Идеи В. Д. Ломтадзе - ключ к разработке общих инженерно-геологических классификаций грунтов земного шара

УДК 624.131.1

Я.В.НЕИЗВЕСТНОВ

ВНИИОкеангеология

ИДЕИ В.Д.ЛОМТАДЗЕ - КЛЮЧ К РАЗРАБОТКЕ ОБЩИХ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ КЛАССИФИКАЦИЙ ГРУНТОВ ЗЕМНОГО ШАРА

Идеи В.Д.Ломтадзе о собственно инженерно-геологическом подходе, отдающем первенство условиям взаимодействия геологической среды с инженерными сооружениями, к разработке соответствующих классификаций грунтов, положены в основу создания общей инженерно-геологической классификации донных грунтов океанского дна. В классификации выделены классы по устойчивости при взаимодействии с сооружениями, группы по характеру структурных связей, подгруппы, в основном, по прочности, генетические типы, ли-тологические виды и разновидности.

V.D.Lomtadze's concepts on the engineering-geological approach to the development of appropriate classifications of different types of ground serve as a basis to establish a general engi-neering-geological classification of the sea bottom ground taking into consideration conditions of interaction between geological environment and engineering structures. The given classification involves such divisions as classes according to stability when interacting with engineering structures, groups on character of structural relations, subgroups in accordance with strength, genetic types, lithological types and varieties.

Основатель учения об инженерной петрологии проф. В.Д.Ломтадзе рассматривал общую инженерно-геологическую классификацию пород как центральную теоретическую проблему не только инженерной петрологии, но и инженерной геологии в целом [3].

Из всех известных на конец 20-го века общих классификаций горных пород (грунтов), включая классификацию государственного стандарта (ГОСТ 25100-95), составленную на основе научных разработок Е.М.Сергеева [7], В.Д.Ломтадзе принципиально наиболее правильной считал классификацию Ф.П.Саваренского [6], на основе которой разработана общая инженерно-геологическая классификация горных пород (по Ф.П.Саваренскому с изменениями и дополнениями В.Д.Ломтадзе, 1970), свободная от недостатков, сохранившихся, к сожалению, в ГОСТ 25100-95.

Главный из этих недостатков заключается, с нашей точки зрения, в подходе к выбору основных классификационных признаков без учета реальных особенностей взаимодействия грунтов с сооружениями. Так,

класс природных скальных грунтов, выделенный по признаку наличия жестких (кристаллизационных и цементационных) структурных связей, включает группу полускальных, состоящую как из алевритов, песчаников и других горных пород, являющихся надежными естественными основаниями любых ответственных сооружений, так и из га-литов, карнолитов, гипсов и ангидритов - пород абсолютно не пригодных в качестве грунтовых оснований сооружений. К сожалению, неоднократно приходилось убеждаться в пагубности практики возведения зданий и сооружений на растворимых породах.

В классификациях Ф.П.Саваренского -В.Д.Ломтадзе карнолиты, галиты (каменная соль), глины и ангидриты выделены в пятую группу - пород особого состава, состояния и свойств, что заставляет уделять им особое внимание при инженерно-геологических изысканиях и составлении инженерно-геологических рекомендаций по условиям строительства. Наличие среди таксономических единиц классификации пятой группы, объединяющей горные породы (грунты) с

_ 21

Санкт-Петербург. 2003

особыми свойствами, требующими повышенного внимания специалистов, определяет сам подход к процедуре инженерно-геологической классификации, состоящей в необходимости первоочередного выделения среди множества грунтов, слагающих те или иные площади, в первую очередь пород «особой» пятой группы по Ф.П.Саварен-скому - В.Д.Ломтадзе.

Дальнейшее развитие общей инженерно-геологической классификации грунтов вызвано расширением сферы деятельности человека вовлечением в промышленное освоение глубоководных месторождений полезных ископаемых. Идеи В.Д.Ломтадзе о необходимости собственно инженерно-геологического подхода к разработке классификаций грунтов легли в основу создания общей инженерно-геологической классификации донных грунтов океана [4, 5].

Потребность в подобной классификации определялась своеобразными инженерно-геологическими условиями намечаемой разработки твердых полезных ископаемых, в частности полиметаллических конкреций, глубоководных областей океана. Подстилающие, например, залежи полиметаллических конкреций донные осадки по своим свойствам заметно отличаются от грунтов, охваченных классификациями для подводной и надводной частей континентов. По инженерно-геологической классификации глинистых пород В.Д.Ломтадзе [3] практически все или подавляющая часть образований осадочного покрова техногеосферы океанского дна относятся к одной группе отложений «предельно малой степени ли-тификации» или к группе слабой степени уплотнения с дальними коагуляционными контактами по В.И.Осипову [6]. Наиболее близкими по свойствам к тонкодисперсным донным осадкам океана являются илы, распространенные на континентальных шельфах и прибрежной суше. По Ф.П.Саварен-скому и В.Д.Ломтадзе, илы, относящиеся к грунтам особого состава, состояния и свойств, являются малопригодными в качестве основания инженерных сооружений. На океанском дне наличие архимедовых сил позволяет возводить сооружения и осущест-

влять работу механизмов сбора конкреций с весьма малыми удельными давлениями на грунты основания. Это обстоятельство определяет необходимость дробного расчленения донных океанских грунтов «предельно малой степени литификации», занимающих свыше 80 % площади дна глубоководных областей, что и осуществлено в общей инженерно-геологической классификации донных грунтов океана.

В рассматриваемой классификации все множество донных грунтов Мирового океана подразделено на шесть таксонов: классы, группы, подгруппы, типы, виды, разновидности с некоторыми отличиями классификационных признаков от принятых для континента в межгосударственном стандарте (ГОСТ 25100-95). Главное отличие в том, что таксономические единицы первого порядка - классы грунтов выделяются по особенностям их взаимодействия с сооружениями, а не по характеру структурных связей. Выделяется класс устойчивых практически недеформируемых пород, класс относительно устойчивых грунтов, деформация которых под основаниями сооружений может быть достаточно точно оценена с помощью расчетного аппарата механики грунтов с обеспечением устойчивости сооружений на срок эксплуатации, и класс неустойчивых грунтов, способных подвергаться интенсивным деформациям, вплоть до полного разрушения, при рядовых изменениях окружающей среды. Первые два класса устойчивых и относительно устойчивых донных грунтов океана подразделены на группы по характеру структурных связей и подгруппы по прочности этих связей (табл.1). Во второй класс относительно устойчивых грунтов отнесены полускальные преимущественно с цементационными связями, рыхлые (механические связи), мягкие - с ближними коагуляционными связями и слабые, обладающие дальними коагуляционными связями.

Выделение группы слабых грунтов, объединяющей вязкотекучие и жидкотеку-чие донные осадки с водно-коллоидыми структурными связями, характеризующимися прочностью на сдвиг (удельное сцепление) менее 5 кПа, отражает специфику ин-

Таблица 1

Общая инженерно-геологическая классификация донных грунтов океанского дна

Классы

Группы

Подгруппы

I. Устойчивые

II. Относительно устойчивые

III. Неустойчивые

1а. Твердые скальные

На. Относительно твердые полускальные

Нб. Рыхлые

Пв. Мягкие

Иг. Слабые преимущественно дальние коагуляционные связи)

Illa. Растворимые и выщелачиваемые

Шб. Мерзлые льдистые и содержащие кристаллогидраты

Шв.Обогащенные органическим веществом

Весьма высокой прочности

Прочные

Относительно прочные

Относительно слабые

Полутвердые (сопротивление вращательному

срезу т > 50 кПа)

Тугопластичные

Мягкопластичные

Текучепластичные

Вязкотекучие

Жидкотекучие

Слаборастворимые (растворимость менее 1 г/л) Сильнорастворимые (растворимость более 1 г /л) Слабопросадочные, относительная просадоч-ность при оттаивании под нагрузкой 0,1 МПа равна 0,01-0,10

Сильнопросадочные, относительная просадоч-ность при оттаивании под нагрузкой 0,1 МПа более 0,10

Слабообогащенные с содержанием органического вещества 0,10-0,25

Среднеобогащенные с содержанием органического вещества 0,25-0,50

Сильнообогащенные с содержанием органического вещества свыше 0,50

женерно-геологических условий глубоководных областей Мирового океана.

Группы первых двух инженерно-геологических классов разделены на подгруппы, исходя из их прочности, для скальных и полускальных грунтов, по критериям, предлагаемым классификацией горных пород Ф.П.Саваренского с изменениями и дополнениями В.Д.Ломтадзе [3].

В группе рыхлых отложений выделены подгруппы, исходя из значений угла внутреннего трения, а тонкодисперсные мягкие и слабые грунты подразделены на подгруппы, исходя из значений сопротивления вращательному срезу или эквивалентных значений пластической прочности (удельных

сопротивлений пенетрации), донных осадков естественного сложения.

Наименование подгрупп принято по таблице В.Ф.Разоренова, отражающей разделение глинистых отложений нарушенного сложения по консистенции, исходя из величины их пластической прочности [3, с.357]. В классе неустойчивых грунтов выделены также группы растворимых, мерзлых и обогащенных органическим веществом грунтов. Подгруппы в соответствующих грунтах разделяются по растворимости, величине просадочности при оттаивании и обогащен-ности органическим веществом (табл.1). В классификации донных грунтов океана выделяются также генетические типы грунтов, _ 23

Санкт-Петербург. 2003

лито логические виды и разновидности. Пример такой классификации, выполненной по результатам инженерно-геологических исследований в рудной провинции Кларион-Клиппертон Тихого океана с координатами 6-18° с.ш., 117-158° з.д. приведен в табл.2.

Нужно отметить, что в рудной провинции Кларион-Клиппертон, расположенной в глубоководной зоне Мирового океана, неус-

тойчивые породы III класса не выявлены. Неустойчивые грунты всех подгрупп (см. табл.1) распространены главным образом на материковой террасе и других структурах континентальных окраин. На пассивных континентальных окраинах широко развиты эвапориты, газовые гидраты, а на шельфе Северного Ледовитого океана многолет-немерзлые породы [1,2].

Таблица 2

Инженерно-геологическая классификация океанских грунтов рудной провинции Кларион-Клиппертон Тихого океана

Классы Группы Подгруппы Типы Виды Разновидности

I. Устойчивые (практи- Скальные Высокой прочности Магматические Базальты Базальты массивные

чески не деформируе- (Дсж = 50-400 МПа) Долериты Базальты подушечные

мые) Долериты массивные

II. Относительно устой- Полускальные Малой прочности Осадочные Карбонатные Известняки слабо-

чивые (слабодеформи- (/^ = 0,5-2,5 МПа) биогенные Кремнистые литифицированные

рую щиеся при нагрузках Кремнистые отложения

ниже критической) Рыхлые Относительно Осадочные Крупно- Базальтовые осыпи

прочные (ф > 30°) эдафогенные обломочные (глыбовые) Известняковые осыпи

Относительно Осадочные Песок Мелкие (кокколито-

слабые (ср < 30°) биогенные фораминиферовые) пески

Мягкие Полутвердые (т > 50 кПа) Осадочные биогенные Карбонатные Мергелеподобные и мелоподобные глинисто-карбонатные и карбонатные отложения

Тугопластичные Гальмиролити- Глинистые Глинистые корки

(т = 20-50 кПа) ческие осадочные Кремнисто-глинистые Глины цеолитсодер- жашие Глины радиоляриевые

Мягкопластичные Гальмиролити- Глинистые Глины цеолитсодер-

(т = 10-20 кПа) ческие осадочные жащие Глины радиоляриевые

Текучепластичные Полигенные Тонко- Глинистые

(т = 5-10 кПа) дисперсные осадки (мотмориллонит-гидрослюдистые) отложения Кремнисто-глинистые отложения

Слабые Вязкотекучие (т = 1-5 кПа) Полигенные Тонкодисперсные осадки Глинистые отложения Кремнисто-глинистые отложения Карбонатно-глинистые отложения

Жидкотекучие Полигенные Тонко- Глинистые

(т < 1 кПа) дисперсные осадки (монтмориллонит-гидрослюдистые) отложения Кремнисто-глинистые отложения

Подводя итог, отметим, что имеющиеся материалы по инженерно-геологическим условиям различных регионов Земли позволяют приступить к созданию единой общей инженерно-геологической классификации грунтов суши и океанского дна. Непременной составляющей такой классификации, в соответствии с идеями В.Д.Ломтадзе. должны быть таксономические подразделения, отражающие наличие среди множества горных пород и других образований, объединенных понятием грунты, неустойчивых разновидностей, включающих в себя горные породы особого состава, состояния и свойств по Ф.П.Саваренскому. Представляется, что в процессе разработки общей инженерно-геологической классификации грунтов Земли в класс неустойчивых горных пород должны быть включены горные породы напряженного состояния, способные перейти в подвижное состояние, как компоненты обвалов, оползней, селевых потоков

других опасных гравитационных процессов и явлений.

ЛИТЕРАТУРА

1. Богданов II.А. Пассивные континентальные окраины / Н.А.Богданов; В.Е.Хаин // Российская Арктика. Геологическая история, минералогия, геоэкология; ВНИИОкеангеология. СПб, 2002. С.42-48.

2. Гинсбург ВД. Субмаринные газовые гидраты В.Д.Гинсбург. В.А.Соловьев; ВНИИОкеангеология. СПб, 1994. 200 с.

3. Ломтадзе В Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л.: Недра, 1984. 512 с.

4. Методические рекомендации по инженерно-геологическим исследованиям при проведении геологоразведочных работ на железомарганцевые конкреции Мирового океана / ВНИИОкеангеология. СПб, 2000. 36 с.

5. Неизвестное Я. В. Общая инженерно-геологическая классификация донных грунтов океана // Методы изучения физико-механических свойств донных отложений Мирового океана / ПГО Севморгеология. Л. 1989. С.47-58.

6. Саваренский Ф.Г1. Инженерная геология. Л.-М., 1937 422 с.

7 Сергеев ЕМ. Инженерная геология. М.: Изд-во МГУ, 1978. 384 с.

Санкт-Петербург. 2003