Физико-механические свойства различных типов нижнемеловых грунтов на территории г. Москвы

УДК 624.131 Е.С. Малышева

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ НИЖНЕМЕЛОВЫХ ГРУНТОВ НА ТЕРРИТОРИИ Г. МОСКВЫ

В статье рассматриваются результаты исследования деформационных и прочностных свойств выделенных по особенностям макростроения групп нижнемеловых грунтов: однородных песчаных и однородных глинистых пород, горизонтально переслаивающихся глинистых и песчаных пород и пород со сложными текстурами (типа "рябец" и др.). Приведенные показатели физико-механических свойств отражают особенности состава, строения и состояния выделенных типов нижнемеловых грунтов.

Введение. Гражданское строительство в Москве в настоящее время направлено на поиск архитектурных и инженерных решений, позволяющих оптимизировать использование свободного пространства. В связи с нехваткой не занятых застройкой территорий в практике проектирования и строительства четко определились две тенденции: 1) возведение зданий большой высотности; 2) максимально возможное использование подземного пространства. Реализация двух этих вариантов приводит к тому, что основаниями инженерных сооружений становятся дочетвертич-ные породы, залегающие на значительных глубинах.

На территории г. Москвы под толщей четвертичных отложений на глубине 1—40 м залегают нижнемеловые породы, мощность которых местами достигает 92 м. Нижнемеловая толща чрезвычайно неоднородна. В ее составе выделяются 13 стратиграфических подразделений. Наряду с горизонтами, характеризующимися довольно простым строением (преимущественно песчаные пачки с подчиненным значением алевритовых или глинистых прослоев), встречаются и сложнопостроенные (текстуры типа "рябец", петельчатая, тонкое переслаивание песков и глин) [Москва..., 1997; Олферьев, 1986]. Нижнемеловые отложения практически повсеместно обводнены, что создает сложности при их опробовании. Кроме того, поскольку они залегают на значительной глубине, возникают трудности при проведении статического зондирования, позволяющего приблизительно оценить величины их прочностных и деформационных характеристик. Таким образом, вопрос об изучении физико-механических свойств нижнемеловых пород остается очень актуальным.

Объекты исследования. Проанализированы значения показателей физико-механических свойств, полученные для пород 7 стратиграфических подразделений: парамоновской (К,а13) и ворохобинской (К,а) свит, бутовской толщи (К,Ьг), котельниковской (К]М2), гремячевской (К,Ы2), савельевской (К,Ы2) и ростовской (К,Ы,) свит. Среди пород парамоновской свиты изучены: 1) суглинки тяжелые и глины легкие песчанистые, серовато-зеленые, глауконитовые, от полутвердых до мягкопластичных, с пятнами и прожилками ожелезнения (Ясенево, ул. Вильнюсская);

2) суглинки тяжелые и легкие пылеватые, шоколад-но-коричневые, туго- и мягкопластичные, с редкими тонкими (до 0,5 см) гнездышками ожелезнения (Нахимовский пр-т); 3) глины легкие и тяжелые пылеватые, шоколадно-коричневые, полутвердые и туго-пластичные, местами сильно ожелезненные, с примазками, гнездами и пятнами (0,1—1 см) органики, с гнездами (0,5—1,5 см) песка пылеватого, белого и ржаво-бурого, ожелезненного (ул. Арх. Власова).

Исследованные породы ворохобинской свиты представлены песками пылеватыми, светло-серыми, сильнослюдистыми, плотными, водонасыщенными, пятнами ожелезненными, с прожилками, примазками, прослоями и линзами (0,5—1 см) глины серой, пылеватой, мягкопластичной (слоистость часто нарушена биотурбацией) (по осредненному гранулометрическому составу — супесями песчанистыми и суглинками легкими). Породы бутовской толщи сложены глинами тяжелыми, пылеватыми, лилово-коричневыми, мягкопластичными и текучепластичными, с прослоями и линзами (0,5—1 см) песка пылеватого, бело-желтого и рыжего, ожелезненного, водонасы-щенного, с гнездами железистого песчаника (по осредненному гранулометрическому составу — суглинками легкими).

Образцы котельниковской свиты представлены глинами тяжелыми, пылеватыми, шоколадно-корич-невыми, полутвердыми и мягкопластичными, с горизонтальными, диагональными и кулисообразными прослоями, линзами и гнездами песка пылеватого желтовато-серого и рыжего, ожелезненного (текстура "рябец") (по осредненному гранулометрическому составу — суглинками легкими и тяжелыми). Породы гремячевской свиты представлены песками пылеватыми, охристо-желтыми, слюдистыми, маловлажными, по прослоям ожелезненными, с примазками серо-коричневых глин. В составе савельевской свиты были изучены: 1) пески мелкие и пылеватые, серые, плотные, водонасыщенные, с прослоями и линзами супеси песчанистой, темно-серой, пластичной; 2) суглинки тяжелые и глины легкие пылеватые, черные, слюдистые, полутвердые, с прослоями и линзами песка черного и серого, пылеватого, сильнослюдистого. Ростовская свита представлена песками пылеватыми, светло-серыми, маловлажными.

Характерные значения показателей свойств нижнемеловых пород различного строения

Номер группы Стратиграфическое подразделение (район) Породы Плотность, р, г/см3 Влажность, W, % Модуль общей деформации, -^0,1-0,2' МПа ^ост/^упр Угол внутреннего трения, ф, град Сцепление, с, кПа

1 Гремячевская свита Пески мелкие 1,44-1,49 6-8 — — 34 0

Пески пылеватые 1,42-1,58 6-10 5-11 37-57 30-35 0-1

Ростовская свита Пески мелкие 1,42 6 — — 30 1

Пески пылеватые 1,48 7 — — 35 0-1

2 Парамоновская свита (Ясенево) Суглинки тяжелые полутвердые 1,86-1,92 36 4 3 19 20

Глины легкие полутвердые 1,83-1,86 30-34 — — 21-22 73-96

Глины легкие тугопластичные 1,81 34 — — 19 63

Глины легкие мягкопластичные 1,77 37 — — 21 83

Глины тяжелые полутвердые 1,81 32 — — 19 72

Парамоновская свита (Нахимовский пр-т) Суглинки легкие мягкопластичные 1,99 26 3 — 23 10

Суглинки тяжелые полутвердые 2,00 19 3 1 — —

Суглинки тяжелые тугопластичные 1,86-1,96 27-28 3-4 2 — —

3 Бутовская толща Суглинки легкие мягкопластичные 2,02 22 5 — 19 10

Суглинки легкие текучепластичные 1,86 33 2 1 — —

Савельевская свита Супеси твердые 2,10 17 14 — 25 63

Супеси пластичные 1,86-2,11 15-25 6-18 — 19-34 13-45

Суглинки легкие твердые 2,02 23 6 — — —

Суглинки легкие полутвердые 1,89-1,93 19-26 6-8 — 18-25 33-47

Суглинки легкие тугопластичные 1,86-2,12 17-26 4-9 — 18-24 30-52

Глины легкие твердые 1,92-1,95 23-25 4-7 — 17-22 55-92

Глины легкие полутвердые 1,92-1,99 22-25 4-5 — 18-21 55

4 Парамоновская свита (ул. Арх. Власова) Суглинки легкие текучепластичные 1,88 30 2 — 34 8

Глины легкие полутвердые 1,86 25 13 — 18 60

Глины легкие тугопластичные 1,81-1,88 28-37 4-6 1-2 19 63

Глины тяжелые полутвердые 1,94 24 4 — 11 93

Ворохобинская свита Супеси пластичные 1,98-2,03 17-22 6-18 15-23 33-34 15-20

Суглинки легкие полутвердые 2,04 18 7 — 21 38

Суглинки легкие тугопластичные 1,99-2,02 23-24 4-7 — 17 40

Котельниковская свита Суглинки легкие мягкопластичные 1,88 27 3 11 — —

Суглинки тяжелые мягкопластичные 1,81 29 2 — — —

Глины легкие твердые 1,93 26 8 9 - -

Примечания. Группы пород: 1 — однородные песчаные; 2 — однородные глинистые; 3 — горизонтально переслаивающиеся глинистые и песчаные; 4 — породы со сложными текстурами. Название породы дано по осредненному гранулометрическому составу.

Изменение модуля общей деформации твердых и полутвердых глинистых пород, маловлажных песков 1—4 групп (пояснения см. в

тексте)

Исследованные породы можно условно разделить на 4 группы: 1) песчаные однородные (гремячевская и ростовская свиты); 2) глинистые относительно однородные (парамоновская свита, кроме пород с ул. Арх. Власова); 3) горизонтально переслаивающиеся глины и пески (бутовская толща, савельевская свита); 4) грунты со сложными текстурами (породы ворохо-бинской, котельниковской свит, парамоновской свиты с ул. Арх. Власова).

Результаты исследований. Пески первой группы характеризуются значениями модуля деформации (в интервале нагрузки 0,1—0,2 МПа), изменяющимися от 8 до 11 МПа (в редких случаях 5 МПа); значениями компрессионного модуля деформации (далее везде в скобках) £ок= 10+14 МПа; отношением остаточной деформации к упругой, равным 37—57; углами внутреннего трения, варьирующими в диапазоне 30—35°; сцеплением 0—1 кПа (таблица). Повышенные значения угла внутреннего трения обусловлены слабой цементацией и малой влажностью песков.

Для глинистых пород второй группы определены следующие значения показателей: модуль деформации равен 3—4 МПа (£ок=5+8 МПа), максимальное значение этого показателя имеют песчанистые суглинки полутвердой консистенции; отношение остаточной деформации к упругой составило 1—3; угол внутреннего трения изменяется от 19 до 23°, а сцепление — от 10 у пылеватых разностей до 63—96 кПа у песчанистых.

Породы третьей группы (переслаивающиеся песчаные, глинистые) имеют следующие значения модуля деформации: от 2 МПа (£ок=5 МПа) у гекуче![ластичных разностей до 5 МПа (£ок=9 МПа) у мягко-пластичных в породах бутовской толщи, а также 4—9 МПа (£ок=8+17 МПа), в отдельных случаях до 14—18 МПа (£ок=20+25 МПа) в породах савельевской свиты, причем увеличение этого показателя наблюдалось в образцах с преобладанием песчаных прослоев над глинистыми (по осредненному гранулометрическому

составу — это наименее дисперсные разности — супеси песчанистые).

Отношение остаточной деформации к упругой для бутовской толщи составило 1. Угол внутреннего трения и сцепление варьируют от 17 до 19° и от 10 до 18 кПа соответственно в грунтах бутовской толщи, а в грунтах савельевской свиты — от 17 до 25° (максимальные значения наблюдаются в наименее дисперсных разностях) и от 13—52 кПа (в супесях пластичных и суглинках легких тугопластичных и полутвердых) до 55—92 кПа (в супесях и суглинках тяжелых твердых, а также в глинах легких полутвердых). Такой широкий диапазон изменения сцепления в породах савельевской свиты можно объяснить сложностью и неоднородностью их строения — в зависимости от преобладания глинистых либо песчаных прослоев, от их мощности и выдержанности будет колебаться и этот показатель. При одноплоскостном срезе пород бутовской толщи сдвиг практически всегда происходил по контакту глинистых и песчаных прослоев. Отдельно для песков, участвующих в строении савельевской свиты, определены модуль деформации, который составил 27 МПа (£ок=33 МПа), угол внутреннего трения равен 30° и сцепление — 32 кПа; для песков в составе бутовской толщи модуль деформации равен 40 МПа (£ок=50 МПа).

Полученные для четвертой группы (породы со сложными текстурами) показатели прочностных и деформационных свойств рассмотрим отдельно для пород трех стратиграфических подразделений, попавших в эту группу, так как их строение обусловлено разными текстурами. Для парамоновской свиты (ул. Арх. Власова), представленной глинистыми грунтами с хаотично расположенными гнездами песка, были получены значения модуля деформации, варьирующие от 2 МПа (£ок=5 МПа) в текучепластичных разностях до 4—13 МПа (Еок= 10+33 МПа) в тугопластичных и полутвердых. Отношение остаточной деформации к упругой изменяется от 1 до 2. Угол внутреннего трения варьирует от 11—18° (полутвердые разности глин) до 34° (текучепластичные суглинки легкие). Сцепление составило 60—93 кПа в наиболее дисперсных полутвердых разностях и 8 кПа в текучепластичных разностях.

Для пород ворохобинской свиты, характеризующихся неравномерным распределением глинистых прослоев и линз в общей песчанистой массе породы, нарушением слоистости, присутствием следов био-

турбации, модуль деформации составляет 4—9 МПа

+

редко до 25 МПа). Отношение остаточной деформации к упругой составило 15—23. Угол внутреннего трения и сцепление изменяются от 17—21° и 38— 40 кПа у более глинистых разностей до 24—34° и 7— 20 кПа у более песчанистых.

Для пород котельниковской свиты, имеющих ярко выраженную текстуру типа "рябец", были получены следующие значения модуля деформации: от +

систенции до 8 МПа (£ =20 МПа) при твердой кон-

систенции. Отношение остаточной деформации к упругой составило 9— 11.

Выводы. 1. Среди выделенных четырех групп нижнемеловых пород минимальные средние значения модуля деформации имеют породы второй группы — относительно однородные глинистые, максимальные — породы первой группы — однородные песчаные (рисунок); средние значения модуля деформации горизонтально переслаивающихся глинистых и песчаных пород (третья группа ), а также пород со сложными текстурами (четвертая группа) занимают промежуточное положение, причем для твердых и полутвердых разностей среднее значение этого показателя выше для грунтов четвертой группы, а для ту-гопластичных и мягкопластичных разностей — выше у грунтов третьей группы.

2. Минимальный относительно среднего разброс значений модуля деформации характерен для относи-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Москва: геология и город / Под ред. В.И. Осипова, О.П. Медведева. М.. 1997.

2. Олферьев А.Г. Новые данные о геологическом строении нижнемеловых отложений Подмосковья // Геология и

тельно однородных глинистых пород (первая группа), максимальный — для переслаивающихся глинистых и песчаных грунтов (третья группа) и пород со сложными текстурами (четвертая группа), что в последних двух случаях объясняется высокой степенью неоднородности исследуемых пород.

3. Максимальные значения угла внутреннего трения были получены для однородных песчаных пород, минимальные — для пород со сложными текстурами, причем часто сдвиг идет по контакту глинистых и песчаных прослоев.

4. Минимальные значения сцепления характерны для пород первой группы (однородных песчаных), для пород остальных трех групп диапазон изменения этого показателя шире и зависит от плотности и консистенции, а в группах неоднородных пород — от того, какой материал преобладает в составе, — песчаный или глинистый.

полезные ископаемые центральных районов Восточно-Европейской платформы. М.. 1986.

Поступила в редакцию 20.11.2007