А. Д. Архангельский, М.С. Швецов, Н. М. Страхов, Л. В. Пустовалов, Л. Б. Рухин, У. Твенхофел, У. Крумбеин, Ф. Петтиджон, по сути, создали теорию литогенеза, анализа совокупности геологических процессов, определяющих состав, строение, состояние, преобразования осадочных отложений.

Основными факторами, определяющими особенности формирования и преобразования осадочных грунтов являются климатические условия и тектонические движения, определяющие, в свою очередь, температуру, давление, влажность.

 Выделяют четыре основных типа литогенеза: гумидный, аридный, ледовый и вулканогенно-осадочный.

Во всех случаях литогенез делится на четыре стадии:

Гипергенез – выветривание – разрушение исходных грунтов. Здесь могут образовываться новые минералы, выноситься химические элементы, формироваться растворы.

Седиментогенез – перенос и отложение материала водным (флювиальным), воздушным (эоловым) или ледовым (гляциальным) путем и, соответственно, формирование аллювиальных, морских, эоловых, моренных и др. отложений.

Диагенез – начальный этап превращения осадка в породу (грунт).

Катагенез – начальные изменения породы (грунта) при погружении на большие глубины.

Метагенез – сильные изменения пород (грунтов), образование метаморфических пород или грунтов метаморфического происхождения.

При классифицировании грунтов осадочного генезиса в основу их разделения положены факторы, определяющие в конечном итоге состав, состояние, структуру грунтов.

Такими факторами являются:

1) исходный состав грунта;

2) условия и механизм, энергия переноса;

3) условия осадконакопления;

4) последующие трансформации.

1) минеральный состав часто характеризуется преобладанием вторичных минералов, из которых особенно важное значение имеют воднорастворимые и глинистые. Следствием является резкое отличие их свойств от свойств скальных грунтов – магматического и метаморфического происхождения.

2) значительное распространение среди осадочных грунтов имеют хемогенные и органогенные грунты – простые в химико–минеральном отношении – гипс, галит, доломит, известняк, опока и т.д.

3) для глинистых грунтов характерна слабая выветриваемость и сильная зависимость свойств от изменений окружающей среды.

4) наличие многих легко деформирующихся разностей (сжимаемых, сдвигаемых) при взаимодействии с создаваемыми сооружениями, проводимыми мероприятиями, обусловленные отсутствием или такими типами структурных связей, особенностями состава, строения грунтов.

Техногенез.

Под техногенными (культурными - археологическими) отложениями понимают верхние слои разреза населенных пунктов, в создании которых участвовали естественные и антропогенные факторы и условия. Они сложены минерально-породной массой и продуктами деятельности человека (строительный материал, бытовые отходы, предметы домашнего обихода). Формирование культурного слоя связано с мощением дворов, мостовых, площадей, строительством погребов, каналов, рвов, настилов, колодцев и пр.

Формирование техногенных отложений связано, с одной стороны, с геоморфологическими и геологическими условиями, а с другой стороны, с историей города, поселка, характером хозяйственно-культурной деятельности человека в данных географических и исторических условиях.   

Ф. П. Саваренский разделил техногенные отложение на древние и современные (1938г.).

Современные отложения - рыхлый, не слежавшийся материал, содержащий неразложившиеся органические остатки. Он, как правило, непригоден для строительства без дополнительной обработки. Древние отложения успели уплотниться, приобрести связность.

Интенсивное накопление техногенных отложений происходит при производстве земляных работ: строительстве метрополитенов, котлованов и др.

Мощность техногенных отложений колеблется от нескольких сантиметров до десятков метров. Она зависит от времени образования населенного пункта, рельефа местности и других факторов. Овраги, пруды, речные долины, рвы являются местами накопления техногенных отложений в связи с использованием их в качестве накопителей мусора и засыпкой при планировке территорий, подготавливаемых для строительства.

Грунты техногенных отложений не прошли “естественную сортировку” и поэтому весьма неоднородны и обусловлены чаще всего в общей массе: 1) геологическими условиями местности, а состав включений – 2)хозяйственно-культурной деятельностью человека на данной территории. В связи с этим интерес к ним разных специалистов неоднозначен.

Техногенный грунт одновременно является хранителем исторических, археологических ценностей и, соответственно, объектом охраны, а с другой - искусственным образованием, разрушающим исторические памятники, источником агрессивных растворов и др., ухудшающих функционирование памятников архитектуры, увеличивающих, по мере накопления, негативное влияние на естественно-историческую среду (Южная стена ТСЛ, Михеевская церковь).   

Анализ гранулометрического состава техногенных отложений гг.Белозерска и Новгорода выявил наличие бимодальных и тримодальных распределений частиц по размерам. Одна вершина распределения соответствует глинистой фракции, другая - алевритовой, третья - гравийной. Бимодальные распределения показывают преобладание песчаной и гравийной фракций. Велика неоднородность размеров частиц.

Анализ свойств техногенных грунтов показал существенное влияние на них содержания органического вещества. Коэффициенты корреляции показателей физико-механических свойств с содержанием органического вещества составили 0,7- 0,8.

Со сравнительно быстрыми изменениями во времени свойств и содержания в грунтах органического вещества часто связано сравнительно быстрое изменение во времени физико-механических свойств грунтов.

Техногенные отложения часто обладают повышенными фильтрационными параметрами, которые способствуют формированию фундаментных вод и “верховодки”, самоподтоплению, а, соответственно, изменению состояния грунтов сферы взаимодействия, уменьшению их несущей способности, увлажнению фундаментов, опирающихся на них наземных сооружений: стен, колон и др., нарушению температурно-влажностного режима интерьера, активизации морозного пучения, заболачивания территорий, прилегающих к памятнику.  

Анализ гидрогеохимичесих свойств техногенных отложений показал, что наличие значительного количества органического углерода в техногенных накоплениях увеличивает их растворяющую способность по отношению к строительным конструкциям и создает благоприятную среду для микробиологической коррозии.

Наличие сочетания резко отличающихся по составу и свойствам материалов создает благоприятные условия для развития микроорганизмов.

Изучение техногенного слоя часто требует не только инженерно-геологических, но и историко-археологических методов.

На многих исторических территориях в центральной части России стратификация техногенных отложений производится в соответствии со строительными периодами:

1) деревянного зодчества – Ростов Великий;

2) белокаменного зодчества – Лавра, Ростов и др.;

3) кирпичного зодчества – Ново-Иерусолимский м-рь.

Важным моментом при выборе методов исследования техногенных отложений является принцип - “не навреди”, провозглашенный в хартии Мегариде - основном руководящем источнике для лиц, занимающихся реставрацией или реновацией историко-архитектурных комплексов.

Для изучения техногенных отложений используются полевые и лабораторные методы, включающие изучение:

- объекта в связи с сохранением памятника архитектуры;

- техногенного слоя как памятника истории и культуры;

- микрорельефа и палеогеографической обстановки;

- мощности, особенностей структуры, состояния и состава;

- гидрогеологических условий с учетом показанных выше

особенностей;

- свойств грунтов под фундаментами и вне его;

- параметров процессов и их взаимосвязь.

Целесообразным элементом инженерно-геологических исследований является организация мониторинга инженерно-геологических и физико-геологических процессов до начала основных работ.

√ Тема 3. Состав грунта. Компоненты и фазы грунта