие водной. Лёсс понимается как сложная природная система – географически зональное образование, приспосабливающееся к географической среде [6, 7]. Принадлежность к лёссам нельзя определять по отдельным образцам, необходимо изучение в толще – in situ. «Лёсс» как особое природное тело сложен лёссовыми породами, но лёссовые породы не всегда входят в состав лёсса как системы. Лёссовые породы вне указанной системы обычно называются лёссовидными. Что касается породы в лёссе (в лёссе-системе), то её также называют лёссом (лёссом-породой) [6, 7].
Е.М. Сергеев, Л.Г. Балаев, Г.А. Мавлянов, А.К. Ларионов, Н.Н. Комисарова выделяли четыре подтипа лёссовых грунтов [8, 9, 10, 13].
1. Лёсс – порода, обладающая следующими инженерно-геологическими критериями: просадочностью при природном давлении и дополнительных нагрузках; малой гидрофильностью (влажность, Wл 2,6 %); слабыми водоустойчивыми структурными связями; преимущественно зернисто-плёнчатой или пылевато-плёнчатой структурой.
2. Деградированный лёсс – имеет те же признаки, что и лёсс, но потерял способность к просадке в результате увлажнения и дополнительного уплотнения.
3. Для лёссовидного грунта (порода) характерны: отсутствие просадочных свойств при замачивании; более высокая гидрофильность (Wл ≥ 2,6 %); преимущественно зернисто-агрегативная и агрегативная структуры, которые обеспечивают более прочные структурные связи.
4. Лёссоподобный грунт (порода) – мёрзлые пылеватые образования, проявляющие термоосадки в результате оттаивания.
Анализ работ данных авторов позволяет сделать основные выводы:
- все выделенные подтипы объединены общим понятием «лессовые грунты»;
- выделяются подтипы «деградированный лёсс» и «лёссоподобный грунт»;
- просадочными свойствами обладают лёссы.
Такой же подход сохраняется в содержании терминов, изложенных в монографии «Лессовые породы СССР» под редакцией Сергеева Е.М. 1986 г. [10].
В.П. Ананьев, В.И. Коробкин, Л.В. Передельский, А.Д. Потапов (1973–2000 гг.) представили свое понимание терминов лёссоведения в работе [1]. В основе разделения пород лежат инженерно-геологические признаки. Авторы выделяют следующие типы.
1. Лёссовые породы представлены суглинками, реже – супесями. Среди них различают лёсс (первичное образование) и лёссовидные суглинки (переотложенные первичные образования). Гранулометрический состав их нередко бывает сходным, поэтому в строительном деле целесообразно пользоваться единым названием «лёссовые грунты», подразделяя их по гранулометрическому составу на супеси, суглинки, глины. Диагностическими признаками являются: палевая, палево-желтая или желто-бурая окраска; высокая пылеватость (содержание фракции 0,05–0,005 мм более 50 % при небольшом количестве глинистых частиц); природная влажность до 15–17 %; пористость более 40 % с сетью крупных и мелких пор; высокая карбонатность, засоление легководорастворимыми солями; быстрая размокаемость в воде; способность сохраняют вертикальные откосы в сухом состоянии. По характеру влияния на них увлажнения различают: набухающие, непросадочные, просадочные (рис. 1).
Рис. 1. Пояснение терминов лёссоведения в работах В.П. Ананьева, В.И. Коробкина, Л.В. Передельского, А.Д. Потапова (1973–2000 гг.)
2. Для лёссов типична однородность.
3. Лёссовидные суглинки обычно слоисты и могут содержать обломки различных пород.
Анализ работ данных авторов позволяет сделать основные выводы:
- все выделенные подтипы объединены общим понятием «лёссовые грунты»;
- в основе выделения генетические признаки: лёсс (первичное образование) и лёссовидные суглинки (переотложенные первичные образования);
- гранулометрический состав их нередко бывает сходным, поэтому целесообразно пользоваться единым названием «лёссовые грунты», подразделяя их по гранулометрическому составу на супеси, суглинки, глины;
- по характеру влияния на них увлажнения различают: набухающие, непросадочные, просадочные.
Классификационные критерии разделения лёссовых грунтов в инженерно-геологических целях рассмотрены в ГОСТ 25100-82 Грунты. Классификация [3]. Согласно стандарту, лёссовые грунты – пылевато-глинистые образования относятся к группе – осадочных несцементированных; подгруппе – обломочных – пылеватых и глинистых (элювиальные, пролювиальные, делювиальные, аллювиальные, водно-ледниковые, ледниковые, озерные, морские, эоловые, пирокластические и смешанного происхождения). Типы выделяются по совокупности признаков и по числу пластичности так же, как супеси, суглинки и глины: лёссовые грунты и илы; вид – по коэффициенту пористости. По последнему показателю обособляются разновидности: низкопористые е - 0,8 и высокопористые е - 0,8. Лёссовые грунты однородны; содержат более 50 % пылеватых частиц (0,05–0,005 мм), дают просадку. По содержанию легко- и среднерастворимых солей и карбонатов ранжируют разновидности: незасоленные, засоленные. Породы легко размокают и размываются; в маловлажном состоянии способны держать вертикальные откосы; при полном водонасыщении могут переходить в плывунное состояние. Кроме перечисленных выше, определяют разновидности по степени цементации льдом; по консистенции; по содержанию органического вещества (рис. 2).
Рис. 2. Пояснение терминов лёссоведения в ГОСТ 25100-82 Грунты. Классификация
Анализ ГОСТ позволяет сделать основные выводы:
- отсутствуют термины «лёсс» и «лёссовидные породы»;
- просадочность – типичное свойство; грунты (породы) разделяются по относительной деформации просадочности ?sl на просадочные и непросадочные;
- при полном водонасыщении могут переходить в плывунное состояние; упоминаются лессовые породы, находящиеся в мерзлом состоянии.
В СП 11-105-97, III часть выделяются лёссы, лёссовые и лёссовидные породы (грунты) [12].
Главная отличительная особенность лёссов – наличие макропор размером 1–3 мм, различимых невооруженным глазом.
Лёссовые грунты – всегда проявляют просадочные свойства. Характерны следующие признаки лёссовых просадочных грунтов: светлая окраска (от палевого до охристого цвета); высокая пылеватость (содержание частиц размером 0,05–0,005 мм более 50 % при количестве частиц размером менее 0,005 мм, как правило, не более 10–15 %); числа пластичности менее 12; повышенная пористость (более 45 %); засоленность; способность держать вертикальные откосы в маловлажном состоянии; цикличность строения толщ; невысокая природная влажность (как правило, менее границы раскатывания); низкая плотность скелета грунта (менее 1,5 г/см3).
Лёссовидные породы, в основном суглинки, имеют более темный бурый или красновато-бурый цвет; плотность 1,8–1,9 г/см3; пористость до 40 %; более глинисты; непросадочны.
Анализ данного Свода правил позволяет сделать основные выводы:
- на одном иерархическом уровне выделяются «лёсс», «лёссовые грунты», «лёссовидные грунты»;
- главная отличительная особенность лёссов – наличие макропор размером 1–3 мм, различимых невооруженным глазом;
- просадочность – типичное свойство лёссовых грунтов;
- лёссовидные грунты, в основном суглинки, не обладают просадочными свойствами.
В работах В.Т. Трофимова подробно проанализировано содержание термина «лёсс» и его производных, введенное разными авторами, а также обозначены собственные представления [2, 14, 15]. Автор относит лёссовые грунты к песчано-глинисто-пылеватым континентальным образованиям разного генезиса группы связных грунтов. Для лёссовых грунтов характерно: содержание более 50 % частиц размером 0,05–0,005 мм; низкая естественная влажность (обычно ниже 20 %); высокая пористость (до 55–65 %); содержание карбонатов (до 25–35 %), водорастворимых солей (до 5 %); низкая водопрочность. Просадочность – типичное свойство лёссовых грунтов, которое проявляется при замачивании под действием собственного веса толщи или дополнительных нагрузок от сооружений. Среди лёссовых грунтов обособляются лёссы и лёссовидные грунты.
Лёсс – порода, обладающая следующими критериями: более 50 % содержание тонкопесчаных (0,1–0,005 мм) и крупнопылеватых (0,01–0,05 мм) частиц и небольшое количество глинистых (до 16 % по классификации С.С. Морозова), которые находятся в агрегированном состоянии. Лёссы проявляют просадочные свойства (при замачивании) при действии природного давления.
Лёссовидные грунты – занимают промежуточное положение между лёссами и глинистыми грунтами. Обладают следующими критериями: в гранулометрическом составе преобладают частицы 0,01–0,0001 мм, которые вместе с глинистыми частицами образуют микроагрегаты. Просадочные свойства при замачив ании реализуются только под действием дополнительных нагрузок (рис. 3).
Рис. 3. Пояснение терминов лёссоведения в работах В.Т. Трофимова
Анализ работ В.Т. Трофимова позволяет сделать основные выводы:
- все выделенные подтипы объединены общим понятием «лёссовые грунты»;
- просадочны и лёссы, и лёссовидные грунты;
- лёссовидные грунты занимают промежуточное положение между лёссами и глинистыми грунтами.
Выводы
На основании анализа и обобщения основных литературных источников, содержащих пояснения терминов лёссоведения, можно сделать следующие выводы:
1. Просадочность часто связывают с лёссовыми породами и используют термины и понятия лёссоведения. В нормативно-технической и научной литературе термин «просадочный» заменен на термин «лёссовый», однако объектом исследования являются именно просадочные грунты.
2. Одной из основных проблем изучения просадочных грунтов является отсутствие единого подхода к терминам и понятиям лёссоведения, с которым связывают просадочность. «Определения даются в произвольной трактовке разными авторами. Нет однозначного понимания содержания подавляющей части терминов, вопрос на протяжении многих десятилетий остаётся дискуссионным и не теряет актуальности» [15].
3. Главные термины лёссоведения – «лёсс», «лёссовые породы», «лёссовидные породы». Производные этих терминов – «лёссоподобная порода», «лёсс деградированный», «лёсс видоизмененный», «лессоид», «лессолит» в современной литературе практически не используются.
4. Выделяются пять различных по содержанию определений главных терминов: генетическое; литологическое; инженерно-геологическое; морфологическое; стратиграфическое [6], [7]. Основными являются: генетическое, литологическое и инженерно-геологическое [15].
5. По своему содержанию наиболее развернутым является термин «лёссовая порода», критериями выделения которой являются: гранулометрический состав, влажность, пористость и макропористость, содержание солей, слабые водонеустойчивые структурные связи, способность сохранять вертикальные откосы в сухом состоянии; цвет [1, 2, 3, 5–15]. С середины прошлого столетия при выделении лёссовых пород в качестве важнейшего их признака стала рассматриваться просадочность. Однако подход к использованию этого признака неодинаков: одни авторы считают просадочность свойственной всем лёссовым породам, другие – только при малой влажности [3, 5–15].
6. Существует множество определений термина «лёсс». Приведенный обзор свидетельствует, что подходы к выделению лёсса, предложенные разными авторами, принципиально различны; даже в рамках одного подхода понятия «лёсс», предложенные разными исследователями, не совпадают, причем очень существенно. При употреблении термина «лёссовидная порода» в основном имеется в виду лёссовая порода, утратившая или изначально не обладающая просадочными свойствами.
7. Проведенный анализ литературных источников, посвященных вопросам лёссоведения, показал необходимость разработки рекомендаций по уточнению содержания его основных терминов: «лёссовая порода», «лёсс», «лёссовидная порода».
Библиографическая ссылка
Хансиварова Н.М. АНАЛИЗ ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКОЙ БАЗЫ ЛЁССОВЕДЕНИЯ С ЦЕЛЬЮ ИЗУЧЕНИЯ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ (ЛЁССОВЫХ ПОРОД) // Успехи современного естествознания. – 2016. – № 12-1. – С. 216-221;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36290 (дата обращения: 20.04.2024).