Грунтоведение

 

Грунты

 

 

 

Растения и живые существа рождаются, затем наступает детство, зрелость и, наконец, приходит старость. Жизненный цикл завершается смертью. Однако после нее организмы не исчезают бесследно из экологической системы, а служат пищей для других микроорганизмов и растений, давая новую жизнь.

 

Законы диалектики неумолимо действуют и в неорганической природе. Грунты — горные породы зарождаются и претерпевают различные изменения, проходя своеобразные стадии «детства», «зрелости» и «старости». В конечном счете они исчезают, образно говоря, «умирают», но вещество, их слагающее, не исчезает, а, изменяясь, дает начало новым породам.

Конечно, понятия «рождение», «детство», «зрелость», «старость» и «смерть» в применении к горным породам не имеют биологического значения, и мы применяем их условно. Они лишь подчеркивают стадийность и направленность истории развития грунтов.

 

Продолжительность жизни живых организмов и растений весьма мала. Она колеблется всего от минут до десятков и редко сотен лет. Если же мы обратимся к оценке длительности существования («жизни») горной породы, то ее приходится измерять сотнями тысяч, миллионами и даже миллиардами лет.

 

Так, возраст распространенных в южной части СССР лёссовых грунтов колеблется от 1 тыс. до 2—3 млн. лет. Меловые грунты, встречающиеся в Брянской, Воронежской, Харьковской, Белгородской и других областях нашей страны, имеют более солидный возраст: 100—150 млн. лет.

 

Несравнимо более древними являются очень прочные скальные грунты — железистые кварциты. Они появились на свет в далекой тьме веков — более миллиарда лет назад.

 

Конечно, есть «свежие» грунты, которые образуются буквально на наших глазах. Это прежде всего естественные осадки морей и озер. Искусственные грунты, создаваемые из бытовых или промышленных отходов, формируются каждый час, каждый день.

Если бы можно было окинуть одним взором поверхность нашей планеты, то перед нами раскинулись бы широкие равнины, могучие горы, то плавные, то бурные реки, гладь озер и грандиозные пространства морей и океанов. Не менее разнообразны и недра Земли, и климат поверхности нашей планеты, который меняется от арктических морозов до жары экваториального пояса.

Все это порождает многообразие путей «рождения» и «жизненных дорог» горных пород.

 

Важное место среди них занимает группа скальных грунтов— горных пород, образовавшихся путем застывания и кристаллизации огненного расплава, называемого магмой. Так образуются магматические породы — самые прочные и «долговечные» грунты.

 

Такие их представители, как граниты, диориты, габбро, базальты и другие, рождаются, образно говоря, в огне. Из глубоких недр по трещинам в земной коре магма с огромной силой выдавливается вверх. В одних случаях расплавленная огненная масса застревает на какой-то глубине, не пробившись к поверхности. Тогда под покровом вышележащих толщ, как под одеялом, процесс остывания и кристаллизации расплава идет очень медленно. Образуются полнокристаллические массивные породы (например, граниты). Минеральные зерна в них видны невооруженным глазом.

 

Если же расплавленная масса все же проникает на поверхность, то охлаждение идет так быстро, что ее кристаллизация не успевает завершиться. Образуются своеобразные породы: базальты, липариты и др. Они отличаются мелкокристалличностью, твердостью и прочностью. В них часто можно встретить стекло (магму, не успевшую превратиться в кристаллы).

Время течет, образовавшиеся скальные магматические породы на земной поверхности начинают «стариться». Их день за днем точат и разрушают природные воды, солнце и мороз, температурные колебания, корни растений, микроорганизмы. Вначале появляются первые морщины — трещины. Начивают изменяться минералы. Эти процессы идут тысячи, сотни тысяч, миллионы лет. Мощные скалы дробятся, превращаясь в кучи обломков . Но процессы разрушения идут дальше, образуются все более мелкие зерна, а они,в свою очередь, превращаются в тонкие частицы. Эти новообразования под действием силы тяжести скользят по склонам, подхватываются ветром, дождевыми и снеговыми водами и переносятся часто на большие расстояния. В конечном счете значительная часть частиц бывших скальных пород попадает в речные потоки и сносится в моря и океаны. Задерживаясь в тех или других местах, обломки и частицы постепенно накапливаются, образуя пласты. К ним также добавляются новообразованные минералы — результат деятельности животных, растений и химических процессов. Так рождаются новые породы — грунты: пески, глины, суглинки, известняки и др. Их геологи назвали осадочными породами. Получается, что «смерть» одних пород ведет к «рождению» новых образований.

 

Проходят следующие сотни тысяч, миллионы лет и во впадинах постепенно накапливаются тысячеметровые толщи осадочных пород. Под их тяжестью прогибается дно морей. Все новые и новые массы частиц стремятся в эти впадины. Так формируются морские осадочные породы (глины, пески, суглинки), В их образовании также принимают участие морские организмы и химические процессы.

 

Слои снесенного материала, оказавшиеся под мощными толщами осадков, испытывают большое давление. Достаточно сказать, что под весом километрового слоя оно достигает 20 МПа и более. В глубине этих толщ благодаря теплу недр Земли повышается температура. Под действием высокого давления и тепла вещество начинает изменяться (перекристаллизовываться). А тут еще проявляется неспокойная жизнь земной коры, ее движения (так называемые тектонические) приводят к дальнейшему нарастанию высоких давлений и температур. И тогда рождаются новые скальные грунты— горные породы, получившие в геологии наименование метаморфических (измененных). Они в отличие от осадочных пород обладают значительной прочностью и твердостью. В качестве примера метаморфических пород можно назвать гнейс, кварцит, сланцы, мрамор и многие другие. Характерной чертой ряда из них является сланцеватость (сланцы, гнейс).

 

Время идет. Мощные горообразовательные процессы постепенно сминают эти породы в складки и поднимают их из недр земной коры на поверхность. И вот метаморфические и осадочные породы становятся опять доступными для воздействия все тех же сил: воды, ветра, мороза, солнца и т. д. Их ждет та же судьба, что и магматические породы: «старение», разрушение и «смерть» — переход в новые образования.

 

Рождение некоторых осадочных грунтов скального типа (известняков, доломитов, гипсов) связано с деятельностью организмов и химическими процессами, протекающими в различных водоемах. Но и их ждут те же изменения и разрушения, когда они оказываются на дневной поверхности или под воздействием подземных вод. Чаще всего в этих породах процессы разрушения протекают быстрее, чем «старение» магматических и метаморфических образований.

Таким образом, магматические, метаморфические и осадочные горные породы вечно находятся в процессе изменения. Одни из них только что «рождаются», другие уже «стареют», а третьи «умирают».

 

В грунтоведении изучается современное состояние пород, но его невозможно оценить без учета истории грунтов, их путей развития. На каждом этапе процесса изменения порода приобретает определенные свойства. Сыпучий песок под действием природных растворов превращается в прочный песчаник, который может, в свою очередь, превращаться в кварцит или гнейс — очень прочные образования. В геологии процесс превращения рыхлых пород в прочные (песок—песчаник) получил название литификации (греч. lithos — камень). Когда грунтовед изучает грунты, он старается выяснить степень их литификации, по которой можно судить о ряде свойств породы.

 

Как-то древнегреческого философа Сократа спросили, кто самый великий ваятель прекрасного? Ни на секунду не задумавшись, он ответил: «Природа».

 

Да, природа непрерывно создает новые формы и разрушает старые. Поэтому вечный процесс образования и превращений магматических, осадочных и метаморфических пород в конечном счете порождает бесконечное разнообразие грунтов.

Для того чтобы в них разобраться, их нужно классифицировать. В науке вообще нельзя обойтись без строго продуманной классификации предметов и процессов. Понятно, что и в грунтоведении должна существовать серьезно обоснованная система разделения грунтов.

 

Было сделано много разных предложений и классификационных схем. С течением времени они все более и более совершенствовались и обосновывались. Свою лепту внесли такие выдающиеся советские ученые, как Ф. П. Саваренский и Е. М. Сергеев, В. А. Приклонский, В. В. Охотин, М. М. Филатов и многие другие.

 

Первое, что бросилось в глаза исследователям, это существование среди массы пород двух больших групп: прочных (скальных) и рыхлых грунтов. Главной особенностью скальных грунтов является присутствие в них жестких связей между частицами. Поэтому их назвали «породами с жесткими связями». Рыхлые же грунты либо вообще не обладают связями между частицами, либо эти связи слабые.

 

Но этого оказалось конечно, недостаточно.

Поэтому следующей важной ступенью в развитии классификации явилось выделение генетических типов (по происхождению). Так, среди скальных грунтов с жесткими связями были выделены магматические, метаморфические и осадочные породы.

Рыхлые грунты (без жестких связей) были также подразделены на осадочные разности и почвы. Но осадочные породы могут образовываться в разных условиях, поэтому нужно было уточнить их генетическое подразделение. Были выделены морские (образовавшиеся в море), речные (их называют также аллювиальными), эоловые (образованные действием ветра), моренные и водно-леднико- вые (результат деятельности ледников и талых вод) и другие отложения.

 

Еще более улучшило разделение обломочных (рыхлых) грунтов выделение среди них двух групп по характеру связей между частицами: несвязных (пески, галечники, гравий) и связных (глинистые, лёссовые).

 

Казалось бы, получено достаточно дробное подразделение грунтов. Но это не совсем так. Например, в природе встречаются самые различные глинистые породы. Сказать только, что это глинистый грунт — еще далеко не достаточно.

Тогда на помощь призвали структурные особенности грунтов. Они были положены в основу одной из первых классификаций рыхлых осадочных грунтов. В ней грунты разделили по содержанию частиц разных размеров. Так появились пески (мелко-, средне- и крупнозернистые), супеси, суглинки (легкие, средние и тяжелые), глины.

 

 

 Смотрите также:

 

ГРУНТЫ - строительные свойства и классификация грунтов

§ 2. Основные строительные свойства и классификация грунтов. Грунтами называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры.

 

Естественные основания. Строительные конструкции. Влажность...

Это наиболее прочные и надёжные основания. Менее прочны скальные грунты, залегающие в виде трещиноватых слоев, образующих подобие сухой кладки.

 

СВОЙСТВА ГРУНТОВ. Классификация грунтов

К нескальным искусственным грунтам относятся грунты, уплотненные различными методами (трамбованием
СВОЙСТВА ГРУНТОВ. Грунты оснований зданий и сооружений скальные ...