Содержание к диссертации
Введение
1. Основные сведения о районе исследования и методологическая основа исследования
1.1. История геологического и геоэкологического изучения территории г. Невинномысска 12
1.2 Геоморфология и орогидрография 14
1.3. Климат 21
1.4. Тектонические условия 23
1.5. Литология и стратиграфия отложений района исследований 24
1.6. Гидрогеологические условия 31
1.7. Инженерно-геологические условия 37
1.7.1. Физические и физико-механические характеристики грунтов 37
1.7.2. Опасные геологические процессы 38
1.8. Содержание макро- и микроэлементов в почве района исследования 40
1.9. Экологические последствия техногенного загрязнения города 44
1.10. Методологическая основа исследования 48
2 Изменение гидрогеологических условий на территории г. невинномысска под влиянием процессов техногенеза
2.1. Ретроспективный анализ гидрогеологической обстановки г. Невинномысска 53
2.2. Факторы неблагоприятной геоэкологической обстановки 57
2.3. Колебания химического состава фунтовых вод в зависимости от глубины залегания с учетом техногенеза 59
2.4. Загрязнение подземных вод на территории АО «Невинномысский азот» 64
2.5. Мониторинг геологической среды на экологически опасных объектах 77
3. Изменение инженерно-геологических условий г. невинномысска при техногенном подтоплении
3.1. Изменение физико-механических свойств глинистых фунтов при подтоплении урбанизированной территории 85
3.1.1. Химические показатели глинистой покровной толщи 85
3.1.2. Физико-механические показатели глинистой покровной толщи 86
4. Эколого-геологические условия и состояние территории г. невинномысска и рекомендации по их оптимизации
4.1. Специфика глинистых грунтов покровной толщи 90
4.2. Анализ причин деформаций зданий и сооружений 98
4.3. Инженерно-геологическое районирование территории 108
4.4. Эколого-геологическое районирование территории г. Невинномысска 111
4.5. Оценка современной экологической ситуации 118
4.6. Анализ нормативных документов по изысканиям, проектированию, строительству и эксплуатации экологически опасных объектов 124
4.7. Рекомендации по изысканиям и проектированию оснований зданий и сооружений на структурно-неустойчивых эоловых глинах 127 4.8 Рекомендации по реабилитации территорий загрязненных различными экотоксикантами 131
Заключение 132
Литература 137
- История геологического и геоэкологического изучения территории г. Невинномысска
- Литология и стратиграфия отложений района исследований
- Ретроспективный анализ гидрогеологической обстановки г. Невинномысска
- Изменение физико-механических свойств глинистых фунтов при подтоплении урбанизированной территории
Введение к работе
Перед Россией стоит безотлагательная задача улучшить качество жизни людей и состояние природы, использовав отечественный и мировой опыт для перехода к устойчивому развитию [25]. Усиливающаяся тенденция снижения потребительских качеств жилого фонда, построенного в 60-70 гг. прошлого столетия, его физическое старение, изменения, произошедшие в обществе за 40-50 лет в области демографии, урбанизации, миграции населения, остро поставили вопрос об одной из важнейших сторон устойчивого развития инфраструктуры городов, которые сформировались па основе созданных человеком мощных промышленных объектов.
В городе Невинномысске возведены крупнейшие в стране комплексы химической промышленности. Строить их пришлось в сложных инженерно-геологических условиях [16]. Одновременно развивалось и жилищное строительство. Специфичность грунтов разного генезиса, отсутствие или недостаток оценочной информации их состояния и свойств при проектировании и проектно-изыскательских работах, привело к деформациям жилых гражданских зданий. Наличие площадного подтопления агрессивными грунтовыми водами усугубляет экологическое неблагополучие геологической среды. Не случайно региональные органы охраны окружающей среды и природных ресурсов стремятся добиться достаточной экологической эффективности возведения строительных объектов. Постановление главы администрации г. Невинномысска № 196 от 02.12.1996 года «Об ограничении нового строительства производственных объектов, в связи с превышением ПДК по отдельным ингредиентам в жилой зоне» демонстрирует этот факт.
В этой связи и возникает необходимость оценки устойчивости геологической среды, с точки зрения безопасности существования и способности предсказывать поведение функционирования зданий и сооружений [2]. В; начале 50 годов в Невинномысске началось строительство завода по производству азотных: минеральных удобрений. В" 1962 году вступил в эксплуатацию Невинномысский: азотнотуковый завод (ОАО
«Невинномысский Азот»). Сегодня Невинномысский химический гигант входит в состав Минерально-химической компании «Еврохим», крупнейшего российского производителя минеральных удобрений, продукции органической химии;, металлургии: В настоящее время, кроме компании «Еврохим», в городе, действуют следующие: крупные промышленные объекты: ОАО «Ставропольпромэнергоремонт», ОАО «Невинномысская ГРЭС», завод, бытовой химии ОАО" «Арнест», завод электроизмерительных приборов ОАО «НПО «Квант».
Город Невинномысск не имеет полигона по захоронению токсичных отходов. Поэтому проблема утилизации1 отходов I класса- опасности (ртутьсодержащие лампы и приборы) решается в ООО «Эколог». Ежегодно: обезвреживается бол ее 50 тысяч ламп.
Требует, решения вопрос размещения фосфогипса ві ПСД- ОАО «Невинномысский Внештрейдинвест». Из-за. низкого спроса на этот продукт происходит накопление его на: площадке: для временного хранения, что чревато в случае переполнения площадки загрязнением5 поверхностных и: грунтовых вод.
Частое явление в; городской черте и за ее пределами - возникновение несанкционированных свалокбытового мусора [98]; .
Наибольшее распространение получили такие негативные последствия; как: подъем уровня грунтовых вод и широкомасштабное техногенное подтопление- территории подземными водами;:: .снижение показателей деформационных и прочностных свойств грунтов, приводящих к деформации зданий; сооружений коммуникаций;: интенсивное загрязнение почв, подстилающих их горных пород и подземных вод.
Проведенные раннее исследования; направлены только на одну проблему - геохимическое! загрязнение подземных вод, хотя в условиях урбанизированной территории приоритетность приобретает оценка устойчивости геологической среды с точки зрения безопасности существования и способности предсказывать поведение функционирующих зданий, сооружений [57]. Экологическое значение технического воздействия на фунтовую толщу рассматривается в единичных случаях и не имеет системного характера [3]. По данным управления Коммунального хозяйства с 90-го года XX в. произошли деформации многих жилых домов. В разной степени деформированности находятся около 60 жилых домов.
Проектный институт «Ставрополькоммунпроект» в 1995 году выполнил обследование 5-этажного жилого дома по ул. Приборостроительной, 6 и обнаружил в его стенах вертикальные и наклонные сквозные трещины с раскрытием до 10 мм. Деформации этого здания, построенного в 1974 году, начались в 1987 году. Тогда же оно было усилено металлическими напряженными поясами, которые, однако, не остановили деформации.
В 1998 году СКФ ПНИИИС выполнил исследования грунтов и обследование 6-ти жилых домов в связи с их деформациями.
В 2000 году СК ИГЦ выяснял причину деформаций 7-ми жилых домов. По мнению проектного института «Ставрополькоммунпроект» причиной деформации зданий являются:
1. Длительное, более чем 20-летнее, подтопление подземными водами грунтов основания фундаментов.
2. Регулярно, 3 раза в месяц проводимые откачки подземной воды из подвалов зданий вызвали вынос песчаных частиц грунта из-под подошвы фундамента, а также увеличение сжимаемости грунтов основания.
Для спасения зданий проектный институт «Ставрополькоммунпроект» рекомендовал традиционные мероприятия: 1) пластовый либо пристенный дренаж с возможной откачкой воды из пробуренных колодцев, 2) стальные пояса на поврежденных участках здания, 3) усиление кирпичной кладки наружных и внутренних стен.
Следует отметить, что указанные Коммунпроектом причины деформаций зданий высказаны гипотетически, исследование фунтов на площадке не проводилось.
Все рассмотренные здания построены в разное время на ленточных фундаментах, имеют подвалы [96]. Деформации в них начались спустя много лет после ввода домов в эксплуатацию. Состояние подвалов в зданиях разное. В жилом доме по ул. Апанасенко, 11 подвал в течение многих лет затоплен слоем воды толщиной 30-50 см. В то же время, в домах по ул. Советская, 27, Энгельса, 126 и др. подвалы сухие и, по словам жильцов, не были затоплены водой из водонесущих коммуникаций. Состояние отмосток разное. В большинстве случаев отмостки находятся в неудовлетворительном состоянии, имеют провалы и трещины до 15 мм. Лишь 2-этажный дом по ул. Энгельса, 126 имеет хорошие отмостки с уклоном от дома [102].
Кроме того, известны случаи деформации зданий нежилого и производственного фондов. А влияние на экологическую обстановку техногенного водоносного горизонта и влияние урбосистемы на прилегающие сельскохозяйственные земли вообще не изучалось [93].
История геологического и геоэкологического изучения территории г. Невинномысска
Территория г. Невинномысска достаточно хорошо изучена в геологическом, гидрогеологическом, инженерно-геологическом и сейсмотектоническом планах. Данный раздел составлен по материалам местных изыскательских организаций, в основном ОАО «СтавропольТИСИЗ» [4].
Начало систематического изучения южной части Ставрополья, куда входит и Невинномысскии район, положили такие исследователи как К.К.Прокопов, А.А. Архангельский, В.П.Колесников, которые в 1932 году по заданию объединения "Грознефть" [5] провели рекогносцировочные обследования с целью изучения состава и фациальных изменений мощных отложений палеогена и расчленили их на отдельные свиты, при этом выявили благоприятные структуры, перспективные на газоносность. Схема расчленения майкопских отложений Центрального Предкавказья, предложенная К.А.Прокоповым, теперь стала общепринятой. К.К.Прокоповым была выявлена новая Невипномысская пологая антиклиналь, ориентированная параллельно Главной Ставропольской антиклинали. Им же был установлен перерыв в отложениях между Майкопом и чокраком, подтвержденный в настоящее время.
В это же время Л.В.Сельским была составлена карта Невинномысско-Надзорненского района в масштабе 1:210000, где впервые выделены караджалинские отложения, обнажающиеся в берегах р. Кубани у г. Невинномысска.
В послевоенное время М.СБуньковым была проведена съемка, целью которой являлось картирование Невинномысской антиклинальной структуры, предоставляющий существенный интерес для поисков нефтяных структур в Майкопе.
В пределах г. Невинномысска и его окрестностей в 1949-50 г.г. А.Д.Бизнигаевым и И.А.Кремовой проводились разведочные работы на нефть и газ. Более детальные исследования территории проводились различными изыскательскими организациями для целей строительства Невинномысского канала, шерстомоечной фабрики, Невинномысского азотно-тукового завода, жилых домов и предприятий. Кроме инженерно-геологических изысканий проводились геолого-разведочные работы на строительные материалы.
В 1945-46 годах Южным отделением Геостройтреста под руководством В.Д.Проценко проведены поисково-разведочные работы на кирпично-черепичпое сырье в районе города Невинномысска.
В 1955 году трестом "Закгеохимразведка" проводились разведочные работы на известняки-ракушечники и пески для силикатного кирпича южнее города Невинномысска в 5-6 км (Невинномысские высоты).
Развитие промышленности и жилищного строительства в городе Невинномысске вызвало уточнение и детализацию работ по картированию геологического строения территории города. В 1957-1958 годах Н.А.Моисеев проводит инженерную геологическую съемку М 1:25000 с составлением пояснительной записки и карт [66].
С 60-х годов большую работу по инженерной геологии, гидрогеологии ведут организации: СевКавТИСИЗ, Гипроводхоз, СтавропольТИСИЗ, Агропромпроект, Северо-Кавказское отделение ПНИИИС.
В 1989-1990 годах СтавропольТИСИЗ провел сбор, изучение и обобщение материалов для составления инженерно-геологических карт в М 1:10000, но из-за прекращения финансирования в 1991 году тема осталась незавершенной.
В июле 1990 г. Северо-Кавказский филиал ПНИИИС производил исследования на наличие в грунтовых водах тяжелых металлов у накопителей твердых и жидких отходов ПО "Азот".
Анализ геоэкологической изученности территории показал, что на территории города Невинномысска в 1989-90 годах проводились режимные наблюдения, за содержанием СПАВ в фунтовых водах Закубанской части. В 90-х годах проводились гидрогеологические и инженерно-геологические исследования для строительства полигонов захоронения отходов производства объединения "АЗОТ" в городе Невинномысске. Проработка материалов проводилась в объединении СевКавгеология, Геокаптаж, Севкавгипроводхоз.
В 1999 году СтавропольТИСИЗом была составлена схема сейсмического микрорайонирования г. Невипномысска с пояснительной запиской и картами [4].
Литология и стратиграфия отложений района исследований
Предкавказье - обширная невысокая равнина, заключенная между горными сооружениями Большого Кавказа на юге и Русской платформой на севере, на востоке и западе ее ограничивают Каспийское и Азовское моря. На фоне общей равнинности Предкавказья резко выделяется Ставропольская платообразная возвышенность, разделяющая регион на две части: Западное Предкавказье, или Азово-Кубанскую низменность, и Восточное Предкавказье, или Терско-Кумскую низменность. На севере они соединяются с Приманычской полупустынной низменностью.
Рельеф Северного Кавказа имеет тесную связь с глубинным строением земной коры [52].
В структурно-тектоническом отношении все три части Предкавказья имеют однотипное платформенное строение: их складчатый фундамент сложен дислоцированными породами палеозоя, а осадочный чехол - слабо дислоцированными отложениями мезозоя и кайнозоя, трансгрессивно и несогласно покрывающими породы фундамента.
Ставропольская возвышенность представляет крупное горстообразное поднятие докембрийских и палеозойских пород, или огромную антиклинальную складку с широким и пологим северным крылом и более крутым южным. На фоне этой обширной складки установлен ряд антиклиналей и синклиналей второго порядка.
Ставропольская возвышенность, в общем, представляет обширную плоскую антиклинальную складку с очень широким и пологим северным крылом и более узким и крутым южным. Ось этой складки имеет общее направление с западо-северо-запада на восток-юго-восток. В области реки Калаус и левых притоков р. Кумы эта антиклиналь и ограничивающая с юга синклиналь выравниваются и приобретают форму моноклинали с падением слоев на северо-восток. Наклон слоев здесь настолько пологий, что может быть определен только вычислением, но не компасом. В районе города Невинномысска, станицы Беломечетской и горы Недреманной большая синклиналь, отделяющая Ставропольскую возвышенность от подножия склонов Главного хребта, разделена в районе г. Невинномысска пологой антиклиналью на две синклинали — южную и северную. Северный склон из них довольно пологий, и где-то севернее горы Недреманной должен находиться новый антиклинальный перегиб (главная антиклиналь), в пределах которого в ядре складки обнаружены фораминиферовые слои. На юго-западном склоне горы Недреманной падение слоев снова становится довольно крутым к северу, и это определяет здесь новую синклиналь, в состав которой входит и сама гора Недреманная, Стрижамент и Брык. К северу от этой синклинали имеется еще одна пологая антиклиналь, по оси которой расположен выступ палеогена у оз. Сенгилеевского, а на юго-восточном продолжении самой антиклинали - Удельная степь, отделенная от главной синклинали продолжением синклинали горы Недреманной [86].
В далеком прошлом на месте современной Ставропольской возвышенности, по-видимому, поднимались массивы продолжающихся сюда южнорусских докембрийских гранитов и кристаллических сланцев, или отрезок складчатой горной цепи Донецко-Мангышлакской системы. На возможность неглубокого залегания таких жестких масс под Ставропольской возвышенностью указывает также и протягивающаяся здесь полоса значительной гравитационной аномалии северо-западного простирания [111].
Подъем Ставропольской глыбы все еще продолжается, о чем говорят молодые террасы и редкие землетрясения.
Район города Невинномысска и его окрестностей, в пределах городской черты, располагается в центральной части Невинномысского поднятия, захватывая его северное и южное крылья [52].
На дневную поверхность из коренных пород [127] выходят глины майкопской свиты (eQ[(P3+Ni)mk]) и известняки тацинского горизонта (eQ(Nltz)).
Отложения были названы майкопскими К.И.Богдановичем в 1910 г. На первый взгляд майкопские отложения - единообразная толща темных глин, залегающих между фораминиферовыми слоями и чокракскими отложениями. В 1932-33 г.г. К.А.Прокопов и Л.В.Сельский [5], работая в Черкесском и Невинномысском районах, разделили майкопские глины по литологическим разностям на 6 свит, дав им впоследствии географические названия: 1. Свита - верхняя сидеритовая (рицевская); 2. Свита - глинистая (ольгинекая); 3. Свита — нижняя сидеритовая (караджалгинская); 4. Свита - песчанистая (зеленчукская); 5. Свита - септариевая; 6. Свита- глинисто-сидеритовая (баталпашинская).
Хадумские слои — выделены в самостоятельный горизонт в силу карбонатности глины и нахождения здесь фауны пелицепод и гастропод. В настоящее время фаунистически охарактеризованы караджалгинская свита (в основном остатки рыб) и ольгинская (находки песчаных фораминифер).
Полевые наблюдения М. С. Бунькова в 1948-1959 г.г. [66] позволили ему подразделить рицевскую, ольгинскую и караджалгинекую свиты на ряд горизонтов. Так, рицевская свита, подразделена на 4 горизонта, ольгинская на три горизонта, караджалгинская на два. На северо-западных склонах горы Рида хорошо просматриваются отложения верхнеольгинской свиты, представленные темно-серыми глинами, с буроватым и голубоватым оттенками, песчанистые. Встречаются сидеритовые стяжения, которые тянутся линзообразной цепочкой. Мощность таких прослоев 20-30 см.
Рицевская свита состоит из 4-х пачек светло-серых и коричневато-серых глин с большим количеством сидеритовых конкреций. Мощность свиты - 180 м. Ольгинская свита, представлена глинами светло-серыми, буровато-зеленовато-серыми, слабо песчанистыми с редкими сидеритовыми конкрециями. Мощность свиты — 120 м.
Караджалгинская свита, представлена глинами темно-серыми и серыми, тонкослоистыми, с сажистым горизонтом. Мощность свиты - 200 м.
Ретроспективный анализ гидрогеологической обстановки г. Невинномысска
Данные о гидрогеологических условиях г. Невинномысска автору любезно предоставило «Архитектурно-планировочное бюро». Анализ этих данных позволил автору установить, что гидрогеологические условия города Невинномысска формировались в три этапа.
I этап (до 1962 г.) - природный режим территории характеризовался наличием водоносного слоя, приуроченного к отложениям пойменной и I надпойменной террасы реки Кубань. На остальной территории грунтовые воды не вскрывались. Социологический опрос населения показал, что на территории частного сектора грунтовые воды до 1962 года не обнаруживались.
II этап (1963 - 75 гг.) связан со строительством низкоэтажного (2-3 этажные дома) города и введением в эксплуатацию первых объектов промышленной зоны (шерстомоечная фабрика, азотно-туковый завод и других предприятий). В это время появляются водоносный горизонт № 2, приуроченный к отложениям II и III надпойменных террас и № 3, приуроченный к отложениям IV надпойменной террасы, возникший в пределах промзоны города. Грунтовые воды устанавливаются на глубине 4,5 - 4,8 м - 7,5 м, характеризуются пестрым составом и различной минерализацией (сухой остаток до 8304,0 мг/дм3), обладают сульфатной агрессивностью к бетону, рН=7,4.
Глубину залегания водоносного слоя № 2, приуроченного к отложениям II и III надпойменным террасам, можно рассмотреть в зависимости от глубины залегания и временного промежутка (рис. 2.1).
На графике видно, что за 20 лет (1963-1983 гг.) грунтовые воды поднялись с 4,5 - 4,8 м до 1,8 - 2,0 м. Причиной подъема УПВ, вероятно, являются техногенные утечки из коммуникаций. Условия отдельных площадок являются подтопляемыми с 1982 года.
Водоносный горизонт № 3, приуроченный к отложениям IV надпойменной террасы, территория промзоны, также увеличивает положение уровня в зависимости от времени (рис. 2.2).
Условия залегания, а именно наличие слабо фильтрующих покровных грунтов (Кф 0,01 м/сут) над водоносным слоем и прогрессирующий подъем подземных вод, обусловили формирование на большей части территории избыточного напора под кровлей аллювиального горизонта, т.е. УПВ устанавливается на 1,0 - 6,0 м выше водовмещающего слоя. Питание осуществляется из подземных коммуникаций и сбросом хозяйственно-бытовых вод. Территория с 1979 года считается подтопляемой.
III этап (с 1975 года по настоящее время) - формирование гидрогеологических условий связано с возникновением водоносного горизонта № 4 и № 5 вследствие застройки новых микрорайонов, появления высоких домов, густой сети коммуникаций, аварий и утечек из них. Водоносный слой № 5 приурочен к покровным отложениям в пределах IV надпойменной террасы. При изысканиях на данной территории вскрываются грунтовые воды на глубине 3,7 - 4,1 м (1975 г.). Современная глубина залегания колеблется в пределах 1,5 - 8,0 м. Колебания уровня зависят от количества выпадающих атмосферных осадков. Амплитуда колебаний уровня от 1,0 до 3,0 м.
Жители частного сектора данной территории утверждают, что 30 лет назад подвалы их домов были сухими, теперь во многих подвалах стоит вода. Выгребные ямы были фильтрующими, сейчас такой вид эксплуатации невозможен, так как вода не уходит, что говорит о подъеме уровня грунтовых вод за последние 30 лет.
Минералогический состав пород является консервирующим фактором сохранения химической устойчивости геологической среды [72]. Показателем неблагоприятной геоэкологической обстановки служит динамика химического состава подземных вод.
СКФ ПНИИИС выполнил химический анализ 10 проб подземных вод. В результате анализа этих данных нами по глубине разрезов выявлена важная для оценки геоэкологических условий закономерность. С глубиной наблюдается увеличение минерализации воды: на глубине 0,6 м минерализация изменяется в пределах 1,0 - 1,4 г/дм , на глубине 8,0 м - 15,0 -22,0 г/дм3, а на глубине 12,5-13,0 м достигает 25,0-27,0 г/дм3.
При минерализации 0,2-0,9 г/дм3 грунтовые воды имеют гидрокарбонатный кальциевый состав и рН = 6,6 (при разбросе от 6,0 до 6,9).
С увеличением минерализации ( 1,0 г/дм ) химический состав воды изменяется на сульфатно-гидрокарбонатный натриево-кальциевый с тем же содержанием катионов. Увеличение солей происходит за счет поглощающего комплекса покровной глинистой толщи.
При дальнейшем увеличении минерализации до 8 г/дм" наблюдается рост содержания натрия и кальция. Состав становится сульфатно-гидрокарбонатный натриево-кальциевый. Этот процесс мы объясняем выносом натрия из поглощающего комплекса элювия майкопских глин.
Изменение физико-механических свойств глинистых фунтов при подтоплении урбанизированной территории
По гранулометрическому составу с дисперсной подготовкой глина отличается высоким содержанием глинистой фракции: фракция менее 5 мк составляет 56,7-76,3 %, а менее 2 мк - 44,5-61,5 % (ГОСТ 12536-79) [30].
При размокании в воде большая часть породы сохранилась в виде водостойких макроагрегатов (размером 0,05 мм). Изучение глинистых образцов под бинокулярным микроскопом при увеличении 50х- 120х показало, что в них преобладают агрегаты плитчатой формы, с зазубренными краями.
Плитчатость агрегатов лучше выражена в нижней части разреза, а в верхней части водостойкие агрегаты имеют округлую форму.
Плотность сухого грунта (скелета) р изменяется в сравнительно узком диапазоне: от 1,50 до 1,61 г/см при среднем значении 1,55 г/см . Несмотря на то, что монолиты фунта в большинстве случаев отбирались в зоне аэрации (выше уровня грунтовых вод), степень водонасыщения Sr оказалась близкой к 1,0 (в пределах 0,9-1,0).
Этот факт можно объяснить высокой водоудерживающей (всасывающей) способностью глинистых грунтов, в которых вода с момента накопления породы находилась в связанном, неподвижном состоянии [27].
Число пластичности изменяется от 21,4 до 33,8 % и в среднем составляет 26,2 %.
В связи с тем, что естественная влажность образцов W колеблется около значений границы раскатывания WP, показатель текучести JL грунтов близок к нулю. Основные значения этого показателя соответствуют твердому (менее 0) и полутвердому (JL= 0-0,25) состоянию.
Анализ компрессионных кривых позволил установить на них четкие переломы при давлении Р = 0,1 -0,2 МПа и резкое увеличение коэффициента уплотнения после превышения этих давлений. Такие переломы соответствуют величинам давления набухания Psw. Компрессионные кривые паст приведены на рис. 3.1
В компрессионном приборе грунт находится в условиях невозможности бокового расширения [29]. Можно предположить, что в природных условиях, где под нагруженными фундаментами имеется возможность бокового расширения глинистого грунта, переход от начальной фазы слабого линейного уплотнения фунта и резкому увеличению осадки будет происходить еще более выразительно и с выдавливанием грунта в стороны от местного воздействия [149].
Для выяснения природы структурных связей в покровных глинах были проведены компрессионные испытания их в пастообразном состоянии. Состояние пасты соответствует практически полному разрушению водостойких структурных связей в агрегатах. Механическое разрушение этих плотных и прочных агрегатов привело к "высвобождению" глинистой фракции из скованного сцементированного состояния [50]. В состоянии пасты на границе текучести частицы глины максимально гидратированы, т.е. удерживают максимальное количество рыхлосвязанной, пленочной воды. При этом в максимально набухшем состоянии влажность пасты соответствует границе текучести WL, а ее плотность скелете в ненагруженном состоянии составляет всего pd = 1,09-1,24 г/см .
Сжатие паст в компрессионном приборе нагрузкой до р = 0,3 МПа не приводит к плотности естественного грунта [35]. При р = 0,3 МПа коэффициент пористости естественных глин имеет значение е = 0,65-0,80, а их паст еп = 0,80-1,02.
Прочностные характеристики грунта определялись по методике консолидировано-дренированного сдвига для предварительно насыщенных образцов. Учитывая их почти полное водонасыщение (Sr = 0,9 — 1,0), дополнительного увеличения влажности образцов в уплотнителях не производилось.
Стандартное определение прочностных (ГОСТ 12248-96) характеристик дает следующее значение угла внутреннего трения и сцепления (табл. 3.3).
Эти значения целесообразно сравнить с нормативными значениями С и ф, приведенными в Пособии [87, табл. 27]. Для глин в полутвердом состоянии JL= 0-0,25 и коэффициент пористости е = 0,75. Пособие дает: ф = 19, С = 54 кПа. Удельное оцепление "невинномысских" и "нормативных" глин близко друг к другу (С —50 кПа), но угол внутреннего трения примерно в 2 раза ниже табличных значений СНиПа [97].
Это сравнение выявляет еще один признак аномальности [40] покровных толщ г. Невинномысска.
Исследования показали следующие специфические особенности происхождения [82], состояния, состава и свойств грунтов покровной глинистой толщи:
Генезис грунтов покровной толщи не укладывается в общепринятые представления. Цитологический анализ грунтов показывает, что они, предположительно являются переотложенными глинами майкопского возраста. Транспортировка их исходного материала, видимо, происходила эоловым способом. Это отчасти подтверждается и нашими данными следующими признаками:
1. В скелетной структуре глины преобладают плотные макроагрегаты, сохранившие на микроуровне черты плотной коренной майкопской глины. Плотные макроагрегаты между собой имеют рыхлую укладку. Дополнительное компрессионное сжатие глины может происходить в основном за счет переукладки макроагрегатов при определенной нагрузке, разрушающей межагрегатные слабые связи и превышающей величину давления набухания (рис.4а).
