Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




29.05.2019


29.04.2019


25.04.2019


22.04.2019


11.02.2019


17.01.2019


29.12.2018


29.12.2018


04.12.2018


25.10.2018





Яндекс.Метрика
         » » Инженерно-геологические характеристика и оценка засоленных пород

Инженерно-геологические характеристика и оценка засоленных пород

14.12.2017

При инженерно геологической оценке песчаных и глинистых пород важно знать содержание в них водорастворимых солей. Если таких солей более 0,3 % от массы сухой породы, ее считают засоленной. Это указывает на то, что свойства такой породы должны быть специфическими, зависящими от состава и содержания солей.

При выщелачивании водорастворимых соединений обычно изменяются плотность пород, деформируемость, связность, прочность, устойчивость и водопроницаемость. В глинистых породах в процессе растворения и выщелачивания солей может измениться состав обменных катионов, которые, как известно, существенно влияют на свойства пород. Наконец, при выщелачивании солен кроме свойств пород изменяются состав и свойства фильтрующейся воды она становится агрессивной по отношению к бетону и металлу и действует разрушающе на подземные бетонные и металлические части сооружении. С повышением минерализации водных растворов, насыщающих породы, понижается температура их замерзания и породы в целом. Засоление почв сильно снижает их плодородие.

Таким образом, состав и специфические свойства засоленных пород обусловливают и особое к ним отношение при проектировании и строительстве сооружений и хозяйственном использовании территорий, в геологическом разрезе которых имеются такие породы.
Водорастворимые соединения наиболее часто встречаются в глинистых породах засушливых районов и районов переменной влажности и, как правило, отсутствуют в районах с влажным климатом. В песчаных породах водорастворимые соли не встречаются в большом количестве даже в засушливых районах. Они накапливаются в породах в результате выпадения в осадок при испарении насыщающих их водных растворов. Этому способствуют благоприятные к климатические условия (табл. IX-6), когда испарение значительно превышает количество выпадающих атмосферных осадков, а также бессточность местности, т е благоприятные геоморфологические условия, наличие минерализованных поверхностных и подземных вод (табл IX-7), увлажняющих и насыщающих горные породы непосредственно или в результате капиллярных явлений. Hа копчению солей в приповерхностных горизонтах горных пород и почв также способствует нерациональная система орошения земель.
Таким образом, засоленные горные породы образуются при накоплении в них растворимых солей после формирования породы вследствие развития вторичных процессов. Этим они существенно отличаются от соленосных, в которых соли являются первичными, образовавшимися в процессе формирования соленосных толщ горных пород в определенных фациальных условиях.

Растворимые соли, встречающиеся в засоленных породах, можно разделить на три основные группы: легкорастворимые, среднерастворимые и труднорастворимые. К легкорастворимым относятся хлористые, сернокислые и карбонатные соли натрия, калия, магния и кальция (галит — NaCl, сильвин — KCl, мирабилит— Na2SO4, сода — NaCO3 и др.); к среднерастворимым — сульфаты кальция (гипс — CaSО4*2H2О, ангидрит — CaSO4); к труднорастворимым — карбонаты кальция и магния (кальцит — CaCO3, магнезит — MgCO3, доломит — CaCO3*MgCO3 и др.). Легкорастворимые соли растворяются в воде быстро и в небольшом ее объеме, среднерастворимые растворяются медленно, причем для полного их растворения необходимо большое количество воды. Труднорастворимые соли переходят в водный раствор в незначительных количествах. Следовательно, большую гидронеустойчивость породам придают легкорастворимые соли, меньшую — среднерастворимые, а труднорастворимые практически не изменяют свойств пород при воздействии на них воды.
Водорастворимые соединения в глинистых породах могут находиться в различных формах: мелкодисперсной, в виде цемента, включений отдельных кристаллов и друз, а также в виде слоев, прослоев, линз и жилок. По преобладанию в породах тех или иных растворимых солей различают следующие типы засоления карбонатный, содовый, сульфатный, хлоридный и смешанный — карбонатно хлоридно-сульфатный. В зависимости от соотношения основных анионов, входящих в состав легкорастворимых солей, засоленные породы дополнительно можно разделить на типы согласно классификации показанной в табл. IX-8. По степени засоления их рекомендуется классифицировать по табл IX-9.
Как видно из табл. IX-9, классификация пород по степени засоления производится с учетом состава легкорастворимых солей. Содержание в песчано-глинистых породах до 0,3 % таких солей практически не влияет на их физико-механические свойства, характеристика этих пород дается главным образом по гранулометрическому и минеральному составу. При содержании в породах более 0,3 % легкорастворимых солей свойства их в большинстве случаев значительно изменяются, a при содержании более 2—3 % изменяются настолько, что при их характеристике гранулометрический и минеральный состав начинают играть уже второстепенную роль.

Основными типами засоленных пород и почв, которые содержат в большем или меньшем количестве легкорастворимые соли, являются солончаки, солонцы и такырные породы (рис. IX-4). В качестве переходных типов выделяют солончаковые солонцы и солончаковаые такыры. Солончаки различных видов представляют собой породы, содержащие легкорастворимые соли как с поверхности, так и в более глубоких слоях, т. е. по всему вертикальному разрезу начиная с поверхности и до глубины 1—2 м и более. В засушливые периоды на поверхности солончаков образуются выцветы солей и солевые корки. Солончаки являются наиболее характерным по своим свойствам типом засоленных пород. В подавляющем большинстве случаев они формируются на пониженных элементах рельефа — низменностях, берегах соленых озер и лиманов, во впадинах на поймах и в дельтах рек, где минерализованные грунтовые воды стоят близко к поверхности земли (1—3 м).
Степень засоления солончаков и состав легкорастворимых солей в них могут быть разнообразными. Как отмечают В.М. Безрук, Н.М. Позняк и другие исследователи, строительство дорог, аэродромов и других сооружений на солончаках, в особенности на сильно засоленных, представляет наибольшие трудности вследствие неблагоприятного солевого и влажностного режима. В определенных условиях рельефа и климата солевой режим в солончаках подвержен колебаниям. В засушливые периоды года происходит прогрессирующее накопление солей и в том числе в самых приповерхностных горизонтах п даже на поверхности земли. В периоды интенсивного увлажнения атмосферными осадками превалирует процесс рассоления солончаков, который со временем приводит к образованию переходных разностей пород — солончаковатых солонцов и солончаковатых такыров. В последних отсутствуют соли в поверхностных горизонтах.

Солонцы характеризуются отсутствием или малым содержанием хлоридов и сульфатов в верхних горизонтах, в которых, однако, содержатся в небольших количествах карбонаты натрия (сода). Тонкодисперсная (глинистая) часть у солонцов насыщена обменными катионами натрия. У солонцов на глубине 40—60 см, как правило, залегают горизонты, содержащие большое количество легкорастворимых солен, преимущественно сульфатов натрия, а также скопления карбонатов кальция и гипса. Следовательно, для солонцов характерен двучленный профиль — солонцовый вверху и солончаковый внизу. Все это определяет их специфические свойства. Поглощенный натрий и сода способствуют пептизации частиц и агрегатов, придают солонцу большую гидрофильность, проявляющуюся в чрезмерной липкости, набухании, пластичности и быстром размокании осолонцованных горизонтов. Солонцы по сравнению с солончаками занимают более повышенные элементы рельефа с более глубоким залеганием уровня грунтовых вод.

Такыры представляют собой участки с плоской, хорошо выровненной глинистой поверхностью, совершенно лишенной растительности, разделенной трещинами на полигональные отдельности. Такырные породы преимущественно глинистые, обычно содержат в сравнительно небольшом количестве легкорастворимые соли по всему вертикальному профилю. В поверхностных горизонтах в составе поглощенного комплекса преобладают катионы натрия. Такырные породы в сухое время года плотные, твердые, но после увлажнения легко размокают, становятся вязкими, липкими, почти непроходимыми для транспорта. На участках такыров обычно скапливаются дождевые и талые воды, возникают временные озерки, которые быстро высыхают, и на их месте остается твердая такырная корка, являющаяся характерным признаком такыров. Таким образом, такыры образуются в результате накопления мелкозернистого, главным образом глинистого, материала в понижениях рельефа. Они характеризуются большой водоудерживающей способностью, которая повышается в связи с развитием солонцового процесса.

Для засоленных пород кроме того, что они значительно изменяют свои физико-механические свойства при растворении и выщелачивании легкорастворимых солей, характерна также повышенная способность к коагуляции п дегидратации с увеличением их содержания. В сухом состоянии при этом повышается их связность. Однако при сульфатном засолении в силу кристаллизации Na2SO4 и MgSO4 с увеличением объема связность пород в сухом состоянии становится незначительной, образуются так называемые пухлые солончаки.

При заполнении пор породы кристаллизующимися солями происходит кажущееся повышение ее плотности, но при увлажнении соли растворяются, объем минеральных частиц в единице объема породы становится меньшим, чем у пород незасоленных, и вследствие этого возникают явления просадок.

Пределы пластичности у засоленных пород, как правило, более низкие, чем у аналогичных по гранулометрическому и минеральному составу, но незасоленных пород. Поэтому первые при увлажнении быстрее и в большей степени утрачивают свою прочность и устойчивость, чем вторые. Как показывают исследования В.М. Безрука и других специалистов, при одинаковой абсолютной влажности и плотности модуль общей деформации засоленных пород понижается с увеличением содержания солей, и особенно заметно при содержании легкорастворимых солей в количестве 10 % и более, т. е. тогда, когда начинает сказываться их разуплотняющее действие. В засоленных породах при влажности выше оптимальной отмечается значительное уменьшение сопротивления сдвигу по сравнению с незасоленными. Наконец, важно особо подчеркнуть, что в засоленных породах легкорастворимые соли составляют неустойчивую фазу. При изменении влажностного режима пород они легко переходят в раствор. Все это и определяет специфические особенности засоленных пород и особые условия строительства сооружений в районах их распространения.

При проектировании и строительстве сооружений в таких районах прежде всего необходимо знать: а) степень засоления пород; б) состав легкорастворимых и среднерастворимых солей; в) солевой и влажностный режим пород и условия их засоления. Основным требованием, которое необходимо предъявлять к участкам распространения засоленных пород, предназначающимся для строительства или других хозяйственных целей, является тщательное регулирование поверхностного стока и дренаж подземных вод. Кроме того, могут применяться и другие инженерные мероприятия, направленные на улучшение свойств пород и повышение устойчивости проектируемых сооружений.