Что относится к просадочным грунтам
Основные характеристики просадочных грунтов
Отличительная особенность просадочных грунтов заключается в их способности в напряженном состоянии от собственного веса или внешней нагрузки от фундамента при повышении влажности — замачивании давать дополнительные осадки, называемые просадками.
К просадочным грунтам относятся лессы, лессовидные супеси, суглинки и глины, некоторые виды покровных суглинков и супесей, а также в отдельных случаях мелкие и пылеватые пески с повышенной структурной прочностью, насыпные глинистые грунты, отходы промышленных производств (колосниковая пыль, зола и т. п.), пепловые отложения и др.
Просадочные и основные их представители — лессовые грунты широко распространены на территории нашей страны и занимают около 15% ее площади в том числе на значительной части (более 80%) территории УССР, Центральной Черноземной зоны, Северного Кавказа, Закавказья, Поволжья, Средней Азии, Казахстана, Восточной и Западной Сибири и др. сложены лессами.
За рубежом значительные площади заняты лессовыми грунтами в СРР, НРБ, ВНР, СФРЮ, Испании, странах Северной Африки, Китае, Иране, Афганистане, странах Южной Америки, США и др.
Просадочность грунтов обуславливается особенностями процесса формирования и существования толщ этих грунтов, в результате чего они находятся в недоуплотненном состоянии. Недоуплотненное состояние лессового грунта может сохраняться на протяжении всего периода существования толщи, если не произойдет повышения влажности и нагрузки. В этом случае может произойти дополнительное уплотнение грунта в нижних слоях под действием его собственного веса. Но так как просадка зависит от величины нагрузки, недоуплотненность толщи лессовых грунтов по отношению к внешней нагрузке, превышающей напряжения от собственного веса грунта, сохранится. Возможность последующего уплотнения лессового грунта, находящегося в недоуплотненном состоянии от внешней нагрузки или собственного веса, при повышении влажности определяется соотношением снижения его прочности при увлажнении и величиной действующей нагрузки.
Наряду с недоуплотненностью просадочные грунты обычно характеризуются низкой природной влажностью, пылеватым составом, повышенной структурной прочностью. Влажность их в южных засушливых районах обычно составляет всего лишь 0,04—0,12, степень влажности 0,1—0,3, а в районах УССР, Молдавии, Средней полосы, Сибири и др. 0,12—0,20 при степени влажности 0,3—0,6.
Структурная прочность лессовых и др. просадочных грунтов обусловливается в основном цементационным сцеплением. При повышении влажности происходит снижение прочности грунта. Как было установлено Б. В. Дерягиным, тонкие пленки воды могут оказывать расклинивающее действие, которое сказывается одновременно с прониканием воды в толщу грунта. Пленки воды, играя роль смазки, облегчают скольжение частиц и содействуют более плотной их укладке под воздействием давления. Сцепление увлажненного лессового грунта в этом случае будет определяться только влиянием сил молекулярного притяжения, величина которых, как известно, зависит в основном от состава и степени плотности грунта.
Просадка грунта — это сложный физико-химический процесс. Основным его проявлением является уплотнение грунта за счет перемещения и более компактной укладки отдельных частиц и их агрегатов, благодаря чему понижается общая пористость грунта до состояния, соответствующего действующему давлению. В связи с повышением степени плотности грунта после просадки прочностные характеристики его несколько возрастают. При дальнейшем увеличении давления процесс уплотнения лессового грунта в водонасыщенном состоянии продолжается, а вместе с этим увеличивается и его прочность.
Изложенное выше показывает, что необходимыми условиями для проявления просадки грунта являются: а) наличие нагрузки от собственного веса грунта или фундамента, способной при увлажнении преодолевать силы связности грунта; б) достаточное увлажнение, при котором в значительной степени снижается прочность грунта. Под совместным влиянием этих двух факторов и происходит просадка грунта.
Характер протекания деформаций во времени на просадочных грунтах определяется их влажностью. В связи с тем что просадочные грунты обычно находятся в маловлажном состоянии, деформация сжатия их от внешней нагрузки происходит в течение сравнительно короткого времени. Просадка грунта, а в равной степени и осадка в водонасыщенном состоянии, протекают в течение более длительного времени, так как эти процессы связаны с фильтрацией воды через толщу грунта.
Расчет по вертикальным деформациям (осадкам) производится как для фундаментов мелкого заложения.
Допустимая величина вертикального и горизонтального перемещения стены устанавливается в задании на проектирование из условия нормальной эксплуатации самой стены. Величина горизонтального перемещения определяется расчетом стены как балки, взаимодействующей с грунтом.
8. ФУНДАМЕНТЫ В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ
8.1. Проектирование фундаментов на просадочных грунтах
8.1.1. Общие сведения о просадочных грунтах
Главная отличительная особенность просадочных грунтов заключается в их способности в напряженном состоянии от собственного веса или внешней нагрузки от фундамента давать при замачивании дополнительные осадки, называемые просадками.
К просадочным грунтам относятся лессовидные супеси и суглинки, иногда оструктуренные мелкие и пылеватые пески, а так же насыпные грунты. Все они объедены в один тип грунтов и называются лессовидными грунтами.
Просадочные грунты на территории России занимают около 15%. Особенно широко они распространены в Забайкалье, Северном Кавказе и Западной Сибири. Мощность просадочных толщь грунтов доходит до 25…30 м.
Основными внешними признаками лессов является макропористость структуры содержание большого количества пылеватых частиц и их агрегатность. Под макропористостью грунтов следует понимать наличие в них видимых на глаз пор, размеры которых значительно превышают размеры минеральных зерен.
Существует несколько гипотез происхождения лессовидных грунтов. Наиболее распространенная – эоловая гипотеза Обручева и почвенная гипотеза Берга.
Свойства просадочных грунтов обусловлены их естественной недоуплотненностью и недоувлажненностью. Степень влажности (sr) природных лессовых грунтов обычно меньше 0.8. Поскольку недоуплотненность и недоувлажненность в разных грунтах выражены неодинаково, различной будет и степень проявления просадочных свойств грунта. Величина просадки зависит как от степени просадочности грунтов, так и от мощности всей просадочной толщи и степени ее увлажнения.
Грунтовые условия строительных площадок, сложенных просадочными грунтами, в зависимости от возможности проявления просадки грунтов подразделяются на два типа. При проектировании фундаментов на просадочных грунтах должен быть установлен тип грунтов по просадочности.
Первый тип по просадочности – такие просадочные грунты, когда просадка ssl грунта происходит в основном в пределах деформируемой зоны основания от внешней нагрузки, а просадка от собственного веса грунта практически отсутствует или не превышает 5 см.
Второй тип просадочности – когда просадка происходит преимущественно в нижней части просадочной толщи. При наличии внешней нагрузки просадка происходит помимо этого и в верхней части просадочной толщи.
Тип грунтовых условий по просадочности определяется на основе лабдраторных исследований или в полевых условиях путем замачивания грунтов в опытных котлованах.
Количественными показателями, характеризующими просадочные свойства грунтов являются:
Относительная просадочность грунта esl определяется из лабораторных компрессионных испытаний методом одной или методом двух кривых [24]. Грунты относятся к просадочным при относительной просадочности esl ≥0.01. За начальное просадочное давление принимается давление, при котором esl = 0.01.
8.1.2. Основные положения проектирования оснований и фундаментов на просадочных грунтах
При проектировании фундаментов на просадочных грунтах должны быть установлены: тип грунтовых условий по просадочности; относительная просадочность; начальное просадочное давление; начальная просадочная влажность; модули деформаций в естественной влажности и при водонасыщении; параметры прочности (угол внутреннего трения и удельное сцепление) при естественной влажности и при водонасыщении.
Деформация оснований фундаментов мелкого заложения определяется суммированием осадок и просадок исходя из условия:
ssl – величина деформации основания, вызванная просадкой грунта;
su – предельно допустимая величина деформации основания.
Величина предельно допустимой осадки su составляет обычно несколько сантиметров 5…10 см. Величина же просадок в просадочных грунтах при их значительной мощности от внешней нагрузки и собственного веса достигает до одного метра и более. Просадки возникают тогда, когда основания под зданием или сооружением замачиваются за счет аварийного замачивания в период их эксплуатации. В последнее время проблема строительства на просадочных грунтах сильно осложнилась. Дело в том, что с интенсивной застройкой территорий, особенно в крупных городах начал повсеместно наблюдаться подъем уровня грунтовых вод и просадочные грунты, бывшие ранее пониженной влажности, оказываются частично или полностью замоченными.
При расчете необходимо проверять, чтобы давление под подошвой фундаментов не превышало расчетного сопротивления грунтов (3.6), (3.38). Если предполагается уплотнение или закрепление грунтов, расчетное сопротивление R определяется с использованием характеристик φ11 и с11, полученных при испытании уплотненных или закрепленных грунтов.
Величину просадки основания от внешней нагрузки и собственного веса грунта определяют по величине относительной просадочности [22]. Для этой цели строят эпюры суммарных напряжений под подошвой фундамента от собственного веса грунта szg и от давления фундамента pz, а также график изменения начального просадочного давления psl,z по глубине просадочной толщи (рис. 8.1). Просадочная толща разбивается на отдельные слои hi не более 2 м.
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Грунты, виды, характеристика
Виды грунтов
Грунты, используемые в качестве оснований зданий и сооружений, подразделяются на:
Глинистые грунты
Глинистые грунты — это связанные грунты, для которых число пластичности Jp больше или равно 0,01. По содержанию песчаных частиц и числа пластичности глинистые грунты подразделяются на супесь, суглинок, глину (табл. I).
Числом пластичности называют разницу между влажностью на границе текучести и влажностью на границе раскатывания в долях единицы.
Глинистые грунты в зависимости от их плотности и влажности могут находиться в различном состоянии, которое характеризуется показателем консистенций J 1 (табл. 2).
Среди глинистых грунтов должны быть выделены:
К илам относятся глинистые грунты в начальной стадии своего формирования, образовавшиеся как структурный осадок в воде при наличии микробиологических процессов и имеющие в природном сложении влажность, превышающую влажность на границе текучести, и коэффициент пористости, превышающий значения для супесчаного ила е > 0,9, для суглинистого ила е ≥ 1,0, для глинистого ила е ≥ 1,5.
Илы выделяются среди глинистых грунтов в особую группу, так как в строительном отношении они являются неблагоприятными грунтами, т. е. строить на них нецелесообразно.
К просадочным грунтам относятся глинистые грунты, которые под воздействием внешней нагрузки или собственнрго веса при замачивании водой дают дополнительную осадку (просадку).
При предварительной оценке к просадочным обычно относятся лессы и лессовидные грунты.
В зависимости от просадки и собственного веса при замачивании просадочные грунты подразделяются на два типа:
К набухающим (пучинистым) грунтам относятся :глинистые грунты, которые при замачивании водой или химическими растворами увеличиваются в объеме.
Набухающие грунты в зависимости от величины относительного набухания без нагрузки в компрессионном приборе подразделяются на:
слабонабухающие, если 0,0404 ≤ δн ≤ 0,08;
средненабухающие, если 0,08 сильнонабухающие, если δн > 0,12.
Песчаные грунты
Песчаные грунты — это сыпучие в сухом состоянии грунты, содержащие менее 50% по весу частиц крупнее 2 мм и не обладающие свойством пластичности.
В зависимости от крупности частиц они подразделяются на пять групп, табл. 3.
По степени влажности песчаные грунты подразделяются на три группы, табл.4.
По степени плотности их сложения песчаные грунты в зависимости от коэффициента пористости подразделяются на три группы, табл. 5.
Крупнообломочные грунты
Крупнообломочные грунты — это несцементированные грунты, содержащие более 50% по весу обломков кристаллических и осадочных пород с размерами частиц более 2 мм. В зависимости от крупности частиц они подразделяются на три группы, табл. 6.
По степени влажности крупнообломочные грунты подразделяются на маловлажные, влажные, насыщенные водой, табл. 7.
Скальные грунты
Скальные грунты — это изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткими связями между зернами (спаенные и сцементированные), залегающие в виде сплошного или трещиноватого массива. Скальные грунты подразделяются на магматические, метаморфические, осадочные табл. 8.
Магматические, метаморфические, а также осадочные сцементированные породы с кремнистым цементом (кремнистые конгломераты, брекчии, песчаники, известняки, опоки) не растворяются в воде.
К растворимым относятся следующие скальные породы:
В результате фильтрации воды-через трещины в растворимых скальных породах возможно образование карстовых полостей.
Заторфованные грунты
Заторфованные грунты различаются между собой по степени заторфованности табл. 9.
Улучшить свойства грунтов можно проведением следующих мероприятий:
Просадочные грунты
Просадка грунта – это процесс коренного изменения плотности грунта, в определенных местах или на общей площади, причиной которого является избыточное увлажнение вследствие обильных дождей или ошибках сделанных при расчете несущей способности фундамента.
Просадка и ее воздействие
К просадочным грунтам относят те, что имеют неустойчивую физико-механическую форму (наличие большой пористости). Такой грунт имеет высокую пористость, которая при воздействии на него давления или повешенной увлажненности, изменяет свою плотность. Высокую пористость имеет грунт лессы и лессовидные суглинки. Пористость такого грунта составляет до 50%, большая часть грунта имеет пылевидные частицы. Такой грунт в нормальных условиях имеет очень маленькую влажность, поэтому под воздействием дополнительной влаги значительно изменяет свою структуру. Также лессы насыщены карбонаты, которые легко растворимы в воде, что нарушает целость грунта.
При определении уровня просадки выделяют два основных типа:
Основная проблема – это не однородность грунта и поэтому проведение расчетов по просадочности необходимо проводить на всей площади как вдоль, так и в глубину. Только с определением показателей по каждому слою можно определить вид фундамента и рассчитать его размеры и глубину закладки.
За счет большого опыта изыскательных работ наша компания проводит все необходимые исследования и самостоятельно определяет необходимые условия строительства фундамента на просадочных грунтах.
В первую очередь определяется относительная просадочность – физико-механическое изменение грунта при увеличении влажности под воздействием нагрузки и собственного веса грунта.
А также расчеты эпюра давления и интерполяция, как основные показатели определяющие условия для возведения фундамента.
Опасность строительства на просадочном грунте заключается в первую очередь в безопасность эксплуатации здания. При просадке возникает изменение надежности опор (изменение уровня на одном или нескольких участках), что нарушает целостность фундамента из-за перелома линии фронта. Такое воздействие на фундамент влечет изменение во всех элементах здания, которые построены на фундаменте. Так стены здания из-за неровности опоры начинают разрушаться, появляются трещины. Возможен обвал одной из частей конструкции или здания в целом.
Просадочными называют пылевато-глинистые грунты, которые при замачивании дают просадку (дополнительную вертикальную деформацию) с величиной относительной деформации esl 0,01. В отличие от обычной осадки, просадка приводит к коренному изменению структуры фунта.
Просадка свойственна, прежде всего, лессовым суглинкам и супесям. Лишь в отдельных случаях она может возникать в пылеватых песках с высокой структурной прочностью, а также в некоторых техногенных грунтах (отходы промышленного производства, насыпные грунты и др.).
Значение лессовых грунтов в строительной практике трудно переоценить. Занимая огромные площади (как правило, в районах наиболее обжитых и густонаселенных), они нередко служат причиной недопустимых деформаций зданий и сооружений. Во многих случаях это связано с недостаточным учетом их специфических особенностей и в первую очередь — просадочности.
Проектирование фундамента на просадочных грунтах
Для закладки фундамента требуется проведение целого ряда работ, которые включают:
При проведении инженерно-геологического исследования самым главным является определить просадочные особенности грунта, на котором будет производиться строительство.
При определении необходимых мер устранения избыточной просадки учитывают возможность прорезки всего слоя просадки. В таком случаи стоимость фундамента возрастает, однако возможна компенсация за счет сокращения затрат на искусственное основание и средства гидроизоляции.
Такая закладка фундамента не осложнена дополнительными проблемами с использованием особо сложных машин. Разработка котлованов осуществляется обычными землеройными машинами.
Значительные площади заняты ими на юге Украины, в восточном Закавказье, в Молдове, Восточной Европе, в Китае, Средней Азии, Монголии и во многих других районах мира.
Среди лессовых отложений различают типичный лесс, преимущественно эолового (ветрового) происхождения, и лессовидные суглинки (переотложенные первичные образования). Резкую границу между ними проводить затруднительно, поэтому в инженерно-геологических целях их обычно объединяют единым термином «лессовые породы» или «лессовые грунты».
Условия залегания лессовых пород достаточно однообразны. Независимо от гипсометрического положения отдельных положительных форм рельефа, они покрывают плоские водоразделы, их склоны, поверхность высоких террас и т. д.
Мощность лессовых толщ изменяется от первых метров (в северной части зоны их распространения) до 20-30 м в южных районах нашей страны, реже до 80 м и более (юго-восточная часть Предкавказья, Западная Сибирь). В мире известны районы, где мощность лессовой толщи достигает 150-200 м и даже 400 м (лессовое плато в Центральном Китае).
По вопросу образования лессовых пород среди ученых-лессоведов существуют различные представления (эоловая гипотеза, криогенная, пролювиальная, аллювиальная и др.). В последнее время известность получила космическая гипотеза, связывающая образование лессовых пород с поступлением на Землю пыли (мелкозема) из космического пространства (Ш. Э. У су паев и др.).
Отличительные признаки лессовых грунтов следующие: 1) желто- бурая и палево-желтая окраска; 2) высокая пылеватость (содержание пылеватой фракции (0,05-0,005 мм) свыше 50% при небольшом количестве глинистых частиц); 3) повышенная пористость (40-55%) с сетью макропор (размером 1-3 мм), видимых невооруженным глазом; 4) невысокая природная влажность (Sr = 0,4-0,5), поэтому лессовый грунт, помещенный в воду, быстро размокает; 5) способность держать вертикальный откос (до 10 м) (рис. 23.4); 6) высокая карбонатность; 7) однородная (неслоистая) текстура, прерываемая прослоями погребенной почвы.
По В.А. Обручеву, типичные лессы обладают полным комплексом лессовых черт, у лессовидных пород недостает одной или нескольких лессовых черт.
Лессовые породы отличаются резкой анизотропией фильтрационных свойств, что связано с вертикальной (преимущественно) ориентировкой макропор. С этой их особенностью связано медленное растекание в стороны куполов грунтовых вод, нередко формирующихся в лессовой толще на городских территориях, а также достаточно быстрый подъем уровня грунтовых вод (до 1 м в год) при подтоплении.
Еще одна отличительная особенность лессовых пород — цикличность. Проявляется она в ритмичном чередовании типичных лессов с погребенными почвами и непросадочными лессовидными суглинками.
Минеральный состав лессовых грунтов характеризуется наличием водоустойчивых минералов (кварца, полевых шпатов и др.) — до 50-60%, глинистых (гидрослюды, а также каолинита, монтмориллонита и др.) — до 15-30% и водорастворимых минералов (хлориды, сульфаты, карбонаты и др.) — до 5-15%.
Просадочность лессовых пород обусловлена особенностями их формирования в условиях сухого климата при малой влажности, в результате чего создаются структурные связи, способствующие возникновению и сохранению в породе «недоуплотненного состояния» (по Н. Я. Денисову).
Механизм просадки может быть представлен следующим образом. Вода, проникая в маловлажную высокопористую пылеватую лессовую породу, разрушает водонеустойчивые структурные связи, при этом происходит ее доуплотнение, пористость уменьшается и приходит в соответствие с напряженным состоянием. Крупные агрегаты распадаются, и формируется более плотная упаковка частиц.
Внешне этот процесс выражается в уменьшении объема лессовых пород и неравномерном оседании поверхности земли. На поверхности водоразделов, сложенных лессовыми породами, при увлажнении их атмосферными осадками часто формируются просадочные блюдца размерами до 50-100 м в поперечнике и глубиной от долей метра до 1-2 м.
Несравненно больше просадочные деформации лессовых пород выражены при техногенном замачивании (утечки воды из оросительных каналов, водохранилищ, водонесущих коммуникаций, при интенсивном поливе парков и садов и т. д.)
Начальное просадочное давление (Psl) — это минимальное давление, при котором начинают проявляться просадочные свойства лессовых грунтов. Чем оно ниже, тем грунт считается более проса- дочным.
Величину Psl определяют по тому давлению, при котором относительная просадочность es1 = 0,01. Ее величина колеблется для различных типов лессовых просадочных грунтов от 0,02 до 0,3 МПа.
Определение Psi позволяет установить величину деформируемой зоны, т. е. зоны, в пределах которой происходит просадка грунта от нагрузки фундаментов.
Начальная просадочная влажность (Ws|) — минимальная влажность, при которой проявляются просадочные свойства лессовых грунтов. Ее определяют по результатам лабораторных испытаний как влажность, при которой esl = 0,01.
Согласно СНиП 2.02.01-83*, грунтовые условия строительных площадок, сложенных лессовыми просадочными грунтами, подразделяются на два типа:
Тип грунтовых условий устанавливают, исходя из величины относительной просадочности грунтов (ssl), числа слоев и мощности каждого просадочного слоя.
Наиболее достоверно I или II тип грунтовых условий определяется путем длительного замачивания опытных котлованов (в течение 1-3 месяцев) и наблюдений за просадкой грунтов с помощью поверхностных и глубинных марок.
Устранение просадки грунта
При определении просадки менее 5 см для устранения возможных нарушений устойчивости и разрушения фундамента используют следующие методы:
При определении типа просадки от собственного веса более 5 см могут использовать один из методов или целый комплекс для предотвращения опасных условий:
Для закрепления слабого грунта используют такие методы, как: цементация, силикатизация, электросиликатизация.
Цементация представляет собой процесс заполнения проблемных участков жидким раствором с большим соотношением цемента для быстрого закрепления. Буровая машина закручивает перфорированные трубы до необходимой глубины и через них подается раствор. После подъема труб, скважина также заливается, выполняя функцию сваи.
Силикатизация – это процесс фиксация грунта, который содержит большой процент пылевых частиц, составами на основе жидкого стекла. Раствор нагнетается под давлением и закрепляет область в радиусе 0,3-1 м. Такой метод может использоваться как для закрепления отдельных участков, так и для фиксации всего массива. При фиксации всей площади раствор нагнетают в шахматном порядке для закрепления максимальной площади и сокращения расходов. Электросиликатизация отличается наличием постоянного тока в растворе для более быстрого и качественного закрепления грунта.
Наша компания работает во многих регионах страны и проводит все необходимые изыскания для постройки зданий на любых грунтах. Проводимые изыскания подходят для строительства зданий 1, 2, 3 уровней ответственности. Все работы проводятся согласно существующим требованиям к изыскательным работам.
Команда формируется только из опытных сотрудников и лучших выпускников ведущих вузов страны. Опыт работы на рынке инженерно-геологических изысканий гарантирует качество проводимых исследований.
Компания осуществляет индивидуальный подход к каждому клиенту и имеет гибкую ценовую политику. Для постоянных клиентов предусматривается специальная система установления скидок.
Для получения информации и ответов на существующие вопросы позвоните по указанному номеру или закажите обратный звонок. Также Вы всегда можете связаться с нами через электронную почту и получить все полезную информацию в кратчайшие сроки.
Ученые, занимающиеся изучением проблем лесса, разработали несколько концепций. Одна из них гласит, что в определении ключевых параметром лессовых отложений отсутствуют существенные различия. В число таких характеристик входят однородность гранулометрического состава в разрезе и по распространению на крупных территориях.
Как правило, это известковый микроагрегатированный алеврит не слоистого типа. В его состав входит 30-55% пылевых частиц, а пористость варьируется от 40% до 45%. Дополнительными свойствами служат небольшая концентрация легкорастворимых солей и устойчивость к удержанию вертикальной стенки в обнажениях. Алеврит считается просадочным при увлажнении, горизонтально залегающим, нередко с вкрапления погребенной почвы.
В плане генетической интерпретации признаков и свойств лессов складывается иная ситуация. По этому вопросу существуют противоположные точки зрения. Это подтверждает недостаточную изученность проблемы, а также отсутствие четких критериев генетического характера для интерпретации конкретных характеристик лессов.
Самым показательным моментом в этом отношении можно считать разницу в определении гранулометрического состава отложений.
Начало формирования лессовых покровов пришлось на холодные эпохи Нео плестотена. Появление отложений стало результатом осаждения атмосферной пыли.
После наступления максимального похолодания и оледенения циркуляция в атмосфере активизировалась. Это спровоцировало насыщение ее пылью, концентрация которой была в 30 раз больше, чем в межледниковом периоде. Даже холодные интервалы гренландского и антарктического кернов обогащались пылевыми частицами. В теплый периоды Нео плейстоцена процесс выпадения пыли замедлялся или вовсе прекращался. На поверхности происходило формирование почв. Так впервые появились лессово-почвенные последовательные напластования. Они рассматриваются как весьма значимые природные комплексы в плане полноты информации палеоклиматического характера.
Лессовые слои с лессово-почвенной последовательностью начали формироваться в рамках холодной стадии изотопно-кислородной градации. Погребенные почвы – в теплые стадии.
Выявить эоловое происхождение лесса позволяет сопоставление гранулометрического его состава и нынешний эоловых осадков на ледниках, снежниках, прочих поверхностях. Такое сравнение проводятся после пылевых бурь в различных районах.
Ключевая роль в составе накоплений принадлежит первичным частицам крупного алеврита. Диаметр составляет 0,05-0,001 мм, концентрация – 40-50%. Многие исследовательские работы доказывают, что перенос минерального дисперсного состава вызывает дифференциацию частиц по размерам и минералогическим параметрам.
Главное место в составе принадлежит полевым шпатам, кварцу и прочим легким минералам. Но здесь содержатся и тяжелые минералы.
В атмосферную пыль, перемещаемую на значительные расстояния, входят частицы, разные по минеральному составу и размерам. Это относится и к тяжелым минералам. Для них характерны поли дисперсность и поли минеральность, преобладают частицы 0,05-0,01 мм. Тяжелые минералы концентрируются в основном во фракциях с частицами таких размеров.
Кварц является самым устойчивым минералом. Он тяготеет к крупным гранулометрическим фракциям.
На Восточно-Европейской равнине лессовые образования становятся более мощными в направлении от севера к югу. Их строение при этом усложняется.На севере, на территории Больше земельской тундры, мощность первичных не пере отложенных суглинков составляет 1,5-1,8 м. Для них характерно отсутствие слоев погребенных почв и один ярус. К югу толщина возрастает до 5-8 и, а затем – до 10 и больше.
Одновременно появляется многоярусное строение толщи. Рост мощности приводит к усложнению строения, появлению множества погребенных почв. Именно поэтому выделена лессово-почвенная формация или последовательность.
Чередование лессовых горизонтов с погребенными почвами осложняется наличием горизонталей криогенных структур. Это называется псевдофимозом по жильному льду и изначально-грунтовыми клиньями. Некоторые ученые считают такие накопления лессово-почвенно-криогенной формацией (4.5.21). Она формировалась под влиянием палеографических факторов, действовавших во времена развития внеледниковой зоны на Восточно-Европейской равнине. Это проявилось чередованием на данной территории лессовых накоплений, появлении мерзлотных структур в холодные стадии палеографического развития и почвообразования – в теплые.
В результате лесс стали рассматривать в качестве феномена ледниковых холодных эпох, формировавшегося на фоне синхронного развития аккумуляции в основном воздушным путем. Речь идет о преимущественно алевритовой массе минерального типа, а также ее преобразованиях под комплексным воздействием синлитогенного аридного почвообразования наравне с морозным выветриванием.
Вместе с тем остается некоторая неопределенность в части определяющего фактора формирования алевритовой массы лесса из минеральных компонентов. В качестве ключевых факторов исследователи называют эоловую аккумуляцию и морозное выветривание. Остается актуальным вопрос об их соотношении в рамках стадиальной последовательности в литогенезе.
Многие ученые убеждены, что выдержанность лессово-почвенных формирований в пространственном плане на территории междуречий и их существенная мощность, достигающая десятков метро, явно свидетельствуют о ключевой роли золовой аккумуляции в накоплении однородных алевритовых лессовых горизонтов.
Но существуют данные, вызывающие сомнения в объективности описанной картины залегания почвенно-лесовых формирований. Изучение сведений по условиям залегания таких серий и крупные обобщения (9.19,20,21) позволяют сделать вывод о другой закономерности. Она заключается в том, что на волнорезных территориях Восточно-Европейской равнины и в южной части Западно-Сибирской низменности мощность лессовых формирований варьируется в пределах 1,5-2 и до 80 мм и даже больше. Мощные породы лесса относятся к понижениям до лессового рельефа.
В ряде научных трудов содержатся доказательства ведущей роли криогенных процессов в появлении лессовидных отложений в криолитозоне. Это относится и к толще ледовых комплексов в Центральной и северной Якутии. Доказательства криогенной природы минерального компонента таких отложений заключаются в двух литологических критериях, указанных выше. Он дают возможность оценивать степень воздействия процессов криогенного характера на формирование лессовидных толщ в современной криолитозоне. Эти же критерии открывают возможности анализа минерального вещества в лессовых толщах.
Типичные лессы отличаются высокой карбонатностью. С этим связаны специфические параметры пород: просадочность при замачивании и способность к удерживанию вертикальной стенки. Определенные вопросы вызывают источники карбонатов. В литературе можно найти немало точек зрения по этому поводу, их проанализировал в своей работе Н.М Кригер. Максимально близкими к пониманию данной проблемы представляются ученые, рассматривающие в качестве источника карбонатов в лессах исходные материнские породы. Их минеральное вещество стало основой формирования лессового состава. Данное мнение подтверждается присутствием в лессах и первичных обломочных, и вторичных хемогенных карбонатов. Это вполне закономерно, судя по анализу обобщающих фундаментальных работ (19,20).
Процессы изменения первичных карбонатов в материнских породах заключаются в растворении и миграции гидрокарбонатных растворов. А.Г.Черняховский подробно описал эти процессы и осаждение вторичных карбонатов на современных этапах лессо образования на территории высокогорных степей внутреннего Тянь-Шаня. Аналогичные процессы происходили на стадии формирования лессов в пределах пери гляциальной зоны криохроны плейстоцена. Немаловажную роль играли и криогенные процессы.
Исходя из таблицы 1, в связи с неоднократным промерзанием и оттаиванием в увлажненном состоянии наблюдается почти полная дезинтеграция первоначальных зерен карбоната. Из частиц размерами 0,25-0,1 мм получаются тонкие пылеватые и глинистые частички в 0,0005-0,001 мм. Из-за этого процесса скорость растворения первичного карбоната в природных условиях заметно увеличивалась.
А. Г. Черняховский отмечает, что в районах современного лессового образования климат достаточно суровый. Зимой здесь фиксируются температуры до минус 38-40 градусов, летом – до плюс 30. В летнее время нередки заморозки по ночам. Тогда на озерах появляется лед толщиной около 1,5 см. Для заболоченных участков характерна вечная мерзлота. На остальной территории проявляется кратковременное и сезонное промерзание, которое запускает дезинтеграцию коренных пород. Это касается и разрушения в них зерна карбонатов до состояния порошка. Из-за этого карбонаты растворяются быстрее.
В лессах на Восточно-Европейской равнины и юга Западной Сибири концентрация карбонатов равна 15-20%. Колебания показателей происходят только в вертикальном профиле лессов в зависимости от погребенных почв. Они наблюдаются и в пространстве. Б.Б. Полынов говорил о геоморфологической локализации лесса как о карбонатной аккумулятивной коре выветривания, покрывающей склоны выше коры выветривания хлоридно-сульфатного типа и ниже зоны с сиалитным выветриванием. Такую закономерность ученый установил для горных массивов Кентея1 и Хангая2.
Обобщающий труд Н.И. Кригера содержит примеры зависимости концентрации СаСО3 от рельефа горных и равнинных территорий. Но данных пока недостаточно, необходимо дальнейшее исследование проблемы. Криогенные процессы вызывали дезинтеграцию карбонатов то тонко-дисперсных составов и способствовали их растворению. Они же обеспечили формирование определенных генераций аутогенных карбонатов, выпадающих из растворов при промерзании лессовидного осадка. Такая ситуация характерна для синкриогенных плейстоценовых пластов в северной Якутии.
Исследователи считают, что типичный карбонатный лес формировался в плейстоценовых преигляциальных зонах холодной степи. На гидротермический режим в значительной степени влияли мерзлотные процессы, чередование промерзания с оттаиванием. Становится возможным движение кальциевых растворов в почвенных и грунтовых водах, а также его выпадение в виде вторичных карбонатов. В голоцене сохранилась карбонатность лессов. Это связано с расположением северной границы лессов вблизи северной границы лесостепи и степи. Плейстоценовые погребенные почвы в сеимаридных зонах приближены к современным почвам в мсемиаридных зонах севернее данной границы. В перигляциальной зоне существуют более гумидные условия, поэтому здесь присутствуют слабо карбонатные или некарбонатные лессы с более интенсивными процессами выщелачивания.
Гидроморфные условия рельефных понижений способствовали аккумуляции в лессах вторичных карбонатов во времена холодных стадий формирования последовательности лессово-почвенных структур. При некотором потеплении и замедленном поступлении криогенного мелкозема почвы частично либо полностью выщелачивались. Одновременно уничтожался криогенный вид распределения кварца полевых шпатов в рамках гранулометрического спектра.
Существуют критерии литологического характера. Это коэффициенты криогенной контрастности и тяжелой фракции. Они дают возможность различить генетическую природу гранулометрической составляющей лессов. Соответственно, можно выяснить, являются ли они продуктами эоловой седиментации либо криогенного выветривания.
Изучение генетической природы лессов с использованием данного критерия на различных территориях, где сохраняются все признаки плейстоценовых зон, помогло выявить криогенную природу минеральных компонентов таких отложений.
Исследование параметров по данным критериям в отношении типичных карбонатных лессов не получило широкого распространения. Однако данные, приведенные в статье и касающиеся состава лессов в разных районах, подтверждают их криогенную природу. Необходимо продолжение исследований с учетом методических позиций, предлагаемых в статье. Это нужно для выявления ареалов криогенной, седиментогенной и эоловой природы минералов.