Наиболее важными в структуре лёссовых пород являются межагрегатные и межзерновые микропоры. Эти микропоры обычно имеют изометричную форму, а их размер изменяется от 0,008 до 0,05мм. Электронномикроскопические исследования показывают, что подобные микропоры слагают основную часть порового пространства и относятся к категории так называемой активной пористости, которая и определяет величину просадочной деформации породы. Подчиненную роль в поровом пространстве играют более мелкие внутриагрегатные микропоры с размером менее 0,008мм. Специфический состав и условия формирования лёссовых пород приводят к образованию у них разнообразных по своей природе структурных связей, которые во многом определяют особенности деформирования этих пород при увлажнении.

Основную роль в структурном сцеплении (связности) лёссовых пород играют контакты между зернами и глинисто-пылеватыми агрегатами, осуществляемые через глинистые "рубашки" или глинистые "мостики". В физико-химической механике дисперсных систем такие контакты называются переходными. Их прочность обусловлена ионно-электростатическими силами. Характерной особенностью переходных контактов является их обратимость по отношению к воде. При увлажнении они быстро теряют прочность и трансформируются в слабопрочные коагуляционные контакты. Помимо переходных, в просадочных лёссовых породах могут также существовать фазовые контакты цементационного типа, обусловленные выделением легко растворимых солей в приконтактных зонах при испарении поровой влаги.

Рассматривая механизм просадочности лёссов, можно сказать, что присутствие обратимых переходных контактов повышает просадочность благодаря их быстрому разрушению при увлажнении породы. Наличие же более прочных фазовых контактов цементационного типа может приводить к увеличению прочности всей структуры и, соответственно, снижению величины просадки. Для подобных пород характерны медленные послепросадочные деформации, которые во много раз могут превысить величину самой просадки при кратковременном увлажнении. И, наконец, при рассмотрении процесса просадочности лёссов нельзя не принять во внимание присутствие в этих породах сил поверхностного натяжения воды, так называемых капиллярных сил, о которых часто забывают многие ученые. Точные экспериментальные исследования показывают, что по мере заполнения пор водой, то есть при исчезновении капиллярных менисков, связывающих отдельные зерна и агрегаты, при увлажнении лёсса происходит слишком быстрое и резкое снижение его прочности, которое нельзя объяснить только разрушением переходных и цементационных контактов. Силы поверхностного натяжения воды вполне могут играть роль своеобразного спускового механизма, обусловливающего начало процесса просадки.

Подводя итог, можно сказать, что в основе просадки лежат два взаимосвязанных явления, развивающихся при увлажнении лёссов и воздействии внешней нагрузки:

Во-первых, происходит резкое снижение энергии взаимодействия структурных элементов на контактах, потеря структурной прочности вследствие преобразования переходных контактов в коагуляционные и исчезновение сил поверхностного натяжения.

Во-вторых, происходит распад глинисто-пылеватых агрегатов, сопровождаемый формированием своеобразных дефектов в микроструктуре лёссов, и возникают условия для взаимного смещения структурных элементов. Таким образом, в результате просадки происходит смыкание части макропор и большинства крупных межагрегатных микропор и формируется более плотная и однородная микроструктура. Одновременно возрастает содержание мелких межагрегатных и внутриагрегатных микропор.

Просадочные лессовые породы в естественном сложении характеризуются высоким содержанием больших межчастичных и межагрегатных пор размером 20-100мкм. Их размер обусловлен пространственным расположением в породе глобулярных агрегатов. Пористость просадочных лессовых пород колеблется в пределах 40-64%. Можно предположить, что просадочных породах упаковка глобулярных агрегатов близка к наименее плотной.

Непросадочные разновидности лессовых породимеют величину общей пористости 26-40% и характеризуются высоким содержанием тонких межагрегатных пор диаметром <20-10мкм.

Наибольшей просадочностью обладают зернисто-пленчатые грунты, менее просадочны зернисто-агрегативные, слабо просадочны или непросадочны - агрегативные.

Глава 4. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЛЁССОВ и лессовый рельеф

Распространение лессов

Лёссовые породы встречаются на всех континентах, но наиболее широко они распространены в Европе, Азии и Америке. По подсчетам специалистов, при средней мощности лёсса 10м общая площадь, занятая лёссовыми породами на земном шаре, составляет 19 млн.км2. Северная граница распространения лёссов опускается в Европе до 600 с. ш., в Азии она проходит гораздо севернее, а южная граница достигает 280с.ш. В тропических и субтропических областях лёссы не встречаются.

На территории стран СНГ площадь, покрытая лёссовыми породами, составляет около 34% континентальной части СНГ. Лёссы лежат сплошным покровом на большей части Украины (до 80%) и юге европейской части России. Большие площади покрыты лёссовыми породами в Средней Азии, Казахстане, Восточной, Южной и Западной Сибири. Довольно часто они встречаются в Белоруссии, Поволжье, Якутии и других районах.

В Алтайском крае понятию “лесс” отвечают породы верхней части рыхлых кайнозойских отложений, залегающих непосредственно под почвой.

Они имеют значительное распространение на обширных пространствах равнинной и предгорной частях края. Лессы имеют площадное развитие. Явный покровный, плащеобразный характер их залегания подчеркивается тем, что они распространены на разных элементах рельефа и на разных абсолютных отметках, почти не меняя своей мощности.

Огромные территории в крае (400х400км) покрыты лессом: водораздельные пространства, склоны и высокие террасы крупных рек. Почти повсеместно они распространены в Приобском плато, Бийско-Чумышской возвышенности, Предалтайской равнине, Ненинской равнине, в предгорьях Салаирского кряжа и в пределах Обь-Чумышской озерно-аллювиальной равнины (4-ая надпойменная терраса р. Оби).

В Кулундинской равнине сплошной покров лессов отмечается только в восточной и северной ее частях. В центральной, западной и южной частях равнины они имеют спорадическое развитие.

Лессы отсутствуют в долинах древнего стока. В долинах рек Оби, Чарыша, Песчаной, Чумыша, Ануя, Алея и др. рек их также нет на поймах и, как правило, нет на первой и второй надпойменных террасах (хотя местами они там отмечаются). На 3-ей и 4-ой террасах они получили большое развитие.

В горных областях Алтая, где получили значительное развитие делювиально-коллювиальные процессы, и в составе покровных отложений присутствует грубый терригенный материал, лессов почти нет, хотя эти породы и имеют многие черты лессовых грунтов, в том числе, нередко, и просадочность. Но ввиду наличия в них дресвы и щебня отнести их к лессам нельзя. Они отмечаются лишь на тех ограниченных ровных участках, где в составе отложений отсутствуют дресва и щебень.