Делювиальные отложения образуются в результате плоскостного смыва дождевыми и талыми водами продуктов выветривания горных пород (элювия). Для делювия характерна наклонно-горизонтальная, волнисто-горизонтальная слоистость, ленточноподобная, с едва заметным падением по склону, а у коренного основания наблюдается увеличение угла до 2-5º и более, до 15º по уклону современного рельефа. Цвет делювия желтый, желтовато и буровато-коричневый с охристо-желтыми прослойками. По мере опесчанивания материала увеличивается сортированность и появляется сероватый оттенок.

Пологие склоны, 0,02 – 0,12, образованы путем постепенного отступания при эрозии верхних частей коренного склона в условиях сухого климата периода постледниковья.

Для Пензенской области площади развития делювия можно разделить на три района, отличающиеся условиями строительства:

1. Всхолмленные, полого-увалистые равнины, с колебанием абсолютных отметок (а.о.) 210-260 м на западе (Пачелмский район), 175-188 м в центре (м/р Арбеково), 197-200 м на севере (Иссинский р-н) и 180-190 м на юге (Сердобский р-н). Уклоны составляют 0,01- 0,04. Мощность делювиальных покровов меняется от нескольких метров до 8-10 м. Развиты на комплексе ледниковых отложений. Условия строительства условно благоприятные, осложнения – островные проявления просадочности или набухания, морозного пучения.
2. Крутые склоны водоразделов, делювий на коренных породах, а.о. 195-230 м в центре (Западная Поляна, г. Пенза), 210-230м (Сосновоборский р-н) на востоке области, 160-170 м по правому берегу р. Суры (р-н Сурской плотины). Полоса делювия неширокая, но толща довольно мощная, у подножия склонов до 15 м. Откосы от 25° до 45°, возможны обвально-осыпные и оползневые явления, особенно при водонасыщении и подмыве основания склонов, овраги. Условия строительства неблагоприятные.
3. Пологие склоны долин рек, нижние части коренных склонов. Нередко делювий налегает на древнеаллювиальные отложения II-х надпойменных террас рек. А.о. 170-175 м (Каменский р-н в долине р. Атмис), от 162-169 м до 150 м на приречных склонах долины р. Суры в г. Пензе. Условия строительства благоприятные.

Строение делювиальных наносов, их состав и мощность стоят в теснейшей зависимости от крутизны склонов, к которым они приурочены. На крутых склонах делювий часто совсем отсутствует, и коренные породы лишь прикрыты у основания обрывов осыпями. Представлен делювий крутых склонов щебнем, дресвой местных пород, реже крупнозернистыми песками [1].

С уменьшением крутизны склонов на них увеличивается мощность наносов, состав которых более тонкий, причём размеры частиц уменьшаются от нижних слоев к верхним.

На пологих, длинных склонах делювиальные образования имеют наибольшее развитие. Временные плоские потоки вешних вод быстро теряют силу, и отлагают весь взвешенный материал на поверхности склонов и у подножия. Нижние горизонты делювия пологих склонов грубее, чем верхние, неоднородны, содержат прослойки песка, обломки коренных пород (опок, песчаников, известняков). В западной части области в основании склонов нередко встречаются прослои крупных валунов и гальки – остатки размытой морены. Верхние горизонты отличаются отсутствием слоистости, однородностью и тонкостью. Представлен делювий пологих склонов супесями, суглинками, глинами [2].

Мощность покрова делювиальных суглинков неравномерна, от 2-3 до 10-15 м, с приближением к балкам она сильно возрастает и сливается с аллюво-делювием [3]. Каждая западина, понижение на водоразделе и склоне определяют увеличение мощности делювия. Пологий склон образовывался путём постепенного отступания от долин верхней части крутого берега, при постоянном увеличении массы выветрелого материала. На конечных стадиях процесса для глинистых образований практически невозможно найти границу между делювием склонов и элювием, залегающим на водоразделах [4].

Делюво-элювиальные образования широко распространены в пределах Пензенской области, покрывая сплошным чехлом водораздельные пространства, их склоны, поверхность высоких террас рек. В зависимости от подстилающих пород, состав их варьирует от легких лёссовидных суглинков, песчанистых глин до плотных супесей. Мощность составляет 3-5 м, редко до 8,0 м.

Наиболее мощные толщи нерасчлененного элюво-делювия выполняют древнюю овражно-балочную сеть. В основном это суглинки и глины буровато-коричневые, пылеватые, средней мощностью 4,0 м, с колебаниями до 6,0 – 9,0 м (районы Чаадаевский, Городищенский, Бессоновский, Пензенский).

Граница между делювиальными лессовидными толщами и подстилающими породами может быть резкой – при залегании на коренных песках или плотных глинах, или неясной – в случае залегания на элювиальных или аллювиальных отложениях [5]. По текстуре делювиальные толщи довольно однообразны – макропористые, с вертикальной трещиноватостью.

Гранулометрический состав: глинистая фракция (менее 0,005 мм) от 23 до 27 %, пылеватая (0,05-0,005) – 48 %, песчаная фракция (1 – 0,05мм) от 20,0 до 25,0 %.

По числу пластичности I_p = 16÷20, делювий чаще относится к тяжелым суглинкам, глинам, реже (восточные районы) к легким суглинкам с I_p = 8÷10.

Минералогический состав делювия: кварца более 60 %, полевых шпатов до 30 %, кальция 3÷12 %, слюды 3÷4 %, среди глинистых минералов (по рентгеноструктурному анализу) монтмориллонита до 80 % .

Химический состав делювия незначительно изменяется по площади: наибольшее содержание кремнезема SiO₂ 78÷81 % характерно для южных (Сердобский) и восточных (Кузнецкий) районов, при развитии делювия на песках палеогена. Увеличение глинозема Al₂O₃ до 15÷20 % свойственно западным (Земетчинский) и северным (Иссинский) районам, где на поверхность выходят глинистые породы юры и нижнего мела. Содержание окислов железа Fe₂O₃ постоянно, 4÷5 %, повышенное содержание окислов калия и натрия около 3 %. В верхних горизонтах повышается роль карбонатов CaCO₃ до 12 %.

Обводнение делювия спорадическое, типа верховодки в опесчаненных линзах. Чаще делювиальный плащ определяет подпор грунтовых, межпластовых горизонтов, создавая гидродинамическое давление на грунты и возможность оползневых явлений, а также прорыва подземных вод при подрезке склона [6, 7].

Инженерно-геологические свойства делювия значительно изменяются по площади, в зависимости от поверхности залегания и состава подстилающих пород, что сказывается на величине значений показателей физико-механических свойств [8, 9, 10]:

• естественная влажность высока лишь для разностей делювия по бортам долин крупных рек, при насыщении подземными водами коренных пород (Пенза, Куриловка), 40÷45%. Для всех остальных районов сохраняются примерно одни значения, от 22÷24 %.
• плотность частиц от 2,62 до 2,68 г/см³. Повышения характерны для западных районов, где заметен привнос ледниковых валунчиков и галек, и на востоке, за счет щебня сливных песчаников.
• плотность делювия связана с влиянием эпох оледенения. На западе (днепровский ледник) значения возрастают до 1,96÷2,09 г/см³ (Земетчино, Пачелма), на востоке, по склонам долин, уменьшаются до 1,64 г/см³. Размах значений больше у суглинков, для глин значения относительно выдержаны.
• коэффициент пористости для делювиальных глин крутых склонов высокий 1,25÷1,35. Среднее значение у глин и суглинков низких водоразделов и пологих склонов 0,80÷0,98, даже минимальные значения этого показателя довольно высоки – 0,65÷0,70 – для делювия, перекрывающего аллювий террас или морену.
• пределы пластичности. Наибольшие значения предела текучести свойственны наиболее пластичным глинистым разностям делювия, развитого на мергелистых глинах верхнего мела (60÷75 %), а минимальные, от 30 до 35 % – на песках южных и восточных районов [11]. Аналогично изменяются значения предела раскатывания: от 28÷35 % до 15 %.
• число пластичности I_p суглинистых разностей практически не изменяется по районам. Это средние суглинки с I_p = 12÷15 %. Для глин колебания несколько больше, до 31÷35 % у глин склонов, развитых на мергелистых глинах верхнего мела, и 19÷20 % для отложений, развитых на ледниково-речных песках и элювии (Пенза, Арбеково).
• показатель текучести – характеризуется тугопластичной и полутвердой консистенцией 0,20 ÷ 0,35 , мягкопластичные разности 0,55 ÷ 0,65 очень редки.
• степень влажности высокая, более 0,8. Делювий региона – водонасыщенный грунт. Только суглинки м/р Арбеково и некоторые разности пологих склонов отличаются несколько меньшим заполнением пор водой, 0,6÷0,7.
• сжимаемость, выраженная модулем деформации, сравнительна невелика, т. к. при нагрузках в интервале 0,1-0,2 МПа модуль деформации по данным полевых испытаний штампом для увлажненных грунтов в среднем составляет 7÷8 МПа, а наибольшие значения, 15÷32 МПа, свойственны глинам и суглинкам западных районов, залегающим на ледниковых отложениях.
• сопротивление сдвигу (угол внутреннего трения и удельное сцепление) довольно высокое. Удельное сцепление выше у глин, залегающих на ледниковых и верхнемеловых глинах, 0,04-0,06 МПа, средние значения характерны для суглинков, 0,021-0,035 МПа, наименьшие – для опесчаненных разностей, 0,007 МПа. Угол внутреннего трения примерно одинаков, 19÷21°, только для глин на коренных склонах долины реки Суры (Куриловка, Козеевка), снижается до 10°. Однако прочность глин определяется в таком случае повышенным значением удельного сцепления.

На подрабатываемых территориях свойства глин и суглинков значительно изменяются. В карьерах происходит разуплотнение, снижение прочности и увеличение сжимаемости грунтов до глубины 3-3,5 м, в зависимости от длительности стояния котлованов. Модуль деформации уменьшается до 3÷4,5 МПа, вместо 7 МПа для грунтов в естественном залегании. Делювий относят к просадочным (I тип просадочности), набухающим и пучинистым грунтам. Величина коэффициента относительной просадочности для глубины 5-6 м при 0,2 МПа составляет e_sl = 0,011, для глубины 7÷8 м – до 0,014. Давление набухания Р_sw составляет от 0,01 до 0,025 МПа за счет повышенного содержания монтмориллонита.

Пылеватость состава и близкое залегание грунтовых вод на низких пологоувалистых поверхностях способствует промерзанию делювия в морозный период. До 84 % деформаций зданий связано с промораживанием и последующим оттаиванием, а также за счет инфильтрации атмосферных вод через пазухи котлованов, утечки из коммуникаций (8%), за счет самоподтопления делювиальных разностей при изменении температурно-влажностного режима под зданиями.

В качестве основания под тяжелые ответственные сооружения делювий может использоваться только при тщательном изучении общих условий устойчивости его на склоне, определении показателей физико-механических свойств на конкретных участках проектируемых сооружений.

Республика Татарстан характеризуется широким развитием опасных геологических процессов, такие как карстовые, эрозионные и оползневые, а также подтопление и затопление.

В административном отношении территория исследования расположен в Менделеевском районе Республики Татарстан. В геоморфологическом отношении район работ расположен в пределах Елабужской возвышенности на правобережном склоне р. Кама, осложненный долиной р. Тойма и ее притоками.

Развитие опасных геологических процессов на участке исследований может быть обусловлено как непосредственно влиянием строительства на вмещающий грунтовый массив, так и изменением тектонических, гидрогеологических и прочих характеристик массива под воздействием региональных природных факторов.

Активизация опасных геологических процессов может оказать отрицательное воздействие на состояние инженерных сооружений, экосистем и привести к возникновению аварийных ситуаций, в том числе с непосредственной опасностью для жизнедеятельности людей. Поэтому для своевременного прогноза и предотвращения возникновения аварийных ситуаций необходимо проводить мониторинг опасных геологических процессов в зоне влияния строительства и реконструкции, а также на участках их потенциального развития.

В геологическом строении участка работ, до изученной глубины 25,0 м, по данным бурения выделены: современные грунты в виде почвенно-растительного слоя (hQ_IV), техногенных грунтов (tQ_IV) и ила (aQ_IV), аллювиально-делювиальные песчанистые и глинистые (adQ_II-III) отложения четвертичной системы, глинистые и скальные (eP₂) грунты пермского возраста.

Для района исследования из опасных геологических процессов отмечаются процессы морозного пучения, затопления и подтопления.

Морозное пучение — процесс, вызванный промерзанием грунта, миграцией влаги, образованием ледяных прослоев, деформацией скелета грунта, приводящих к увеличению объема грунта и поднятию его поверхности.

На основании лабораторных исследований, проведенных согласно ГОСТ 28622-2012, по степени морозной пучинистости εfh, грунты с учетом влажности грунтов, в зоне сезонно–морозного слоя, классифицируются:

- ИГЭ-1 (суглинки полутвердые) – слабопучинистый fh=2,49 %;

- ИГЭ-2 (суглинки тугопластичные) – среднепучинистый fh=7,87 %;

- ИГЭ-3 (суглинки мягкопластичные) – слабопучинистый fh=8,38 %;

- ИГЭ-4 (пески средней крупности) – слабопучинистый

- ИГЭ-5 (глины полутвердые) – среднепучинистый fh=2,21 %;

Нормативная глубина промерзания грунтов для суглинков и глин составляет 1,6 м. Период существования сезонной мерзлоты в пределах территории исследования с ноября по март.

При промерзании грунты способны увеличиваться в объёме, что сопровождается подъёмом поверхности грунта и развитием сил морозного пучения, действующих на конструкции сооружений. При последующем оттаивании пучинистого грунта происходит его осадка.

Во время строительства и эксплуатации промерзание грунтов может прогрессировать в результате нарушения условий естественного залегания грунтов.

С целью снижения процесса морозного пучения следует формировать положительный поперечный профиль для обеспечения стока атмосферных осадков.

При проектировании оснований и фундаментов должны предусматриваться мероприятия, не допускающие увлажнения пучинистых грунтов основания, а также промораживания их в период строительства.

Одним из наиболее распространенных опасных геологических процессов является подтопление. Данный процесс приносит существенные проблемы при возведении фундамента строения. Причинами подтоплений зданий (сооружений) и фундаментов являются природный и техногенный факторы.

В инженерно-геологических изысканиях обязательным элементом исследования считаются грунтовые воды. И это не просто так, поскольку именно они становятся природной причиной возникновения подтоплений оснований. Уровень грунтовых вод в норме имеет определенную отметку, но при изменении геологических условий территории он может существенно повышаться  и понижаться. Поэтому при возведении фундамента следует учитывать не только технические особенности будущего строения, но и погодные условия, сезонные колебания и т.п. Так, например, в зимнее время подтаивание снегов приводит к высвобождению влаги и просачиванию вглубь грунта, что приводит к повышению уровня грунтовых вод.

На участе исследования грунтовые воды вскрыты на глубине 0,5-3,3 м, в соответствии с требованиями СП 11-105-97, с учетом замеренного и прогнозируемого уровня грунтовых вод. По подтопляемости территория подразделяется на:

1. «I-А-2» сезонно (ежегодно) подтапливаемые:
2.  «I-А-1» постоянно подтопленные:

В водообильные периоды при длительном разрыве между выполнением земляных и строительных работ могут измениться условия поверхностного стока, которые могут вызвать временное подтопление территории и замачивание грунтов с изменением их консистенции. В процессе бурения возможно нарушение природного состояния глинистого грунта, увеличение их проницаемости, что также создание условий для формирования подземных вод в нарушенной части разреза, при наличии водоупорных грунтов в дне выработок.

При строительстве и эксплуатации необходимо соблюдать мероприятия по инженерной защите от подтопления, в соответствии с рекомендациями СП 116.13330.2012, ограничивающие подъем уровня грунтовых вод: дренаж, противофильтрационные завесы и другие водозащитные мероприятия.

Учитывая геологическое строение участка работ, рекомендуется предусмотреть организацию водоотвода вод, образующихся в водообильные периоды, а также утечек из водонесущих коммуникаций, так как они могут повышать уровень грунтовых вод и формировать «верховодки», замачивая грунты и изменяя их прочностные и деформационные свойства.

Во время весеннего и осеннего половодья, засчет таяния снегов и подъема уровня вод, происходит увеличение влажности грунтов и изменение их консистенции.

Территория р. Тойма, относится к пойменной части и затапливается вовремя паводков и весеннего половодья. При проектировании и строительстве следует проводить защитные мероприятия от затопления, такие как подсыпка территории до незатопляемых отметок, обвалывание защищаемой территории путем ограждения защитными дамбами или регулирование стока с помощью водохранилищ т.д.

Во время строительства и эксплуатации промерзание грунтов может прогрессировать в результате нарушения условий естественного залегания грунтов.

С целью снижения процесса морозного пучения следует формировать положительный поперечный профиль для обеспечения стока атмосферных осадков.

При проектировании оснований и фундаментов должны предусматриваться мероприятия, не допускающие увлажнения пучинистых грунтов основания, а также промораживания их в период строительства.

Следует отметить, что в водообильные периоды при вертикальной планировке территории, при длительном разрыве между выполнением земляных и строительных работ могут измениться условия поверхностного стока, которые могут вызвать временное подтопление территории и замачивание грунтов с изменением их консистенции. В процессе проходки выработок под проектируемые сооружения происходит нарушение природного состояния глинистого грунта, увеличение их проницаемости, что также создает условия для формирования подземных вод в нарушенной части разреза, при наличии водоупорных грунтов в дне выработок.

При строительстве и эксплуатации необходимо соблюдать мероприятия по инженерной защите от подтопления, в соответствии с рекомендациями СП 116.13330.2012, ограничивающие подъем уровня грунтовых вод: дренаж, противофильтрационные завесы и другие водозащитные мероприятия.

Изучение опасных геологических процессов крайне важно при проведении инженерно-геологических изысканий. Их развитие оказывает отрицательное воздействие на состояние инженерных сооружений, приводит к возникновению аварийных ситуаций, в частности опасность для жизнедеятельности людей. Для своевременного прогноза и предотвращения возникновения аварийных ситуаций необходимо проводить мониторинг опасных процессов в местах влияния на строительство, а также на участках их потенциального развития [2, с. 48].