ИЗМЕНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ И СВОЙСТВ МОРЕННЫХ СУГЛИНКОВ ВО ВРЕМЕНИ

Геолого-геоморфологические особенности участка изысканий и исследований юго-востока Валдайской возвышенности

Инженерно-геологические изыскания для строительства крупных объектов обычно выполняются в соответствии с утвержденным графиком вне зависимости от времени года. В районе Валдайской возвышенности на участке, расположенном на водораздельной поверхности, изыскания продолжались в течение года, поэтому имелась уникальная возможность проследить изменение физико-механических свойств грунтов во времени на различной глубине.

Основанием и средой взаимодействия с проектируемыми сооружениями служили моренные суглинки верхнего слоя рельефообразующего горизонта, слагающего водоразделы и борта долины реки Волги. Суглинки верхнего слоя с характерным моренным обликом, включая макро- и микротекстуры, хотя и обладали относительной неоднородностью строения, свойственной верхним слоям горизонтов ледниковых накоплений, находились практически в одинаковых инженерно-геологических условиях.

Макроскопически исследуемые суглинки представляют собой породы красновато-коричневого цвета, легкие и средние по составу, в основном тугопластичной и полутвердой консистенции. В них содержатся крупнообломочные включения гальки и гравия (5-10%) преимущественно карбонатных пород, а также линзы песка мелкого, желтовато-серого, маловлажного и гнезда разрушенных включений песчаников и гранитов, реже - разрушенных карбонатов. Для расчленения толщи ледниковых отложений выполнялись подробные минералогические, спорово-пыльцевые исследования, а также изучение физико-механических свойств пород для выделения инженерногеологических элементов в основании сооружений.

Основными породообразующими минералами глинистой составляющей служат смешаннослойные образования, представляющие собой смесь гидрослюды и каолинита. В зоне выветривания по направлению к кровле горизонта в смешаннослойных образованиях отмечается появление пакетов монтмориллонита, увеличение желези- стости гидрослюд, появление гетита, наблюдается ухудшение окри- сталлизованности глинистых минералов. Анализ качественного состава глинистой фракции, а также состава обломочного материала говорит о том, что основой минерального состава суглинков служил материал умеренно переработанных кислых магматических кор выветривания.

Во врезках неглубоких котлованов и строительных выемках, в кровле верхнего горизонта (в верхнем элементарном гляциоциклите) моренных суглинков, которые здесь относят ко времени Московского оледенения, в верхнем слое визуально выделяются три прослоя суглинков, отличающиеся некоторыми изменениями в цвете, консистенции, свойствах, сохранности крупнообломочного материала, активности реакции с НС1. Визуальные отличия дополняются результатами лабораторных исследований, которые показывают некоторые отличия физических свойств суглинков в зимний период (табл. 4.5). В этой связи, по-видимому, следует несколько подробнее остановиться на характеристике прослоев суглинков.

Верхний прослой моренных суглинков в интервале глубин 1-2 м отличается повышенной влажностью и пластичностью, несколько более темным оттенком красновато-коричневого цвета, почти или полным отсутствием реакции с НС1. Здесь часто встречаются полностью разрушенные включения обломков карбонатных, изверженных и метаморфических пород.

На глубину сезонного промерзания множество мелких трещинок разбивают суглинки на дресву и мелкий (в основном 2-4 см) щебень, которые хорошо заметны только при высыхании сезонно-мерзлого слоя в откосах котлованов. Мелкие трещинки образуются, главным образом, вследствие формирования криогенных структур и текстур сезонно-мерзлого слоя.

Таблица 4.5

Средние значения показателей состояния и физических свойств слоев моренных суглинков в пределах исследуемых интервалов глубин

в зимний период, м

После протаивания на поверхностях трещинок некоторое время сохраняются очень тонкие пленки воды. Эти пленки не дают сомкнуться трещинкам, и в процессе инфильтрации сезонной влаги последние заполняются очень мелкими глинистыми частичками вдоль трещинок. Особенно хорошо щебенистость моренных суглинков прослеживается в котлованах со снятым слоем покровных суглинков, где они, осыпаясь, образуют округлые поверхности (см. рис. 3.10). Более крупные трещинки с раскрытием до 1 мм в верхней части слоя расположены на расстоянии 0,5-0,7 м друг от друга. Местами стенки трещин покрыты налетом коричневой глины в виде округлых пятен, образование которых, по-видимому, связано с близкой к кубической блочно-иерархической структурой трещиноватости моренных суглинков.

Средний прослой суглинков в интервале от 2 до 3,7 м отличается слабой реакцией с HCL, несколько меньшим содержанием разрушенных обломочных включений скальных грунтов, тугопластичной и полутвердой консистенцией. Суглинки имеют относительно повышенное содержание глинистой составляющей несколько более разрыхленный и осветленный вид. Так же как и в верхнем прослое, здесь прослеживаются вертикальные и наклонные сомкнутые трещины, расположенные на расстоянии от 0,7 до 1,5 м. Местами на стенках трещин также наблюдаются тонкие слои коричневой глины с дендритообразными налетами марганца. На глине сохранились штрихи, напоминающие штрихи скольжения, направленные под углом к горизонту. Появление штрихов на стенках, по-видимому, происходит при перемещении блоков друг относительно друга, вследствие изменения плотности суглинков во времени в структурно-иерархических блоках. Такую же как и эту структурно-тектоническую иерархию блоков мы наблюдаем в скальных грунтах. Свойственные моренным суглинкам тонкие прослои и линзы песка мелкого, желтого, маловлажного залегают с интервалом 0,4-0,6 м.

Нижнему прослою моренных суглинков в интервале 3,7-5,5 м, в целом свойственны несколько осветленный оттенок красновато-коричневого цвета, полутвердая, реже твердая консистенция, относительно малое количество разрушенных включений крупнообломочного материала, меньшей интенсивности реакция с НС1 чем в верхних двух прослоях верхнего слоя горизонта. В этом прослое наблюдаются также редкие, тонкие, преимущественно вертикальные трещины. Помимо визуальных признаков, суглинки нижнего прослоя относятся также к зоне интенсивного преобразования и отличаются от суглинков верхних прослоев горизонта пониженными значениями показателей физико-механических свойств, что объясняется воздействием процессов выветривания, проникающих, в данном конкретном случае до этой глубины. Все три выделяемых прослоя расположены в зоне аэрации вне пределов влияния подземных вод, т.е. в одинаковых с гидрогеологической точки зрения условиях. В дальнейшем для удобства будем называть все три прослоя прослои слоями верхнего элементарного гляциоциклита.