Ослабляются и исчезают кристаллизационные связи за счет цементации легко растворимыми, а в дальнейшем и среднерастворимыми солями. В случае наличия фильтрационного тока воды возникает процесс выщелачивания.

Приложенная внешняя нагрузка вызывает общее уплотнение породы. В ходе увлажнения лессовой породы в процессе гидратации глинистой составляющей происходит набухание последней, снижающей эффект уплотнения. Взаимодействие двух факторов – набухания и просадки – в различных разновидностях лессовых грунтов приводит к различным результатам. Широко известен тот факт, что при замачивании лессовых грунтов в первые минуты происходит некоторое увеличение пористости, т.е. набухание, и только потм начинается просадка. Часто при замачивании лессовых пород верхних частей разреза, испытывающих незначительное природное давление, происходит их набухание, а при дополнительных нагрузках грунты проявляют просадочные свойства. При длительном замачивании грунта под нагрузкой развиваются дальнейшие изменения структуры: распад части водостойких макроагрегатов, дополнительные перестройки структуры, растворение и вынос среднерастворимых солей.

Таким образом, просадка является сложным многофакторным процессом перестройки структуры лессовой породы, протекающим в результате взаимодействия внешних и внутренних факторов и развивающимся во времени.

Глава 6. инженерно-геологические процессы при антропогенном воздействии на лессовые массивы

Лессовые массивы занимают покровное положение, венчая четвертичный комплекс отложений. Это определяет их особую роль в развитии геодинамических процессов и явлений. Все большее значение приобретают техногенные (антропогенные) процессы, возникающие в результате производственно-бытовой деятельности людей.

Антропогенное выветривание.

Антропогенное выветривание лессовых массивов происходит под действием четырех главных факторов: 1) увлажнения пород; 2) уплотнение пород под весом сооружений; 3) химическая переработка; 4) разуплотнение в ходе производства различных работ.

Обводнение лессовых массивов происходит при утечках воды из водоводов и канализации, создании искусственных водохранилищ и оросительных систем, строительстве дорожных выемок, при предпостроечном замачивании оснований и кюветов и в ряде других случаев. Кроме этого, режим влажности лессовых массивов нарушается при распашке полей, асфальтировании поверхности, массовой застройке, проходке траншей, возведении отвалов.

При оценке антропогенного увлажнения необходимо учитывать следующие факторы: 1) характер его во времени – краткосрочный (менее нескольких суток), долгосрочный (недели, месяцы), постоянный (годы) и неопределенный; 2) величину напора – безнапорное, низконапорное (<1-2м), средненапорное (2-5м), высоконапорное (более 5м); 3) конфигурацию площади поступления воды. Исследования ученых показали, что в зоне длительного воздействия увлажнения происходит значительная перестройка структуры: уменьшение пористости и изменение агрегатной системы за счет увеличения содержания тонкодисперсной составляющей.

В лессах с зернисто-пленчатой структурой и высокой активной пористостью при определенных условиях возможно возникновение длительной инфильтрации воды (из каналов, на участках постоянных течей водоводов). В таких случаях возникают вынос водорастворимых солей и глубокие структурные изменения. Так 1,5 месячная инфильтрация через лессовые породы на участке Дунайско-Днестровской оросительной системы привела к разрушению структурных связей и потере пластической прочности в 7-10 раз. При просачивании растворов NaCl падение прочности составило 128-кратную величину.

При поступлении в лессовые породы различных химических элементов и соединений, содержащихся в технических стоках, водных растворах минеральных удобрений или ядохимикатов, веществах вводимых при технической мелиорации грунтов, возникают изменения химико-минерального состава пород. В ряде случаев формируется принципиально новая порода с прочными кристаллизационными связями. При этом могут образовываться новые минералы. Процесс минералообразования зачастую сопровождается значительным увеличением объема горных пород и разрушению технических сооружений.

Наибольшие изменения в лессовых породах происходят при просадочных деформациях. В ходе последних изменяется структура, происходит общее уплотнение и в некоторых случаях изменение химико-минерального состава пород.

Просадочность

Этот вид процессов является главной особенностью лессовых массивов. Первые описания просадок лессов сделаны в начале ХХ века Штукенбергом. В конце 20-х и начале 30-х годов в связи с развертыванием широкого гидромелиоративного строительства обнаружились просадочные деформации магистральных каналов на Северном Кавказе и в Средней Азии. Примерно в это же время обнаружились просадки сооружений, вызванных увлажнением лессовых оснований.

Просадочные явления делятся на три группы:

1) собственно просадки (естественные) – деформации поверхности лессовых массивов при увлажнении под действием собственной массы грунтовой толщи;

2) дополнительные осадки сооружений, вызываемые замачиванием лессовых оснований в условиях напряженного состояния массива под сооружениями;

3) просадки на каналах, полях орошения, различных водоемах.

В последнем случае происходит интенсивное увлажнение массива под воздействием собственной массы и столба воды.

В результате просадок на поверхности лессовых массивов образуются своеобразные микро- и мезорельефные формы: а) степные блюдца, б) долы и поды.

Степные блюдца (западины) чаще всего округлой формы. Среди них различаются: малые (диаметром 3-30м, при глубине 0,5-1,5м), крупные (диаметром более 30м, при глубине 1,5-5м). Долы и поды достигают длины от 80 до 400м и более. Они нередко представляют собой 2-5 слившихся блюдец.

Весьма своеобразные просадочные деформации возникают в лессовых массивах вокруг водоемов и вдоль каналов. К таким просадкам относится образование террасовидных ступенчатых депрессий вдоль каналов и вокруг водохранилищ, возникновение на дневной поверхности трещин, ширина которых колеблется от 1 до 20см и более.

В районах развития лессовых пород построено более 80% от общего числа оросительных систем. Их кажущаяся однородность нарушается неравномерным распределением по разрезу погребенных почв, изменением содержания и состава солей, характера пористости. Все это обусловливает величины просадочных и послепросадочных (в основном суффозионных) деформаций, водонепроницаемости, определяющей способность пород к переносу ингредиентов загрязнения, размываемости и т.д. Свойства лессовых пород определяют весьма частую и значительную дефектность и аварийность гидромелиоративных сооружений.

По данным исследователей за первые пять лет на орошаемой площади около 3 млн.га, за первые пять лет эксплуатации на слабопросадочных породах разрушено до 3% сооружений, требуют ремонта более 20%, капитального ремонта требуют более 4%. На средне- и сильнопросадочных породах разрушено более 10% сооружений, требуют капитального ремонта более 35% сооружений.