Одним из основных инструментов исследования геологической среды являются инженерно-геологические изыскания, обеспечивающие сведения о показателях свойств, состава и состояния горных пород и подземных вод. Производственная информация, полученная на всех этапах выполнения изысканий, переводится на различные уровни с постепенной схематизацией геологической среды. В общем виде такая схематизация представляет собой переход от описательной текстовой информации к построению геолого-литологических колонок, инженерно-геологических разрезов с последующим расчленением грунтовых массивов на инженерно-геологические (ИГЭ) и расчетные элементы (РГЭ) (таблица).
Схематизация инженерно-геологической информации
|
Визуальное описание ↓ |
Слой 1 – (t Q4) от 0,0 м до 0,9-1,0 м – асфальтовое покрытие (10 см). Насыпной слой: суглинок, почвенный слой. Слой 2 – (dQ3) от 0,9-1,0 м до 14,30-14,70 м – суглинок тяжелый пылеватый палево-желтый, твердый, просадочный, незасоленный, ненабухающий с включением карбонатов и редкими вкраплениями марганца. Встречаются редкие прослои супеси (5-12 см). Слой 3 – (eQ3) от 14,3-14,7 м до 15,5-16,5 м – погребенная почва – суглинок тяжелый пылеватый, коричневый, твердый, просадочный, незасоленный, ненабухающий, с карбонатами, вкраплениями марганцами пятнами гумуса |
||||||||||||||||||||
|
Геолого-литологическая колонка ↓ |
|
||||||||||||||||||||
|
Геомеханическая модель ↓ |
|
||||||||||||||||||||
|
Грунтовая толща → |
|
Выделение ИГЭ и РГЭ осуществляется с применением принципа геолого-генетической оценки состава грунтов, а также хорошо известных вероятностно-статистических методов [1, 2]. На их основе устанавливаются нормативные и расчетные показатели свойств и состава грунтов, выделенных ИГЭ (РГЭ), а также подземных вод. Результатом является структурно-схематическая модель геологической среды, в которой сохраняется инженерно-геологическая основа, используемая для детального комплексного исследования инженерно-геологических условий и их описания, разработки различных количественных критериев, характеризующих состояние компонентов геологической среды; картирования и др. На сегодняшний день высшим иерархическим уровнем схематизации является геомеханическая модель объекта (площадки), которая представляет собой совокупность ИГЭ (РГЭ). Новизной представленных исследований представляется обобщение инженерно-геологической информации на уровне «грунтовая толща». Выполнение подобной схематизации необходимо в связи с тем, что ИГЭ (РГЭ), слагающие грунтовую толщу, имеют разные нормативные и расчетные показатели свойств и состава грунтов, однако для решения многих прикладных геологических и экологических задач необходимо иметь информацию об инженерно-геологических особенностях грунтового массива в целом.
Целью исследования является обособление грунтовых толщ, слагающих территорию г. Ростова-на-Дону, а также приобщение новых типов грунтовых толщ, типичных для южного региона, к общепринятой классификации грунтов России.
Материалы и методы исследования
Для достижения поставленной цели были изучены 150 отчетов по результатам инженерно-геологических изысканий, проведенных на участках проектируемого строительства объектов промышленного и гражданского назначения. Применены методы анализа информации, такие как сбор данных, метод регистрации, обобщения, ранжирования, классификации и др. [3]. Выделение грунтовых толщ осуществлялось с использованием подхода В.Т. Трофимова к анализу состава, состояния, структуры и территориального распространения грунтов (таблица) [4].
В соответствии с классификацией В.Т. Трофимова по особенностям вещественного состава, структуры и иным критериям грунтовые толщи ранжируются на классы, группы, типы и виды, разновидности. Последние обосабливаются значениями характеристик свойств, имеющих важное значение при оценке грунтов как оснований зданий и сооружений.
Результаты исследования и их обсуждение
Город Ростов-на-Дону – ведущий индустриально-промышленный центр Южного федерального округа. В структурно-тектоническом отношении исследуемая территория относится к Скифской плите, которая приурочена к эпигерцинской платформе, в геологическом строении которой участвуют талые и немерзлые горные породы. Платформа состоит из плитного фундамента, представленного темно-сланцевыми отложениями верхнего и нижнего девона. Платформенный чехол сложен породами мезозоя и кайнозоя. Основаниями зданий и сооружений, в основном, являются субаэральные дисперсные породы четвертичного возраста, широко распространенные на территории Европейского юга России [5]. Дисперсные породы представлены связными и несвязными типами, имеют пестрый литолого-петрографический состав, разнообразные структурные особенности и инженерно-геологические свойства. Следует отметить присутствие в грунтовых массивах 1-5 ярусов погребенных почв, датированных четвертичным возрастом [5].
Под грунтовой толщей понимают верхнюю 10-метровою часть массива горных пород, которая находится или может находиться в зоне интенсивного воздействия техносферы [5]. Нами под грунтовой толщей понимается верхняя 30-метровая часть разреза. Это обусловлено тем, что на юге РФ, как правило, бурение инженерно-геологических скважин проводится на глубину не ниже 50 м. Обособление грунтовых толщ осуществлялось по двум группам признаков. Первая группа включала показатели литологического состава и строения, а именно принадлежность грунтов к определенному классу, их сочетание в грунтовом массиве. Вторая группа признаков учитывала степень увлажненности грунтов. Грунтовые толщи, выделенные на территории г. Ростова-на-Дону по литологическим признакам, а также их положение в классификации В.Т. Трофимова представлены на рис. 1.
Рис. 1. Классификация грунтовых толщ г. Ростова-на-Дону
Классификация грунтовых толщ г. Ростова-на-Дону показывает, что на территории города распространены грунтовые толщи, сложенные грунтами одного класса (скальными или дисперсными) и сложенные грунтами разных классов (скальными и дисперсными). Преобладают грунтовые толщи, сложенные грунтами одного класса, – дисперсные грунты. Они составляют 86 % от всего количества выделенных толщ и представлены группами: однопородными, двухпородными, многопородными. В литологическом составе перечисленных групп выделяются типы глинистых и лёссовых пород. В меньшей степени присутствуют песчаные и щебнистые грунты. Следует отметить, что в классификации В.Т. Трофимова используется термин «лёссовые грунты», критериями выделения которых являются: гранулометрический состав, светлая палево-желтая окраска, низкая влажность, значительный размер пор и содержание пустотного пространства в объеме породы, присутствие легко- и среднерастворимых солей, в том числе карбонатов, обеспечивающих способность держать вертикальные откосы в сухом состоянии; наличие слабых водонеустойчивых структурных связей. С 1950-х гг. неотъемлемым критерием лёссовых пород стала просадочность – способность доуплотняться при повышении влажности под действием собственного веса или под нагрузкой [6].
Среди глинистых видов, входящих в грунтовые толщи данного класса, наиболее распространены суглинки и глины легкие и тяжелые, пылеватые, от твердой до тугопластичной, реже мягкопластичной консистенции, непросадочные, ненабухающие или слабо набухающие, без примеси или с примесью органических веществ, незасоленные. Лёссовые виды грунтовых толщ, как правило, сложены суглинками легкими, реже тяжелыми, пылеватыми, твердыми, полутвердыми, просадочными, ненабухающими без примеси или с примесью органических веществ, незасоленными или слабозасоленными.
Среди обломочных грунтов преобладает элювий известняка-ракушечника – дресвяный или щебнистый грунт с обломками известняка разных размеров, разной степени выветрелости, малой или средней прочности, слабоувлажненными с глинистым заполнителем от 20 % до 47 %, основу которого составляет суглинок легкий или тяжелый, пылеватый, твердый. В качестве заполнителя также может присутствовать супесь опесчаненная, твердая.
Скальные грунты представлены известняками неогенового возраста, плотными, размягчаемыми от средней до сильной степени выветрелости, средней прочности с отдельными прослоями прочного известняка. Породы не выдержаны по простиранию и часто переслаиваются с песками.
Процентное соотношение наиболее распространенных грунтовых толщ, слагающих территорию г. Ростова-на-Дону, представлено на рис. 2.
Рис. 2. Соотношение наиболее распространенных видов грунтовых толщ, %
Присутствие грунтовых толщ в геологическом разрезе изучаемой территории, не отраженных в диаграмме, не превышает 1,5 % от общего числа выделенных толщ.
Некоторые грунтовые толщи, отнесенные к классу дисперсных грунтов группе многопородных, выделены авторами впервые. К ним относятся:
– преимущественно глинистые переслаивающиеся с песчаными с лёссовым слоем в верхней части;
– преимущественно лёссовые, подстилаемые глинистыми, переслаивающиеся с щебнистыми;
– глинистые и лёссовые переслаивающиеся с преобладанием лёссовых в верхней части.
Для грунтовых толщ, сложенных грунтами разных классов, характерно меньшее классификационное разнообразие. Отмечается отсутствие грунтовых толщ группы скальных, подстилаемых дисперсными грунтами, а группа дисперсных, подстилаемых скальными, представлена только однопородными и двухпородными типами. Наиболее характерными видами грунтовых толщ данного класса являются глинистые и крупнообломочные породы. Достаточно часто в верхней части толщ имеется лёссовый слой. Крупнообломочные, глинистые и лёссовые виды представлены разновидностями, описание которых приведено для грунтовых толщ, сложенных грунтами одного класса. Грунтовые толщи, отнесенные к группе скальных и дисперсных переслаивающихся, характеризуются чередованием слоев глин, известняка и песка, мощность которых не превышает 1 м.
Среди грунтовых тощ данного класса впервые выделены следующие:
– дисперсные, подстилаемые скальными двухпородные преимущественно глинистые с лёссовым слоем в верхней части;
– дисперсные, подстилаемые скальными двухпородные преимущественно крупнообломочные с лёссовым слоем в верхней части;
– скальные и дисперсные переслаивающиеся двухпородные глинистые, переслаивающиеся с щебнистыми.
Выводы
На основании анализа и обобщения собранных данных о литологическом составе и состоянии грунтовых массивов, изученных авторами, можно сделать следующие выводы.
1. В отличие от В.Т. Трофимова, который принимает мощность грунтовой толщи 10 м, авторами под грунтовой толщей понимаются горные породы и почвы, слагающие верхнюю 30-метровую часть разреза.
2. На территории г. Ростова-на-Дону выделено 13 видов грунтовых толщ. Среди них 8 сложены грунтами одного класса; 5 сложены грунтами разных классов.
3. Среди грунтовых толщ одного класса присутствуют скальные однопородные и дисперсные однопородные, двухпородные и многопородные типы грунтов. Грунтовые толщи дисперсной группы представлены семью видами, среди которых наибольшее распространение получили: преимущественно глинистые с лёссовым слоем в верхней части; лёссовые, подстилаемые глинистыми; глинистые. Их доля составляет 78 % от всех выделенных видов грунтовых толщ обоих классов и 89 % – от видов грунтовых толщ, сложенных одним классом (рис. 2). Доля грунтовых толщ скальных однопородных составляет 3 % от всех грунтовых толщ данного класса.
4. Классификация грунтов России, разработанная для обширной территории РФ, не может в полной мере отразить многообразные особенности состава, состояния и свойств грунтовых массивов различных регионов. Авторами впервые в группе дисперсных грунтовых толщ, сложенных грунтами одного класса, выделены новые виды, а именно преимущественно глинистые переслаивающиеся с песчаными с лёссовым слоем в верхней части; преимущественно лёссовые, подстилаемые глинистыми, переслаивающиеся с щебнистыми; глинистые и лёссовые переслаивающиеся с преобладанием лёссовых в верхней части. Все перечисленные виды относятся к типу многопородных.
5. Грунтовые толщи, сложенные грунтами разных классов, распространены менее широко по сравнению с толщами предыдущего класса. Среди разноклассовых толщ преобладают дисперсные, подстилаемые скальными, одно- и двухпородные. Их доля составляет 87 % от выделенных толщ всего класса. Авторами выделены новые виды, из которых 2 приурочены к группе дисперсных, подстилаемых скальными двухпородных: преимущественно крупнообломочные с лёссовым слоем в верхней части; преимущественно глинистые с лёссовым слоем в верхней части. Последний является самым распространенным видом среди грунтовых толщ данного класса. На его долю приходится 48 % от всех обособленных в данном классе толщ.
6. По степени влажности грунтовые толщи разделяются достаточно равномерно с небольшим преимуществом (57 %) слабоувлажненных. Следует отметить, что увлажненные грунтовые толщи в основном залегают в восточной части города.