УДК 624.131.22.001.5:551.763.3 (470.40)

МОРСКИЕ ГЛИНЫ ВЕРХНЕМЕЛОВОГО ВОЗРАСТА КАК ОСНОВАНИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Глухова Мария Вячеславовна1, Кошкина Наталья Викторовна2, Грачева Юлия Вячеславовна3
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, аспирант кафедры геотехники и дорожного строительства
2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры геотехники и дорожного строительства
3Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат технических наук, доцент кафедры геотехники и дорожного строительства

Аннотация
Рассмотрены состав, условия залегания и распространения в Пензенском регионе тёмносерых, чёрных морских глин верхнемелового возраста. По данным лабораторных исследований толща подразделена на три зоны или инженерно-геологических элемента, охарактеризованных обобщёнными значениями показателей основных инженерно-геологических свойств.

Ключевые слова: верхнемеловой возраст, мергелистые глины, отметки залегания, физико-механические свойства


SEA CLAYS OF VERKHNEMELOVY AGE AS BASES OF ENGINEERING CONSTRUCTIONS

Glukhovа Maria Vjacheslavovna1, Koshkina Natalia Viktorovna2, Gracheva Julia Vjacheslavovna3
1Penza state university of architecture and building, graduate student of department of geotechnics and road construction
2Penza state university of architecture and building, candidate of geologo-mineralogical sciences, associate professor of geotechnics and road construction
3Penza state university of architecture and building, Candidate of Technical Sciences, associate professor of geotechnics and road construction

Abstract
Structure, occurrence conditions, distributions to the Penza region dark grey, black sea clay of upper cretaceous are considered. According to laboratory researches thickness is subdivided into three zones or the engineering-geological elements, the indicators of the basic engineering-geological properties characterized by generalized values.

Рубрика: 04.00.00 ГЕОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Глухова М.В., Кошкина Н.В., Грачева Ю.В. Морские глины верхнемелового возраста как основания инженерных сооружений // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 10. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/10/40465 (дата обращения: 30.09.2017).

Целью настоящей статьи является анализ и обобщение результатов инженерных изысканий для коренных морских глин мелового возраста, полученных в 1980-1985 гг (материалы Пензенского ТИСИЗа, более 60 отчетов по строительным площадкам города Пензы до  [1,2]).

В Пензенском регионе верхнемело­вые отложения, отнесенные А.Д.Архангельским к сенону, представлены толщами  мела, мергелей, кремнистых мергелей, песков, песчаников, опок и глинистых пород.

В геоморфологическом отношении участки с выходами верхнемеловых суглинков и глин расположены в пределах останцов коренных плато, сложенных породами палеогена и верхнего мела. Наиболее высокий участок г. Пензы – Западная Поляна, размеры площади плато около 10 кв. км, абсолютные отметки от 260 до 240 м, слабо наклонена на северо-восток и осложнена  овражными врезами долинами ручьев до 30÷50 м глубиной.

В  окрестностях г. Пензы мощность верхнесенонских (кампан и маастрихт) пород достига­ет 90-100 м. Верхний песчаный горизонт с Ostrea praesinzowi, Belemnitella lanceolata,  B. americana и нижний – с Belemnitella lanceolata: темно-серые, черные мергелистые глины глауконитовые, известковистые, монтмориллонит–гидрослюдистого состава, сцементированные углекислыми и сернокислыми солями кальции, с прослоями песчаников мощностью от 0,7 до 1,2 м. Глины слоистые, очень жирные высокодисперсные, пласты залегают почти горизонтально, с небольшим, в 1–2°, уклоном на восток. В приповерхностных зонах выветрелые, трещиноватые, разуплотненные до глубин 1,5–6,0 м (элювий), представлены комковатыми разностями зеленовато-серого и серого цвета, с участками ожелезнения, обохренными  за счет разложения глауконита.

Верхнемеловые  глины вскрываются скважинами в пределах города на абсолютных отметках от 225 м до 110 м. На возвышенностях перекрыты песками маастрихта и опоками палеогена, а в долине Суры – песчаным аллювием древней ледниково-речной террасы и песчано-глинистым – молодых аллювиальных террас. Коренные склоны долины р. Суры и притоков, цоколь террас и ложе рек слагают мергелистые глины, относимые по многочисленной фауне к низам маастрихтского яруса. Опорными скважинами на водораздельных плато мергелистые глины вскрываются на глубинах до 30–35 м, перекрыты песчаными отложениями терригенной формации маастрихта, мощностью в 8–15 м, залегающими в виде вытянутых с востока на запад полос или линз. Выше залегают сильнотрещиноватые опоки и опоковидные песчаники палеогена мощностью до 7–15 м.

Мергелистые  глины являются водоупором для водоносного гори­зонта верхней, терригенной пачки маастрихта, влажность их высока, до 0,40, находятся в пластичном состоянии. Подобно типичным глинам, способны сжиматься под статической нагрузкой и склонны к набуханию.

Материалы по физико-механическим характеристикам верхнемеловых глин в виде кратких сведений имеются в монографии [3],  в других печатных изданиях есть сведения по инженерно-геологической оценке только нижнемеловых глин. Из новейших публикаций по верхнемеловым глинам в специальной литературе имеются статьи по Ульяновской, Саратовской областям с обоснованием возраста слоев, с указанием руководящих окаменелостей [4–8].

Обработка  результатов лабораторных анализов, физических свойств  верхнемеловых глин Пензенского региона проводилась с помощью традиционных методов математической статистики [9,10]. Результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1 – Инженерно-геологические свойства мергелистых глин верхнего мела (маастрихтский ярус) г. Пензы.

№ п/п

Основные

показатели
свойств

Статистические
характеристики

Слои,
залегающие в интервале абсолютных отметок, м

220-140

140-130

130-110

Выветрелая
зона

1

2

3

4

5

6

7

1

Естественная
влажность W, в долях единицы

n

max–min

X

±δ

203

0,55-0,30

0,42

0,05

115

0,48-0,26

0,36

0,05

52

0,39-0,23

0,32

0,04

36

0,52-0,35

0,44

0,05

2

Плотность
ρ, г/см3

n

max–min

X

±δ

126

1,88-1,60

1,75

0,05

83

1,97-1,65

1,78

0,08

32

1,98-1,65

1,83

0,08

18

1,75-1,60

1,68

0,04

3

Плотность
сухого ρd, г/см3

n

max–min

X

±δ

123

1,45-1,10

1,25

0,08

88

1,56-1,15

1,32

0,05

34

1,53-1,23

1,41

0,03

18

1,27-1,06

1,16

0,06

4

Плотность
частиц ρs, г/см3

n

max–min

X

±δ

206

2,72-2,47

2,58

0,05

82

2,72-2,40

2,57

0,05

34

2,72-2,54

2,58

0,05

18

2,63-2,59

2,61

0,01

5

Коэффициент
пористости е

n

max–min

X

±δ

136

1,38-0,93

1,15

0,05

88

1,28-0,62

1,01

0,03

35

1,14-0,62

0,87

0,06

18

1,46-1,04

1,25

0,13

6

еL

1,06

0,88

0,73

1,09

7

Предел
текучести
WL

n

max–min

X

±δ

199

0,93-0,53

0,72

0,07

122

0,08-0,44

0,61

0,08

58

0,65-0,35

0,52

0,07

36

0,79-0,60

0,70

0,05

8

Предел
раскатывания
WР

n

max–min

X

±δ

220

0,49-0,25

0,38

0,05

127

0,44-0,22

0,38

0,06

57

0,34-0,23

0,27

0,03

36

0,43-0,30

0,37

0,03

9

Число
пластичности JР

n

max–min

X

±δ

211

50-16

0,34

0,08

119

43-15

0,28

0,04

53

35-18

0,26

0,04

36

38-30

0,33

0,03

10

Показатель
текучести JL

n

max–min

X

±δ

180

0,50-0,05

0,15

112

0,50-0,05

0,16

49

0,50-0,05

0,20

36

0,49-0,09

0,24

11

Степень
влажности Sr

n

max–min

X

±δ

115

1,0-0,74

0,98

71

1,0-0,76

0,90

17

1,0-0,80

0,95

18

0,98-0,91

0,94

0,02

Толщи  мергелистых глин представляется возможным расчленить на три зоны, в зависимости от высотных условий залегания: 220–140 м, 140–130м, 130–110 м и выделить зону разуплотнения, выветривания.

В  интервале абсолютных отметок 220–140 м все показатели физических свойств характеризуют глины жирные пластичные пористые. В средней и нижней зонах, от 140 до 110 м, глины менее пластичные, грубые, опесчаненные. Граница 130–140 м отвечает глубине вреза долины р.Суры, где под аллювием встречаются глины опесчаненные, иногда тяжелые суглинки (число пластичности 15–17), а по склонам долин и водоразделов наблюдается постепенное увеличение числа пластичности, достигая максимума в 40–50 единиц на наиболее высоких абсолютных отметках.

Плотность  частиц, свидетельствующая в основном о вещественном составе грунта, отличается, с одной стороны, значительным размахом колебаний значений от 2,40 до 2,72 г/см3, с другой – постоянством средних значений, 2,57÷2,58 г/см3. Подтверждает­ся единство условий формирования глинистой фации маастрихта.

Предел  раскатывания закономерно уменьшается по слоям сверху вниз, от 0,38 до 0,33 и 0,27 для нижней зоны. Аналогично изменяется предел текучести, от 0,72 в верхних до 0,61 и 0,52 для нижних слоев толщи. Колебания значений от 0,35 до 0,93 свойственны монтмориллонитовым глинам, для которых предел текучести равен 1,00. Вероятно, именно маастрихтские глины дали начало покровным лессовидным суглинкам и глинам, развитым по склонам водоразделов и богатых монтмориллонитом.

Значения  предела текучести особенно чётко изменяются сверху вниз в верхней зоне массива, при испытаниях на строительных площадках, что свидетельствует об увеличении дисперсности в высоких горизонтах. Размах колебаний значений характеристики возрастает с глубиной.

Естественная  влажность глин высока, от 0,23 до 0,55 по толще, при незначительном уменьшении по высотным отметкам: в зоне 220–140 м средняя влажность 0,42, в зоне 140–130 м до 0,36 и в зоне 130–110 м – 0,32, значения наибо­лее постоянны по площади, колебание от 0,39 до 0,23. При одинаковой степени влажности, от 0,90 до 0,98, т.е. при постоянно высоком водонасыщении всей толщи глин, подобная закономерность объясняется различной пористостью глин по зонам, с глубиной.

Приведенная  пористость глин в зоне 220–140 м характеризуется коэффициентом пористости 1,15, средняя зона – 1,01, нижняя – 0,87. Как видим, глины высокопористые, причем четко заметно равномерное уменьшение пористости по мере снижения высоты положения слоев. Уменьшение пористости отражено и в увеличении плотности к низам толщи, от 1,75 до 1,83 г/см3.

Коэффициент  пористости при влажности на границе текучести также закономерно увеличивается от 0,86 в низах толщи до 2,31 в верхней зоне, причём резкое возрастание значений отмечено в ин­тервале 140–150 м, ниже и выше этого уровня различия практически не наблюдаются.

Определение несущей способности грунтов глубоких горизонтов требуется для расчета фундаментов крупных промышленных объектов и многоэтажных зданий, передающих напряжения в пределах обширных сфер воздействия, для расчетов свайных фундаментов с опиранием концов свай в корен­ные породы, в том числе в присклоновых зонах плато.

Указанное особенно характерно для зданий и сооружений, в пределах сферы влияния которых давление на грунтовое основание превышает 500,0 кПа. Применение варианта сплошных фундаментных плит при таких давлениях ведет к формированию активной зоны основания толщиной более 30÷40 м и часто расчетные осадки превышают допустимые значения. Например, при строительстве одного из высотных зданий «Москва–Сити» приняты буронабивные сваи длиной 48,0 м и в качестве несущего основания служат слои мергеля.

Мергелистые  породы верхнего мела в течение нескольких суток в воде размокают полностью, особенно при переменном смачивании и высушивании. На откосах, при выветривании глин образуются осыпи из мелкого щебня и дресвы, при увлажнении оползающие (с.Куриловка). Глинистые свойства проявляются более резко, если карбонатный материал имеет коллоидную природу, а не играет роль цемента. Поэтому при оценке глин как осно­ваний сооружений главное – определить водоустойчивость по схеме тройного сдвига и компрессионные свойства при увлажнении.

Наиболее  показательным для предварительной оценки механических свойств глинистых грунтов является их показатель текучести. Для морских глин Пензенского региона он изменяется в пределах от 0,05 до 0,50. При диапазоне изменения показателя текучести несущая способность буронабивных свай диаметром 1,2 м и длиной 30,0 м может отличаться в 2,0÷2,5 раза. Однако, следует согласиться с положениями Р.Э.Дашко [11], что стандартные пределы пластичности не дают истинного представления о поведении грунта под нагрузкой. Грунт может обладать твёрдой, пластичной или текучей консистенцией при различных напряженных состояниях. Истинное поведение грунтов под сооружением возможно определить только по непосредственным испытаниям прочностных и деформационных свойств.

Результаты  обработки этих данных предлагается отразить в продолжении работы.


Библиографический список
  1. Гуленина Н.К. Технический отчет об инженерно-геологических исследованиях на площадке строительства домов в м/р 12 пос. Арбеково. г.Пензы. 1975. Фонды Пензенского отделения КТИСИЗ,а.
  2. Клинкова А.П. Технический отчет об инженерно-геологических исследованиях устойчивости коренных склонов в центральной части г.Пензы. 1973. Фонды Пензенского отделения КТИСИЗ,а.
  3. Инженерная геология СССР. Том 1. Русская платформа / Под редакцией И.С. Комарова. – М. Изд. МГУ. 1978. 528 с.
  4. Беньямовский В.Н., Копаевич Л.Ф., Акимед В.С. К стратиграфии верхнего мела Ульяновского Поволжья по фораминиферам // Изв. вузов. Серия геологическая. №5. 1988. С. 65–74.
  5. Зиангиров Р.С., Рагозин А.Л., Снежкин Б.А. и др. Комплексная инженерно-геологическая оценка оползневого склона в г. Ульяновске // Геоэкология. №1. 1993. С. 94–108.
  6. Олферьев А.Г., Беньямовский В.Н., Иванов А.В. Верхнемеловые отложения Саратовской области. Статья 1. Разрез карьера Большевик в окрестностях г. Вольска // Бюлл. МОИП, отделение геологии. 2009. Т. 84, вып. 2, С. 5–22.
  7. Олферьев А.Г., Беньямовский В.Н., Вишневская В.С. Верхнемеловые отложения отложения северо-западной Саратовской области. Статья 2. Проблемы хроностратиграфической корреляции и геологической истории региона // Стратиграфия, геологическая корреляция и геологическая история региона. 2008. Т. 16. №3. С. 47–74.
  8. Найдин Д.П. Вольский разрез верхнего мела // Тр НИИ геологии СГУ. Нов. серия. Т.10. Саратов: научная книга. 2002. С. 6–11.
  9. ГОСТ 20522–96. Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний. НИИОССП им. Н.М. Герсеванова. – М., 1997.
  10. Коломенский Н.В., Комаров И. С. Инженерная геология / Учебник. – М.: Высшая школа, 1964. 480 с.
  11. Дашко Р.Э., Каган А.А., Щукин Т.М. Об оценке консистенции глистых грунтов. Изв. Вузов. Геология и разведка. Т. 4. 1972.


Все статьи автора «Грачева Юлия Вячеславовна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: