Крупнообломочные породы: характеристики и свойства
Крупнообломочные (грубообломочные) породы могут состоять из разнообразных механических элементов — от глыб до глинистых частиц. Характеризуются эти грунты олигомиктовым и полимиктовым составом. Скелетная часть их состоит из обломков пород и зерен первичных минералов. Среди окатанных обломков (валунов и галек) непрочные породы (глинистые алевролиты, аргиллиты и др.) встречаются редко.
Валуны, камни и глыбы по размеру (в мм) разделяют на мелкие (200-400), средние (400-800) и крупные (800 и более). Форма и степень окатанности гравийных зерен существенно зависят от продолжительности и интенсивности обработки материала в процессе транспортировки. В речном и морском виде они хорошо окатаны, в ледниковом — намного меньше. В зависимости от преобладания и окатанности той или иной фракции грунты называют валунными (глыбовыми), если обломков крупнее 200 мм больше 50%, галечными (щебнистыми), если зерен крупнее 10 мм более 50% и гравийными (дресвяными, хрящеватыми), если зерна крупнее 2 мм составляют более 50%. Естественный щебень и дресва — продукты вулканических извержений или физической дезинтеграции пород. Состав грунта этого вида может быть различным, форма их неправильная, угловатая или плитчатая.
В строительной практике гравий и щебень широко используют при устройстве дорожных оснований и покрытий, для балластного слоя и в насыпях железных дорог, для приготовления бетонов. Для различных случаев применения этих грунтов существуют стандарты, которыми нормируется зерновой, минеральный и петрографический состав, прочность, морозостойкость, содержание органических и водорастворимых веществ. При исследовании крупнообломочных пород обращают внимание на петрографический, минеральный и гранулометрический состав обломков и зерен, слоистость, размер и форму прослоев, и их распределение в массиве. Важное значение имеет выделение основы, т. е. крупнообломочной части породы и заполнителя — ее мелкоземистой части (песок, суглинок, глина). Такое разделение проводят на основе наблюдения породы в обнажениях и искусственных выработках и по данным о гранулометрическом составе.
Резкие уступы в очертании суммарной кривой гранулометрического состава указывают на преобладание соответствующих фракций. Пологая форма кривой свидетельствует о разнозернистом (неоднородном) составе породы. По соотношению между основой и заполнителем и по некоторым другим признакам выделяют следующие основные текстуры крупнообломочных пород: беспорядочную, гнездовую, псевдопорфировую, косослоистую и бутовую. При беспорядочной и гнездовой текстурах крупные обломки расположены беспорядочно или отдельными гнездами. Псевдопорфировая текстура характеризуется небольшим количеством крупнообломочного материала: основой служит мелкоземистая часть породы. Косослоистая текстура встречается преимущественно в гравийно-песчаных грунтах. При бутовой текстуре их основа состоит из соприкасающихся обломков, промежутки между которыми заполнены мелкоземом.
Водопроницаемость и физико-механические свойства крупнообломочных типов зависят от свойств основы и заполнителя и соотношения между ними. При беспорядочной, гнездовой и псевдопорфировой текстурах водопроницаемость грунтов определяется главным образом содержанием и свойствами мелкозема, а также относительным участием его в выполнении сечения, перпендикулярного потоку воды. Крупнообломочный материал уменьшает площадь фильтрации и понижает водопроницаемость. Последнее свойство целесообразно определять только при полевых исследованиях.
Крупнообломочные грунты исследованы в меньшей степени, чем песчано-глинистые. Методика их изучения отличается некоторой специфичностью. Гранулометрический состав крупнообломочных видов определяют с помощью ряда методов: грохочения, ситового, пипеточного и ареометрического анализов. Выбор его зависит от индивидуальности случая. Грохочение проводят в полевых условиях на больших пробах (300-2000 кг). Оно позволяет разделить пробу на фракции (в мм): более 100, 100-60, 60-40, 40- 20 и менее 20. Валуны и камни учитывают путем зарисовки или фотографирования текстуры породы в обнажениях и выработках.
Форма обломков и зерен и их окатанность имеют важное значение. По форме можно судить об условиях переноса, она оказывает влияние на такие свойства, например, как объемная масса скелета грунта, коэффициент фильтрации и угол внутреннего трения. В крупнообломочных грунтах различают влажность:
- крупных зерен и обломков;
- песчано-глинистого заполнителя;
- валовую.
Первая практически постоянна и мала, так как пористость скальных пород весьма незначительная.