1.4. Осадочные горные породы

Осадочные горные породы делятся на обломочные, химические и органогенные. Обломочные породы образовались из продуктов выветривания, перенесенных и отложенных в виде обломков разнообразной величины. Они могут быть рыхлыми и сцементированными разными естественными цементами - глинистым, известковым, кремнистым и др. Химические породы образовались вследствие выпадения в осадок веществ из насыщенных растворов при изменении их параметров. Эти породы получаются, главным образом, в зоне мелкого моря. Органогенные породы образовались в результате жизнедеятельности организмов, большинство которых живут в воде и устраивают из нее вещества для образования ракушек или скелетов, и, отмирая, образовывают толщу горных пород. Некоторые породы этого типа образовались растительным веществом, как на суше, так и в воде. Главнейшие осадочные породы приведены в таблице 1.3.

Главнейшие осадочные горные породы

Таблица 1.3

Обломочные		Химические	Органогенные
Рыхлые	Сцементированные
Галька Гравий Щебень Дресва Песок Супесь Суглинок Глина	Конгломерат Брекчия Песчаник Алевролит Аргиллит	Гипс Ангидрит Каменная соль Известняк оолитовый	Известняк органический Доломит Мел Торф Уголь

Минералогический состав осадочных горных пород определяется условиями их образования. Например, в обломочных породах он отвечает минералогическому составу той породы, из которой они образовались. Много пород химического происхождения состоят из одного минерала: гипса, ангидрита, кальцита и т.п.

Структура осадочных пород очень разнообразна. Так, у песков она зернистая, у глины - глинистая, у известняков - кристаллическая.

Текстура. Большинство осадочных пород имеет слоистый состав. Пласты осадочных пород в условиях ненарушенного залегания горизонтальные. Мощность толщи в земной коре достигает 15 - 20км в геосинклиналях.

Обломочные осадочные породы. Как правило, обломочные осадочные породы составляют верхнюю толщу земной поверхности и поэтому используются как основания или среда инженерных сооружений. В строительной практике их называют грунтами.

Фракции рыхлых обломочных и глинистых осадочных пород приведены в таблице 1.4.

Фракции рыхлых обломочных и глинистых осадочных пород

Таблица 1.4

Наименование грунта	Фракция	Диаметр частиц, мм
Валуны (окатанные), глыбы (неокатанные)	грубая	200
Галька (окатанная), щебень (угловатый)	крупная	220 - 20
Гравий (окатанный), дресва (угловатая)	крупная средняя мелкая	20 - 10 10 - 4 4 - 2,8
Песчаные частицы	грубые крупные средние мелкие пылеватые	2 - 1 1 - 0,5 0,5 - 0,25 0,25 - 0,1 0,1 - 0,05
Пылеватые частицы	крупные мелкие	0,05 - 0,01 0,01 - 0,005
Глинистые частицы	грубые мелкие	0,005 - 0,002 0,002

Инженерно-геологические особенности. К инженерно-геологическим особенностям осадочных пород относится их сжимаемость, прочность, выветриваемость, растворимость, водопроницаемость, и предрасположенность к тем или иным инженерно-геологическим процессам – к просадке, набуханию, усадке, пучению, механической или химической суффозии и др. В строительстве породы, служащие основаниями зданий и сооружений, называют грунтами.

Сжимаемость или степень уплотнения грунта под нагрузкой количественно определяется опытным путем в лабораторных или полевых условиях. Давая характеристику сжимаемости в целом, можно сказать, что скальные и полускальные породы (кремнистые, железистые песчаники, известняки, гипсы и др.) при обычных нагрузках в сельскохозяйственном, промышленном и гражданском строительстве относятся к практически несжимаемым породам.

Сжимаемость таких рыхлых грунтов как пески и др. зависит от их плотности и для песков плотного сложения обычно невелика. Однако, пески склонны весьма значительно уплотняться под влиянием динамических воздействий (вибрация, взрывы, землетрясения).

Связные грунты (супеси, суглинки, глины) относятся к слабо-, средне- и сильносжимаемым. Степень уплотнения этих грунтов зависит от их состава, природной плотности, влажности и от нагрузки, передаваемой сооружением. При прочих равных условиях, чем выше содержание глинистых частиц, тем больше сжимаемость грунта. Монтмориллонитовые глины уплотняются в большей степени, чем каолинитовые. Чем выше естественная влажность грунта (при прочих равных условиях), тем больше их сжимаемость.

Известно, что в зависимости от условий образования глинистые грунты могут находиться в состоянии нормальной плотности (речные глины), переуплотненном (морена) или недоуплотненном состоянии (лесс). Очевидно, что данную характеристику можно дать только ориентировочно, поскольку зачастую генезис описываемого образца неизвестен. Кроме того, глины морского происхождения могут находиться не только в состоянии нормальной плотности, но и в переуплотненном состоянии, если они испытывают в настоящее время меньшее давление, чем в геологическом прошлом. В последнем случае глина способна набухать при увлажнении.

Водопроницаемость является специфической особенностью всех рыхлых пород механического происхождения. Количественно водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации. К водопроницаемым относятся трещиноватые или кавернозные (с пустотами более 2,5мм) скальные и полускальные породы.

Таким образом, в отличии от магматических, осадочные горные породы характеризуются большим разнообразием инженерно-геологических особенностей. Важнейшие из них следует отмечать одновременно с описанием образца. При этом нельзя забывать, что многие специфические особенности проявляются лишь в определенных условиях. Так, например, в глинистых породах явление пучения может происходить только при замерзании, набухание – при увлажнении, усадка – при высыхании и т.д.

Лессы, находящиеся в недоуплотненном состоянии, способны давать просадки при последующем увлажнении (при подъеме уровня грунтовых вод, при инфильтрации воды из каналов и т.д.). Пески в обычных условиях являются слабосжимаемыми грунтами, процесс уплотнения которых заканчивается в период строительства. Однако при вибрации и восходящих токах воды прочность песков значительно уменьшается.

Следует отметить, что некоторые породы обладают специфическими свойствами. Так, для ангидрита особенностью является способность присоединять воду и превращаться в гипс, увеличиваясь при этом в объеме до 30%.

Химические осадочные породы могут быть представлены галоидами, сульфатами и карбонатами.

Галоиды. К ним относится каменная соль, состоящая из зернистого агрегата минерала галит. Встречается в виде примесей среди глинистых пород. Характеризуется высокой растворимостью - более 100г/л.

Сульфаты - представлены гипсом и ангидритом. Гипс и ангидрит легко растворяются и выщелачиваются подземными водами, поэтому их относят к типу карстующихся пород.

При строительстве инженерных сооружений необходимо учитывать способность ангидрита при соприкосновении с водой гидратироваться, значительно увеличиваясь при этом в объеме, и переходить в гипс. С таким явлением часто связаны механические деформации в окружающих породах.

Таким образом, благодаря своей способности растворяться подземными водами, галоиды и сульфаты как основания ненадежны и вредны. В связи с этим большое значение имеет правильная оценка процессов выщелачивания, которые протекают в загипсованных и других породах.

Карбонаты. Среди них наибольший интерес представляет микро-, мелко-, средне- и крупнозернистые кристаллические и оолитовые известняки, известковые туфы и доломиты. Кристаллические известняки сложены мельчайшими зернами кальцита и распространены в осадочных толщах.

Оолитовые известняки представляют собой скопления сцементированных шаровидных кальцитовых зерен - оолитов.

Известковый туф - пористая или ячеистая порода. Свежий известковый туф мягок, но после высыхания твердеет. Наиболее прочными являются массивные мелкозернистые перекристаллизованные окварцованные известняки. Прочность мелкозернистых известняков достигает 100МПа, крупнозернистых изменяется в широких пределах - 70...25МПа.

К биохимическим (органогенным) породам относятся: известковые, кремнистые и углеродные породы.

Известковые породы представлены известняками, мелом и мергелем. Известняк состоит из кальцита. Известняк, состоящий в основном из целых раковин моллюсков или их обломков, называется известняком-ракушечником. Это легкая, пористая и ноздреватая порода, плохо проводящая звук и тепло, с временным сопротивлением сжатию до 23МПа. Залегают они в виде слоев мощных слоистых толщ, куполовидных массивов и линзовидных тел. Большей частью они трещиноваты и закарстованы. Наиболее прочны плотные известняки с временным сопротивлением сжатию от 10 до 90МПа. Как основания сооружений надежны, но при определенных условиях подвержены выщелачивающему действию текучей воды.

Мел - белая мелкозернистая, тонкопористая порода. В сухом состоянии мел представляет плотную породу, а в водонасыщенном обладает мягкой консистенцией. Мел имеет значительную пористость (30...54%) и трещиноватость.

Мергелем называется известково-глинистая порода, у которой глинистые частицы сцементированы карбонатным материалом. Как основание сооружений, недостаточно надежен, так как обладает трещиноватостью, способен к набуханию, разрушается при циркуляции подземных вод по трещинам и промерзании.

Кремнистые породы (диатомит, трепел, опока).

Диатомит - рыхлая однородная порода, состоящая из остатков панцыря диатомовых водорослей, сцеметированных опалом.

Трепел - землистая однородная, легкая, пористая порода, обладает большой водопоглощающей способностью, плохо проводит звук и тепло.

Опока - плотная порода, состоит из мельчайших зерен опала и частично остатков водорослей, сцементированных кремнистым веществом.

Углеродистые породы (каустобиолиты). К ним относятся горючие сланцы: торф, уголь (твердые каустобиолиты), нефть (жидкие каустобиолиты), природный горючий газ и др.

Торф - представляет собой бурую или черную породу, волокнистого строения, состоящую из остатков в разной степени разложившихся болотных растений (мхи, камыши, древесные стволы). Образуется из отмерших растений под слоем воды при активной биохимической деятельности микроорганизмов.

Вследствие высокой пористости и влагоемкости не может служить основанием под сооружения.

Нефть - жидкая горючая маслянистая флюоресцирующая порода с характерным запахом. Состоит из смеси углеродов. Заполняет поры и трещины в горных породах, образуя скопления.

Асфальты (горная смола) - плотные, буровато-черные битуминозные породы с сильным смоляным блеском. Формы залегания - асфальтовые натеки, озера, покровы.

Озокерит (горный воск) - нефтяные воскообразные породы. Заполняют поры и трещины в горных породах.