V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Настоящая работа является  результатом прохождения производственной практики в изыскательской организации ООО «Стройизыскание» г. Белгорода, а также  обобщения материалов инженерно-геологического изучения меловых грунтов, полученных проектно-изыскательскими организациями г. Воронежа.

Изучением охвачена площадь развития меловых грунтов в пределах Среднерусской и Калачской возвышенностей на участке, ограниченном на севере - северной границей Семилукского района Воронежской области, на юге - южной границей Кантемировского района Воронежской области, на западе - долиной реки Олым и верховьями р. Тихая Сосна, на востоке - долиной р. Дон и восточными склонами Калачской возвышенности. Стратиграфически рассматриваемые мел-мергельные грунты принадлежат верхнему отделу меловой системы - туронскому и коньякскому ярусам. К мел-мергельным грунтам относятся карбонатные породы органогенно-химического происхождения, сформировавшиеся в водной среде и состоящие из карбонатной (растворимой) и глинистой (нерастворимой) частей.  Мел-мергельные породы относятся к полускальным грунтам со слабыми структурно-кристаллизационными связями. При увлажнении и разрушении они способны переходить в пластичное состояние, сопровождаемое резким понижением прочности и приобретением физико-механических свойств связных грунтов. Макроскопически мел представляет собой породу белого цвета, сильнопористую, тонкодисперсную, оставляющую пачкающий след. Мергель отличается большей плотностью, серовато-желтоватым оттенком, обусловленным большим содержанием глинистой составляющей. Химический состав меловых грунтов коньяк-туронского ярусов  характеризуется преобладанием СаО над МgО. Минералогический состав мел-мергельных грунтов представлен карбонатной частью и нерастворимым остатком. В составе карбонатной части резко преобладает кальцит, подразделяющийся на органический и пелитоморфный (преобладание фракций <0,01 мм). Органический кальцит представлен остатками древних водорослей и составляет 55% объема карбонатной части. Пелитоморфный или порошкообразный является продуктом переработки древних водорослей илоедными организмами. Нерастворенный остаток представлен кварцем и минералами глинистой группы.

Отложения турон-коньякского ярусов представлены преимущественно мелами чистыми и глинистыми с подчиненными прослоями мергелей, преимущественно слабоглинистых и мелоподобных, реже глинистых и сильноглинистых. По степени выветрелости они подразделяются на разновидности: трещиноватые, сильнотрещиноватые и рухляки.

Рухляк мела чистого и глинистого характеризуется следующими нормативными показателями физических свойств:

- плотность ρ = 1,83 г/см3

- коэффициент пористости е = 0,9.

Рухляк мергеля мелоподобного и слабоглинистого характеризуется увеличением значения природной влажности до 0,3 и уменьшением значения коэффициента пористости до 0,83. Нормативные значения основных показателей физических свойств:

- плотность ρ = 1,92 г/см3

- коэффициент пористости е = 0,83.

Анализ частных значений определений сопротивления одноосному сжатию рухляка мелов чистых и глинистых свидетельствует о широком диапазоне изменений значений сопротивлений одноосному сжатию (0,14 МПа ≤ Rсж ≤ 1,72 МПа) при нормативном значении 0,6 МПа и коэффициенте вариации 66%. Анализ условий залегания рухляков позволил установить, что значения 1,0 МПа ≤ Rсж ≤ 1,72 МПа относятся к рухлякам, залегающим практически с поверхности, т.е. не перекрытые толщей вышележащих отложений. Это - склоны балок, речных долин, оврагов.

Деформационные свойства рухляков определялись по ограниченному числу образцов. Характерным является значительный разброс значений модуля деформации. Видимо, неоднородность деформационных свойств связана со структурно-литологической неоднородностью рухляка. Изменение физических свойств этих образцов незначительно. Сдвиговые испытания проводились по двум схемам: при природной влажности и при полном водонасыщении. В первом случае значение сцепления - 0,09 и 0,1 МПа, во втором 0,03 МПа. Угол внутреннего трения в обоих случаях составляет 24-25 градусов. В пределах зон рухляков был выполнен определенный объем статического зондирования, подтвердивший сложное строение зоны и выявивший различия между рухляками, расположенными в пределах речных долин и на водоразделах. В частности, в пределах речных долин выявлены участки со значениями лобового сопротивления qз= 0,1 - 1,4 МПа и 1,0-6,0 МПа. На водоразделах значения лобового сопротивления меняются от 1,0 до 4,0 МПа. Приуроченность наиболее низких значений лобового сопротивления к днищам речных долин, к разностям карбонатных грунтов, расположенных ниже УГВ, позволяет сопоставить их с текучепластичными и текучими разностями меловых грунтов.

Сильнотрещиноватые мела и мергеля мелоподобные слабоглинистые турон-коньякского яруса отличаются от мелов и мергелей аналогичного состава зоны рухляка прежде всего своим физическим состоянием. По показаниям физических свойств они обладают более низким значением коэффициента пористости (0,9 и 0,84), более низким значением числа пластичности, соответствующим суглинкам легким. Нормативные значения основных показателей физических свойств:

- плотность ρ = 1,80 г/см3

- коэффициент пористости е = 0,94.

Значения сопротивления одноосному сжатию для сильнотрещиноватых разностей мелов чистых и глинистых отличаются увеличением по сравнению с мелами рухляка. Нормативное значение Rсж составляет 0,52 МПа, для рухляка - 0,42 МПа.

Деформационные свойства мелов сильнотрещиноватых характеризуются большой изменчивостью. Для мелов природной влажности значения модуля деформации в интервале нагрузок 0,1-0,3 МПа меняется от 12,8 до 79,4 МПа при нормативном значении от 50,9 до 62,2 МПа. Для мелов замоченных нормативное значение модуля деформации в интервале нагрузок 0,7 - 0,9 МПа составляет 56,6 - 79,7 МПа. При замачивании мела в ряде случаев проявляют тенденцию к просадочности, а иногда ведут себя как просадочные грунты, давая при замачивании значение относительной просадочности 0,01 при начальном просадочном давлении 0,05 МПа.

Прочностные свойства мелов были получены по результатам испытаний по двум схемам. Нормативные значения по схеме с предварительным уплотнением и полным водонасыщением составили: удельное сцепление 0,03 МПа, угол внутреннего трения - 34 градусов. Вторая схема отличается от первой отсутствием замачивания образца. Нормативные значения характеризуется близкими к первой схеме и составляют: удельное сцепление - 0,07 Мпа, угол внутреннего трения - 28 градусов. 

Мела трещиноватые чистые и глинистые, мергеля мелоподобные и слабоглинистые турон-коньякского яруса распространены повсеместно на рассматриваемой территории. Число пластичности у трещиноватых мелов наиболее низкое - 0,085. Мергеля отличаются высоким числом пластичности - 0,324, более высоким значением природной влажности - 0,352.

Таким образом, карбонатные грунты верхнего мела, обладая различиями в составе и  физико-механических свойствах между литологическими типами (мел и мергель), внутри последних в пределах исследуемой территории, наиболее существенно различаются в своем физическом состоянии по степени выветрелости. Последняя оказывает существенное влияние на фильтрационные и прочностные свойства грунтов. Основываясь на этом, можно утверждать, что большая изменчивость прочностных свойств мелов является следствием их многоаргументной природы.

Литература:

1. Сергеев Е.М., Сидорова Г.А. К вопросу о составе и свойствах меловых толщ

Воронежской области // Вестник МГУ. Серия физ. - мат. и ест. наук.- 1950.- № 12.

1. Носов Г.И. Литология и инженерно-геологическая характеристика писчего мела долины Дона // Труды совещаний по инженерно-геологическим свойствам мел-мергельных пород.- 1957.- Т. 2.
2. Куприна Г.А., Полтев Н.Ф., Сергеев Е.М. Инженерно-геологическая характеристика мела Воронежской области // Труды совещаний по инженерно-геологическим свойствам горных пород и методам их изучения.- 1957.- Т.2.
3. Дурнев Ю.Ф. «Мел-мергельные грунты правобережья Дона»/ Справочное пособие. Фондовые материалы «ВоронежТИСИЗ». Воронеж, 1985.