Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ, МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. 9
ГЛАВА II. СОВРЕМЕННАЯ ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА РАЙОНА 24
2.1. Физико-географический очерк 24
2.2. Геоморфология 28
2.3. Ге логическое/.еіроение 34
2.4. Гидрогвологи4бШив условия. 36
2.5. Современные физико-геологические и инженерно-геологические процессы и явления 44
ГЛАВА III ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ РАЗЛИЧНОГО ГЕНЕЗИСА И ВОЗРАСТА. 5 0
3.1. Естественно-исторические условия формирования четвертичных отложений . 50
3.2. Закономерности распространения и отроения четвертичных отложений 54
3.3. Принципы расчленения лессовых пород 64
ГЛАВА ІV. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ОЦЕНКА СОСТАВА И СВОЙСТВ ЛЕССОВЫХ ПОРОД. 72
4.1. Гранулометрический состав. 73
4.2. Минералогический состав 84
4.3. Засоленность пород 91
4.4. Физико-механические свойства 99
ГЛАВА V. ПРОГНОЗ ПРОСАДОЧНОСТИ И ДЕФОРМЙРУЖОСТЙ ГРУНТОВ В СВЯЗИ С МЕЛИОРАТИВНЫМ ОСВОШИШ 131
5.1. Прооадочные явления и причины их образования 131
5.2. Прогноз цроеадочности лессовых пород 137
5.3. Прогноз дополнительной проездки лессовых пород. 146
5.4. Расчет норштавных давлений на грунты основания. 158
5.5. Методика построения карты деформируемости 161
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 167
ЛИТЕРАТУРА . 174
ПРИЛОЖЕНИЯ 186
- СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ, МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.
- Физико-географический очерк
- Естественно-исторические условия формирования четвертичных отложений
- Гранулометрический состав.
- Прооадочные явления и причины их образования
Состояние вопроса, постановка задач, методика исследований
Просадочность является важнейшим в практическом отношении свойством лессовых пород Исследование просадочаоетя способствовала познанию лессовых пород как грунтов особого литолого-гене-тического тина (Лысенко, 1972). Литература, в которой трактуется вопрос о проеадошости, весьма многочисленна Согласно Н.Я.Денисова (1953) при рассмотрении природы деформации лесса, в случае промачивания толщи, различаются два понятия: I) просадка как своеобразное физико-геологическое явление, возникающее в определенных условиях и 2) просадочность как одно: из природных физических свойств лессовых пород.
Различают собственно просадки лессовых толщ и дополнительные осадки сооружений, возведенных на них, возникающие при замачивании пород.
Собственно просадка - деформация лессовых пород при увлажнении, порождаемые только действием собственного веса толщи. Они могут возникать в результате природного смачивания (естественные) или в результате хозяйственной деятельности человека (техногенные). (Сергеев я др.» 1971, Лысенко, 1972). Дополнительная просадка или дополнительная осадка - осадка оснований сооружений, деформация лессовых пород при увлажнении, возникающие не только в результате действия собственного веса толщи, но и под дополнительной нагрузкой от сооружений.
Следует отметить, что термин "дополнительная осадка" полностью не раскрывает сущности данного явления я поэтому в работе мы пользовались термином "дополнительная просадка". Общая просадка - это сумма просадки и дополнительной просадки толщи лессовых пород данного участка под действием определенного типа, вида и конструкции сооружений. Дополнительная просадка и связанная с ней общая просадка лессовых пород являются по величине изменчивыми в пределах одного и того же района или участка в зависимости от веса сооружения, типа и конструкции фундамента, а также условий эксплуатации строящегося сооружения до определенного предела (до предела пропорциональности грунтов).
В пределах Средней Азии строительство почти всех типов сооружений - гражданских, промышленных, гидротехнических, ирригационных проводится в основном на лессовых массивах. По сравнению с другими видами ирригационное строительство на лессовых массивах сопровождается повышенной просадочной активностью, что затрудняет освоение земель.
Детальное и всестороннее изучение лессовых пород началось с 1927 г., когда ирригаторы и строители столкнулись с прооадочными явлениями и необходимо было выявить их причину.
В 1932 г. Е.А.Замария, М.М. Решеткия по результатам исследований лесса и лессовых пород дали характеристику фильтрационных свойств, состава и просадочных явлений под влиянием замачивания. М.М.Решеткин (1934 г.) изучал просадки в лессовых породах в зоне действия оросительного канала Джун.
В 1937 г. Ф.Н.Андрухин детально изучил физико-механические свойства и состав лессовых пород в районе канала Джун и пришел к выводу, что существует разница между физико-механическими свойствами и химическим составом легкорастворимых солей в просадочных и непросадочных лессовых породах. По его мнению, главная причина просадочных деформаций - в большом количественном и качественном дефиците коллоидной части в лессах, которые создают благоприятные условия для отсутствия набухания пород.
Физико-географический очерк
Исследуемый район расположен в юго-восточной части долины Кашкадарьй (рис.2.1), с севера граничит р.Кашкадарьей, с юга и юго-востока - юго-западными отрогами Гиссарского хребта (горы Дульталитау, Каракыр, Саксандара), на западе граница проходит по меридиану г.Карши. Областным центром является г.Карши, который связан с крупными городами нашей страны.
Климатические условия исследуемого района характеризуются резко континентальным климатом с большим колебанием температур (сезонных и суточных). Лето жаркое и продолжительное, зима холодная и короткая. Атмосферные осадки выпадают мало, испаряемость очень большая, влажность воздуха низкая. Среднегодовое количество атмосферных осадков 150-300 мм. С увеличением абсолютных отметок увеличивается количество атмосферных осадков. В западной части района 150 мм/год, на востоке 300 мм/год (метеостанции г.Карши и Китаб). Наибольшее количество осадков выпадает весной (март-май) до 50$ от общего количества годовых осадков, остальные 50% выпадают в основном зимой и частично осенью (9-13$). В летнее время осадки почти отсутствуют. Наиболее низкая относительная влажность Еоздуха наблюдается в июле-августе 15-22$. Сильное перегревание воздуха приводит к воздушной засухе (гармсель). Наибольшая величина дефицита влажности воздуха приходится на июль-август месяц и составляет 9-14 мб, минимальная наблюдается в декабре-феврале 3-6 мб.(рис.2.2).
Среднегодовая температура воздуха составляет +15С, самый холодный месяц зимы - январь, а самый жаркий летний месяц - июль. Основной водной артерией является р.Кашкадарья. Область питания расположена в Гиссарских и Зарафшанских хребтах. Протяженность реки 300 км при среднем уклоне 0,002. Основными притоками реки являются рр.Акдарья, Танхаздарья, Яккабагдарья, Гузардарья, также берущие свое начало в горах Гиссарского хребта. Питание рек снежно-ледниковое, поэтому наблюдаются резкие изменения величины расхода рек в течение года. Среднегодовой расход Кашкадарьй по данным Чиракчинского поста 23,03 л/сек. Максимальный расход реки 600-700 л/сек, а минимальны! 10-20 л/сек, среднемноголетние колебания расходов рек даются на рис.2.3. В настоящее время Кашкадарья регулируется Чимкурганским водохранилищем и Каршинским гидроузлом.
Минерализация речной воды непостоянная и изменяется от 0,4 до 1,5 г/л, реже 2,6-3,5 г/л. Характер минерализации гидрокарбонатно-кальциевый и гидрокарбонатно-сульфатный.
Для исследуемой территории характерны сероземные почвы. Сероземная почва здесь имеет глинистый, суглинистый (равнинная часть) и грубо-окелетный, скелетно-мелкозернистый (возвышенная часть) состав. Сероземные почвы долины Кашкадарьй широко используются в орошаемом земледелии под богарные посевы.
Необходимо отметить, что при описании литологических разре -зов разведочных шурфов были отмечены погребенные (древние) почвенные горизонты на интервалах глубин 3-5, 10-14 м, а местами ниже 20 метров малозаметные. По-видимому, они показывают определенные периоды и перерывы интенсивного осадконакопления горных пород.Растительный покров долины р.Кашкадарьй характеризуется четко выра -женной поясностью (зональностью), т.е. связан с устройством поверхности, в частности, с ЕЫСОТНОЙ отметкой.
Естественноисторические условия формирования четвертичных отложений
Изучение истории осадконакошшния и последующего диагенеза горных пород показывает, что образование четвертичного покрова на территории долины Еашкадарьи тесно связано с разрушением, т.е. процессами денудации и эрозии поверхностей поднимающихся окружающих хребтов, а также последующим транзитом и аккумуляцией разрушенных рыхлых материалов. До начала четвертичного периода по всей территории Узбекистана существовал макрорельеф, основная часть территории была занята равнинами, а горы своими уступами и водоразделами занимали всего лишь 5-6% от общей территории Интенсивные тектонические движения, проявившиеся в конце неогена и в начале четвертичного периода способствовали образовашш основы современного рельефа как в предгорьях, так и на равнинах Как отмечает Г # Тетюхин (1966, 1978) наиболее интенсивное движение происходило в горах Зарафшана и Гиссара. Поэтому тектонический фактор в условиях подвижной части территории, куда относятся горы и предгорья бассейна Вашкадарьи имеют основное значение в формировании четвертичных отложений Четвертичные отложения в виде чехла докрывали древние образования, заполняли долины, формировали обширнае площади равнин (около 97% долины Кашкадарьи). Поступление осадков в основном шло за счет разрушения подмывавшихся ближайших горных сооружений Горы поднимались постепенно, увеличиваясь в высоту и по площади захватывая периферические части депрессий (Тетюхин, 1966). Подчи - 51 няясь таким образом общей закономерности прогибы, характеризующиеся мощными скоплениями преимущественно древне- и ореднечет-вертичннх осадков, оказались вытянутыми в субширотнш направлении»
Для юго-западных отрогов Гиссарского хребта характерна складчатость юго-западного простирания. Это направление складчатости предопределило субиеридиональное направление верховьев левобережных притоков р.Кашкадарьи. Субширотное направление верхнечетвертичных и современных долин этих рек при пересечении ими складчатости в зоне предгорий свидетельствует о молодости этих поднятий; хотя складкообразование в этом районе началось еще задолго до четвертичного периода (Тетюхин, 1966). Таким образом, движение двух различных по строению северной и южной зон, по-разному влияли на характер и направление миграции сноса рыхлых четвертичных отложений исследуемого района Б нижнечетвертичный этап восточная часть Кашкадарьинской депрессии шла областью накопления осадков, приносившихся с Гиссарского хребта» В процессе нижнечетвертичного этапа отмечены ряд усилений и ослаблений тектонических движений, нашедших свое отражение в формировании поверхностей выравнивания в горах и в ритмичности состава осадков, аккумулировавшихся в равнине.
Климат в начале оыл жаркий, сухой, постепенно стал суровым, о наибольшими зимними атмосферными осадками Гидрографические сети оыли представлены временными потоками, речками Осадки нише-четвертичного возраста были аллювиальными (в пределах долин penOt пролювиальными (вдоль подножья гор). Пролювиальные осадки нижнечетвертичного периода были маломощными, незначительными Нижний этап четвертичного периода продолжается около 550 тыс лет. " Со средиечетвертичной фазой движения связаны эрозия и аккумуляция отложений карнабского комплекса, в основном, пролювиально-го генезиса» В начале карнабского цикла развития, в связи с усилением тектонических движений изменилась амплитуда рельефа, а также изменился базис эрозии. Базис эрозии продвигался к осевой части хребтов (Тетшин, 1966; Чедия, 1971). Увеличился путь сноса обломочного материала, следовательно на равнину стал сноситься все менеее крупный материал. Увеличивавшаяся в процессе выветривания и их эрозия поверхность гор и склонов способствовала накоплению элювиальных и делювиальных образований, которые в последующем переносились бурными селевыми потоками. При этом аккумуляция крупнообломочного материала предгорий сменялась мелкоземом, т.е. материалом из которого образовались лессовые породы. Среднечетвертичный этап продолжался 350 тысяч лет.
Гранулометрический состав
Гранулометрический состав пролювиальных лессовых пород вар набекого комплекса своеобразен и отличается от гранулометрического состава леОСОБЫХ пород других генетических типов. Для выяснения завономерностеи изменения гранулометрического состава лессовых пород в пределах 30-метровой толщи нами онли обработаны дан-ны$ по 4IQ анализам, составлены графини изменения с глубиной и гистограммы распределения фракции (рис.4.1). Бак видно из графика, содержание глинистой фракции размером менее 0,002 мм несколько увеличивается с глубиной, а содержание пыле ватой (0,05-0,002 мм) и песчаной (2-0,05 мм) уменьшаются. Характер изменения фракции по глубине указывает на некоторую цикличность, особенно с глубины 10 м, что позволяет высказать предположение о нестационарное ти режима изменчивости. Подобный характер изменения гранулометрического состава является фактом различия естественных условий формирования лессовой толщи во времени.
Гистограмма показывает большую вариацию глинистой фракции от 6,67 до 23,34$;, в основном 13-23$, что составляет вероятность появления признака 31,4$. Величина математического ожидания составляет 14,26$, коэффициент вариации 1 =21,4$, Д- =9»?2»fi »9 Полученные статистические данные указывают на близкое к нормальному распределению варьирующих значений. Пыле ва тая фракция также изменяется в широких пределах от 64,4 до 84,4$, в основном 68-84$, что свидетельствует о вероятности появления 94,9$. Статистические характеристики следующие: Х =76,4$;&=j;9,22; ] =12,06$; A.=-0,9; E.= 0,3. Математическое ожидание пылеватой фракции до глубины 10 метров составляет 76%, ниже глубины 10 метров - 70%. Кривая распределения пылеватой фракции близка к кривой нормального распределения с некоторым смещением вправо.
Содержание песчаной фракции по сравнению с глинистыми и пы леватыми изменяется в более широком диапазоне, от 3,34 до 23,34%, в основном 6-20%, что составляет вероятность появления 80,6%.
Основные статистические характеристики 30 метровой толщи следующие: Х=?9,3%; ( + 3,83%, VY = 40,8%, А.= 0,29; Е,= 0,61. Г Аг Ai ъ г
По показателям ассимметрии и эксцесса данные содержания песчаной фракции по распределению существенно не отличаются от нормального распределения.
Анализ гранулометрического состава пролювиальных лессовых пород показывает, что вся 30-метровая просадочная толща характеризуется в основном однородным литологическим составом и по классификации Охотина относится, за исключением некоторых слоев супесей, к суглинкам.
Исследованиями установлено изменение гранулометрического состава в пространстве, так например, с юго и юго-востока на север, северо-запад содержание глинистых частиц увеличивается, а содержание песчаных и пылеватых частиц постепенно убавляется. Такое изменение дает возможность определить область сноса лессовых толщ исследуемого района.
Прооадочные явления и причины их образования
При инженерно-геологической оценке условий мелиоративного строительства всегда большого внимания заслуживает прогноз просадок на орошаемых полях и в основании гидротехнических соору -жений.
Одной из особенностей прогнозов просадочности и деформируемости является их многовариантность, так как масштабы и интенсивность проявления просадок не всегда однозначны под различными гидротехническими сооружениями и на орошаемых полях, несмотря на одинаковую расчетную величину деформаций. Такое обстоятельство вызывает определенные трудности прогноза и дискуссии. Тем не менее, за последние годы методы определения просадочности совершенствовались, а прогнозы стали достовернее, благодаря результатам сопоставления лабораторных испытаний с натурными данными. Прежде чем приступить к описанию составления прогноза просадочности и деформируемости грунтов, рассмотрим просадочные явления и причины их образования.
5.1. Просадочные явления и причины их образования
Просадочные явления связаны с ирригационной деятельностью человека и наблюдаются по берегам каналов и оросителей в ново -орошаемых территориях, сложенных лессовыми породами.
В северо-западных и центральных частях исследуемой территории вследствие естественного увлажнения и искусственного прома -чивания поверхностными водами, а также в результате постепенного поднятия уровня, особенно (в районе Чимкурганского водохранилища) подземных вод, пористые и макропористые лессовые породы уплотняются, т.е. возникают просадочные явления под действием веса вышележащей толщи.
В процессе полевых исследований на дне эрозионных ложбин нами обнаружены многочисленные просадочные "блюдцы", образованные увлажнением толщи дождевыми, талыми и орошаемыми поверхностными водами. Размер "блюдец" составляет от 2 до 25-30 м. Опускание поверхностей колеблется от 0,05 до 0,40 м. Такая незначительная величина естественной просадки объясняется тем, что водами атмосферных осадков, протекающих.в основном по эрозионным ложбинам, успевает увлажняться только верхний слой просадочной толщи (1,0-3,0, редко до 5 м), а нижняя основная часть остается незамеченной. Такие просадочные "блюдцы", бывают "живучими", ежегодно их поверхность хотя и незначительно продолжают проседать.Большое количество посадочных, "блюдец" обнаружено в верховьях и на дне лощин Шералисай, Бозбичкенсай, Джаловоилсай, Курусай, Шакар-булаксай и др.
По нашим наблюдениям (1975-1984) естественная просадка лессовых пород долины Кашкадарьи происходит очень медленно, интенсивность естественной просадки в основном зависит от количества атмосферных осадков и от водосборной способности (размера) про-садочного "блюдца".
Кроме естественных просадочных "блюдец" просадочные явле -ния также отмечаются вдоль новых магистральных каналов, арыков, проложенных на поверхности пролювиальной плоской равнины.
