«Уральский государственный горный университет»

Вид материала

Автореферат диссертации

Содержание Характеристика стадий формирования инженерно-геологических условий Инженерно-геологические условия Пойм и низких террас Временнáя последовательность стадий формирования инженерно-геологических условий для различных геоморфологических элементов Надпойменные террасы: 1 – 2 – осташковская и микулинско-калининская, 3 – одинцовско-московская, 4 – лихвинско-днепровская, 5 – о Опубликованные работы по теме диссертации

Подобный материал:

• «Уральский государственный горный университет», 393.52kb.
• «Уральский государственный горный университет», 371.07kb.
• «Уральский государственный горный университет», 399.8kb.
• Женщина в праздничной культуре: гендерные аспекты 24. 00. 01 Теория и история культуры, 982.14kb.
• «Уральский государственный горный университет», 256.81kb.
• Разработка вибрационной транспортирующей машины с импульсным резонансным приводом, 312.75kb.
• Методология и механизмы обеспечения экологической устойчивости промышленного предприятия, 653.15kb.
• Марина Владимировна Захарченко, зав кафедрой истории педагогики Санкт-Петербургской, 87.1kb.
• Повышение эффективности эксплуатации карьерных гусеничных экскаваторов с оборудованием, 279.06kb.
• Уральский государственный университет им. А. М. Горького, 682.07kb.

G – генетич. тип верхней части грунт. толщи (м); S_т – тип грунт. толщи: 1 – торф и заторф. грунты, подстилаемые песч.; 2 – преимущественно песч. с торфяным слоем в верхней части; 3 – переслаив. глинистых и заторф. грунтов с преобладанием последних в верхней части; 4 – преимущественно глинистые грунты с торф. слоем в верхней части; 5 – песч. грунты; 6 – песч., подстилаемые глинист; 7 – песч. и глинист., переслаиваемые с преобл. песч. в верхней части; 8 – песч. и глин., переслаиваемые с преобл. глинистых в верхней части; 9 – глинист., подстилаемые песч.; 10 – глинист. и преимущественно глинист.; 11 – просадочные подстилаемые песч. или глинист.; 12 – глинист., подстилаемые скальными; 13 – песч. и глинист. грунты, переслаиваемые с преобл. глинист. в верхней части, подстилаемые скальными; 14 – песч. грунты, подстилаемые скальными; 15 – скальные грунты; H_гв – преобл. глубины залегания грунтовых вод (м); К_забол – поражённость терр. процессами заболачивания (%); К_г.п. - поражённость терр. гидротехническим подтоплением (%); К_с.п. – высоковероятная поражённость терр. строительным подтоплением (%); К_обр – коэффициент овражно-балочного расчленения (км/км²); К_карст – поражённость терр. карстовыми процессами.

направленность – здесь происходит карьерная разработка грунтов, а аккумуляция локализуется преимущественно в овражно-балочных понижениях и в тыловых частях террасовых уступов (табл.1, табл.2).

Качественная оценка устойчивости геологической среды к техногенному воздействию показала также различные значения устойчивости для выделенных классов. Районы в пределах низких террас обладают, как правило, низкой и средней степенью устойчивости, тогда как высокие террасы, напротив, характеризуются преимущественно высокой и средней степенью устойчивости (табл.2).

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что, ввиду очевидного различия, формирование ИГУ для районов из разных классов происходило при различных условиях. Поскольку возраст пород, входящих в состав геологической среды выделенных классов, различен, автор считает, что формирование ИГУ происходило стадийно, а выделенные классы в настоящее время находятся на разных стадиях развития ИГУ, что и вызывает разнонаправленность их изменчивости.

Используя данные о геологической истории исследуемого региона и полученные результаты для исследуемой территории, можно выделить следующие дотехногенные стадии (Геология Татарстана, 2003), (табл. 2):

Платформенно-морская стадия характеризуется накоплением и литификацией, а также постдиагенетическими преобразованиями морских отложений верхней перми. Именно условия осадконакопления и характер постдиагенетических процессов предопределили развитие карстовых процессов на последующих стадиях развития ИГУ и гидрогеохимический тип грунтовых вод в пределах исследуемой территории.

Эрозионно-денудационная стадия отвечает континентальному режиму, при котором господствуют процессы физического и химического выветривания морских отложений верхнепермского возраста, денудация преобладает над аккумуляцией. Развиваются карстовые процессы. В пределах исследуемой территории эрозионно-денудационная стадия началась в начале мезозоя. Окончание этой стадии на большей части исследуемого района произошло в связи с заложением и последующим развитием долины ПраВолги и ПраКазанки. В настоящее время на данной стадии находится коренной левый берег Волги (табл.3).

В русловую стадию происходит донный и боковой размыв массивов горных пород, а также накопление рыхлообломочного материала песчано-глинистого состава в подводных условиях, формируются грунты со слабыми структурными связями, недоуплотнённые и, как следствие, сильно сжимаемые. Через русловую стадию в различное время прошла вся исследуемая территория за исключением коренного волжского берега. В настоящее время на данной стадии находятся участки в пределах Куйбышевского водохранилища, малых рек и озёр города (табл.3).

Очерёдность русловой стадии вслед за эрозионно-денудационной не является обязательным условием. Так, например, русловая стадия для некоторых участков долины р. Казанки и пойм малых рек в некоторых случаях следовала за стадиями низких и высоких террас.


Таблица 2

Характеристика стадий формирования инженерно-геологических условий

Стадии	Инженерно-геологические условия
	1	2	3	4	5	6
Эрозионно-денудацион-ная	Абс. отм. 75-180м. Рельеф слаборасчленённый, вблизи террасовых уступов сильно расчленённый	Известняки, доломиты, мергели, аргиллиты и песчаники перекрытые глинами и суглинками	Грунтовые воды в зоне взаимодействия зданий и сооружений отсутствуют или находятся в нижней части разреза	Оврагообразование, карст, строительное подтопление	Скальные карбонатные и терригенные грунты; суглинки и глины твёрдой консистенции	Разработка карьеров и подработка склонов. Засыпка оврагов. Создание ПТБО. Активизация ЭГП в рез. утечек из вод. коммуникаций; Преим. выс. уст.
Русловая	Абс. отм. менее 53,2 м	Пески, переслаивание песч. и глинистых грунтов.	-	Аккумуляция песчано-глинистого материала	Пески, илы бога тые органичес кими веществами;	Заиление русла вдоль дамб и мостовых опор; Низкая устойчивость
Пойм и низких террас	Абс. отм.: 54 57 м; Рельеф нерасчленённый, слаборасчленённый	Глинист. подстил. песчаными; Переслаивание песч. и глин. с преобл. глин. в верхней части разреза; Преим. глинист. разрез с торф. сл. в верх. части	Глубина залегания г.в. не более 5 м. Минерализация от 0,5 до 2,4 г/л. Тип: гидрокарбонатный–сульфатный	Природное и гидротехническое подтопление, заболачивание, береговая абразия и боковая эрозия речных долин	супеси, суглинки и глины, их заторфованн. аналоги, торф, твёрдопластичной консистенции, пески	Намывная аккумуляция, засыпка болот; Средняя и низкая устойчивость
Высоких террас	Абс. отм.: 75–120 м; Рельеф слабохолм., слаборасчл., вблизи террасовых уступов сильнорасчл.	Переслаив. песч. и глин. с преобл. глин. в верхн. части ; Глин. подстил. песч.; Пески; Переслаив. песч. и глин. с просадочным слоем в верхн. части	Грунтовые воды в зоне взаимодействия зданий и сооружений отсутствуют или находятся в нижней части разреза	Строительное подтопление, оврагообразование и оползнеобразование, просадочные явления, карстово-суффозионные и суффоз. процессы	Суглинки, супеси, их просадочные аналоги твёрдой консистенции, пески	Подработка склонов, засыпка оврагов, создание ПТБО. Активизация ЭГП в рез. утечек из вод. коммуникаций; Выс. и средн. уст.

1 –геоморфологические; 2 – геологические (тип грунтовой толщи); 3- гидрогеологические условия; 4 – геологические и инженерно-геологические процессы; 5 – грунты, 6 - направленность техноген. изменений и устойчивость геосреды к техногенным воздействиям

Таблица 3

Временнáя последовательность стадий формирования инженерно-геологических условий для различных геоморфологических элементов

Стадия	Надпойменная терраса				Пойма малых рек**	Коренной берег
	5	4	3	2-1
высоких террас				-	-	-
низких террас						-
русловая						-
эрозионно-денудационная	Mz – N2*					Mz – Q4
платформенно-морская	P2

. Надпойменные террасы: 1 – 2 – осташковская и микулинско-калининская, 3 – одинцовско-московская, 4 – лихвинско-днепровская, 5 – окская;

^* - указанные временные рамки носят общий характер, для отдельных районов эрозионно-денудационная стадия завершилась в эоплейстоцене или неоплейстоцене.

^**- русловая стадия для пойм малых рек в некоторых случаях следовала за стадиями низких и высоких террас.


Следует отметить, что этот переход нередко имел техногенную обусловленность. Так, в результате создания Куйбышевского водохранилища примерно 50 км² в пределах современной городской границы (12%) оказались затопленными, а
р. Казанка искусственным путём получила новое русло.

Именно на русловой стадии формируется состав грунтов, начинают развиваться структурные связи. Среди процессов ведущая роль принадлежит аккумуляции, однако для территории г. Казани характерно развитие карстовых процессов, связанных с вертикальной разгрузкой подземных вод вблизи размытых купольных структур (Ступишин, 1954). Несмотря на ведущую роль аккумуляции, необходимо отметить немаловажную роль боковой эрозии рек, интенсивность которой контролирует крутизну, а подчас и высоту прилегающего террасового уступа, а следовательно обеспечивает ту или иную интенсивность развития денудации, линейной эрозии и склоновых процессов для прилегающих территорий на стадии высоких террас. Так, в позднем неоплейстоцене в центральной части исследуемой территории была полностью размыта одинцовско-московская и частично лихвинско-днепровская надпойменная террасы, в результате чего образовался уступ высотой не менее 40 – 50 м, в связи с чем в дальнейшем здесь развилась густая овражно-балочная сеть. Подобная ситуация развивалась при повторном заложении долины р. Казанки во второй половине среднего неоплейстоцена, при возникновении долин Киндерки, Ноксы, Солонки и Сухой Реки (Малышева, 1965).

В стадию пойм и низких террас большая часть грунтовой толщи находится в водонасыщенном состоянии, грунты хорошо сжимаемы и неоднородны, накапливаются торф и заторфованные супеси и суглинки, реже глины. Геологическая среда при благоприятных гидрохимических условиях характеризуется агрессивностью. Эту стадию в различное время прошла вся исследуемая территория за исключением коренного Волжского берега и участки в пределах Куйбышевского водохранилища, малых рек и озёр города (табл.3).

Для стадии пойм и низких террас характерно широкое развитие процессов подтопления и заболачивания, боковая эрозия речных долин (табл.2).

Среди процессов, имеющих техногенное происхождение, широко развито гидротехническое и строительное подтопление, заболачивание, уплотнение грунтовой толщи в основании зданий и сооружений, суффозионный вынос вблизи прифильтровой части скважин водозаборов, а также береговая абразия вдоль побережья водохранилища. Техногенная аккумуляция носит площадной характер и направлена на улучшение инженерно-геологических характеристик геологической среды: понижение уровня грунтовых вод, засыпка болот, создание более прочного основания для сооружений различного назначения. Карстовые процессы имеют как природную, так и техногенную обусловленность (табл.2).

Стадия высоких террас характеризуется господством денудации, линейной эрозии и склоновых процессов. Аккумуляция локализуется в овражно-балочных системах и вдоль террасовых уступов. Именно в эту стадию, как будет показано далее, в результате криогенного выветривания в условиях приледниковой пустыни (валдайское оледенение) сформировались просадочные грунты, а в настоящее время происходит образование карбонатного элювия (Болиховская, 1995). Грунтовые воды залегают глубоко, в связи с чем грунты находятся преимущественно в твёрдой консистенции, следовательно, обладают хорошей несущей способностью.

Среди геологических процессов ведущая роль принадлежит овражной эрозии, оползнеобразованию, карстовый процесс развит локально и носит унаследованный характер. Интенсивность процессов контролируется особенностями рельефа, строением геологической среды. Техногенные процессы связаны с утечками из водонесущих коммуникаций (строительное подтопление, просадочные явления в грунтах, карстовые провалы, образование карбонатного элювия), незарегулированным поверхностным стоком (овражная эрозия), нарушением устойчивости склонов и откосов (искусственная подрезка, создание котлованов и карьеров, динамическое воздействие) (табл.2).

Как было показано выше, на разной стадии развития изменчивость ИГУ (в виде геологических процессов) проявляется по-разному, поэтому и в техногенный этап развития эта изменчивость также имеет разный характер.

Таким образом, можно сделать вывод, что различная направленность изменчивости ИГУ (естественная и техногенная) в пределах территории г. Казани обусловлена тем, что выделенные инженерно-геологические формации находятся на разных стадиях формирования ИГУ.

Второе защищаемое положение. Ведущим фактором формирования ИГУ г. Казани наряду с условиями формирования литологического состава грунтов, тектоническими и гидрогеологическими условиями является рельефообразование, обусловленное развитием речной сети, в связи с чем инженерно-геологическое районирование на территории г. Казани необходимо осуществлять по комплексу геологических и инженерно-геологических процессов.

Выделенные в процессе инженерно-геологического районирования одновозрастные формации, несмотря на очевидную схожесть строения геологической среды, генезиса, возраста и свойств грунтов, характеризуются разными геодинамическими параметрами, а следовательно, различными значениями устойчивости геологической среды к техногенному воздействию и различной степенью сложности ИГУ.

Например, район Горки и район Караваево сложены волжскими аллювиальными отложениями (пески, супеси, суглинки), (рис.1, табл.1). Однако, несмотря на одинаковый тип строения грунтовых толщ и схожесть гидрогеологических условий, геодинамическая обстановка районов различна. Так, район Горки характеризуется значительной оврагопоражённостью, развитием карстовых процессов, широко распространёнными просадочными явлениями. Район Караваево, напротив, относится к категории «слабая овражная эрозия», просадочные явления здесь распространены в незначительной степени, карстовые процессы отсутствуют.

Подобное характерно также для районов, расположенных в пределах одинцовско-московской и окской надпойменных террас. Следует отметить, что чем больше длительность стадии, на которой находятся районы, тем выше степень различия ИГУ.

С другой стороны, на фоне внутритеррасового различия, наблюдается схожесть ИГУ разновозрастных инженерно-геологических формаций, расположенных в пределах единых водораздельных пространств.

Например, районы Горки, Мирный и Азино имеют весьма схожие ИГУ, явные границы в рельефе отсутствуют, строение и свойства грунтов весьма близки (рис.1, табл.1). То же можно сказать и о районе Караваево и северной части района Московский, районах Кадышево и Кадышевские теплицы и т.д. (рис.1, табл.1).

Подобное сходство разновозрастных и различие одновозрастных инженерно-геологических формаций, находящихся на одной стадии формирования ИГУ, указывает на значительную роль рельефообразующих факторов, связанных, прежде всего, с деятельностью реки Волги и её притоков, что обеспечило различный ход постседиментационных процессов, развитие рельефа и гидрогеологических условий. Поскольку направление и масштабы речной деятельности контролировались тектоническими и климатическими условиями, можно сделать вывод, что в основе формирования ИГУ г. Казани лежит целый спектр разнообразных факторов.

Поэтому оценку не только современных, но и потенциально возможных ИГУ, которая осуществляется путём инженерно-геологического районирования, необходимо осуществлять с обязательным учётом этих факторов, что представляется весьма сложной задачей. Поскольку седиментогенез и постседиментогенные процессы, современные и древние тектоническая обстановка и климат, трансформация рельефа в ходе развития волжской речной сети и денудационные процессы, а также техногенное воздействие нашли своё отражение в характере и интенсивности геологических и инженерно-геологических процессов, значительно проще проводить выделение инженерно-геологических формаций по комплексу геологических и инженерно-геологических процессов, так как процесс, по мнению автора, – это не только фактор ИГУ, опирающийся, как и ИГУ на гидрогеологические, геоморфологические, геологические условия, но и индикатор направленности изменчивости ИГУ.

При инженерно-геологическом районировании по геодинамическому принципу территории г. Казани нами было выделено 25 районов. Представленная схема инженерно-геологического районирования убедительно показывает роль послепермской тектонической обстановки в формировании карстовых процессов и значение рельефообразующих факторов, а также поздненеоплейстоценового климата, уравнявших разновозрастные и дифференцировавших одновозрастные геологические формации по характеру ИГУ (рис.2).

Следует отметить, что районирование, опирающееся на геодинамический принцип, даёт возможность не только оценивать устойчивость геологической среды к техногенному воздействию, присваивая «немой» балл, но и указать направление возможной техногенной изменчивости ИГУ. Весьма удобен геодинамический принцип при оценке природных геологических рисков, опирающейся на количественные показатели геологических и инженерно-геологических процессов (Природные опасности России, 2003).

Третье защищаемое положение Просадочные грунты территории г. Казани сформировались в результате криогенного выветривания в условиях приледниковой пустыни при Валдайском оледенении.

Просадочные грунты в пределах исследуемой территории представлены маловлажными супесями и лёгкими суглинками с преимущественно твёрдой консистенцией. Наиболее характерны они для правобережья Казанки, где пространственно связаны с высокими террасами р. Волги. В грунтовых толщах просадочные грунты располагаются преимущественно в верхней части разреза, где бывают нередко перекрыты непросадочными разностями.

В составе просадочных грунтов присутствуют как аллотигенные так и аутигенные карбонаты (до 9%).

Просадочные грунты характеризуются скелетным типом микростроения, значительной неоднородностью (К_н=15–20), обладают ярко выраженной пористостью (38–51%), а также низкой степенью агрегативности, что связано с преобладанием в обменном комплексе диффузного слоя глинистых минералов катионов Na⁺.

Величина плотности сухого грунта (ρ_d) изменяется от 1,32 г/см³ до 1,67 г/см³. Средние значения величин модулей деформации для грунтов с естественной влажностью при 0,1 МПа составляет 8,14 МПа, при 0,2 МПа – 11,82 МПа, при 0,3 МПа –




Рис.2. Инженерно-геологические районы, выделенные по комплексу геологических и инженерно-геологических процессов с учётом их активности.

1 – коренной волжский берег, 2 – высокие террасы, 3 – низкие террасы, 4 – гидротехническое подтопление (ГП), 5 – заболачивание (Зб), 6 – карстовые процессы (К), 7 – строительное подтопление (СП), 8 – просадочные явления, 9 – овражная эрозия (ОП).

Цифры на карте – инженерно-геологические районы: 1   Аракчино (ГП, СП, переработка берега водохранилища), 2   Ново-Савиновский (низкая карстовая опасность, ГП и Зб, грунтовый разрез в некоторых случаях содержит плывунные пески, торф и заторфованные грунты), 3   Троицкий (ГП, Зб, торф и заторфованные грунты), 4   Северное Приволжье (низкая карст. оп., ГП, карбонатный элювий), 5   Южное Приволжье (ГП и Зб, грунтовый разрез в некоторых случаях содержит плывунные пески, торф и заторф. грунты), 6   Малые Дербышки (ГП), 7   Киндерка (К, П), 8   Вознесение (П), 9   Восточная Крутушка (боковая эрозия речных долин, П), 10   Пороховой (ОП), 11   Залесный (преимущественно умеренное СП), 12   Северный (слабое развитие просадочных грунтов, СП, слабая ОП), 13   Сухая Река (СП, значительная ОП), 14   Кадышево (К, СП), 15   Дербышки (К, СП, слабая ОП), 16   Киндери (К), 17   Горско-Азинский (значительная ОП, СП, широкое развитие просадочных грунтов), 18   Борисоглебское (слабая ОП, СП), 19   Кремлёвский (К, слабая ОП, СП, просадочные грунты, карб. элювий), 20   Старые Горки (К, значительная ОП, СП, просадочные грунты), 21   Компрессорный (слабая ОП, СП), 22   Западная Крутушка (слабая ОП), 23   Самосырово (значительная ОП, СП), 24   Константиновка (К, значительная ОП, СП), 25   Аки (К, значительная ОП).

18,75 МПа. Коэффициент относительной просадочности ε_sl изменяется от 0,023 до 0,078.

Просадочные грунты характеризуются несоответствием результатов гранулометрического анализа и значений числа пластичности. Последнее несколько занижено, что объясняется присутствием во фракции менее 0,002 мм зёрен кварца.

Согласно современным представлениям о происхождении просадочных грунтов, существуют следующие варианты: эоловое, аллювиальное, делювиальное, криогенное и космическое (Трофимов, 2003, Ананьев, 2004). На несоответствие казанских лессовидных грунтов эоловой, аллювиальной и космической гипотезам указывает, с одной стороны, низкая степень окатанности структурных элементов, высокая степень неоднородности и с другой – отсутствие чёткой связи «просадочный грунт – стратиграфический горизонт». Наличие седиментационной слоистости противоречит делювиальной гипотезе.

В пользу криогенной гипотезы свидетельствуют следующие факты:

• плащеобразное залегание просадочных грунтов;
  
• область развития просадочности сечёт стратиграфические границы в пределах Волго-Ноксинского междуречья;
  
• отсутствие чётких границ в плане и разрезе между просадочными и непросадочными разностями;
  
• низкая степень окатанности структурных элементов;
  
• высокая неоднородность грунтов;
  
• высокое содержание кварца глинистой размерности, уменьшающееся с глубиной.
  

Криогенному облессованию подверглись изначально аллювиальные породы, на что указывает сохранившаяся слоистость.

Поскольку самый молодой аллювий, подвергшийся криогенному облессованию, относится к одинцовско-московскому горизонту, можно предположить, что заключительное формирование просадочных грунтов произошло на стадии высоких террас во время последнего, Валдайского, оледенения, в условиях приледниковой пустыни, на что указывает и Н.С. Болиховская, Н.И. Кригер и А.В. Минервин (Болиховская, 1995, Григорьева, 2002).

Четвёртое защищаемое положение. Формирование карбонатного элювия и изменение его физико-механических свойств в сводовой части казанской купольной структуры происходит в настоящее время и контролируется минеральным составом материнских пород и гидрохимическими особенностями геологической среды.

Согласно классификации грунтов, элювий относится к грунтам особых свойств и состояния (специфические грунты), которые значительно осложняют ИГУ. Одной из разновидностей элювия, представленного в грунтовых разрезах исследуемой территории, является карбонатная мука.

Карбонатный элювий плащеобразно залегает на значительно дислоцированной и закарстованной поверхности верхнепермских пород. В разрезе грунтовых толщ карбонатный элювий встречается в пределах области развития верхнепермских купольных структур: Казанского, Борисковского куполов, Кадышево-Щербаковского поднятия и Киндерской плакантиклинали. Карбонатный элювий пространственно связан с карбонатными породами казанского яруса.

Мощность карбонатного элювия в пределах городской территории незначительна: сантиметры, редко первые метры. Исключением является лишь участок, расположенный в историческом центре города, в пределах южной оконечности казанского купола. Мощность элювия здесь изменяется в широком диапазоне: от нескольких сантиметров и более 30 метров. Наибольшие мощности карбонатного элювия пространственно связаны с северо-западной оконечностью Волго-Ноксинского водораздела.

Именно большие мощности и высокая степень геологической изученности в связи со строительством первой линии метрополитена послужили основанием для выбора южной оконечности казанского купола в качестве полигона для выявления закономерностей формирования карбонатного элювия.

По особенностям гранулометрического состава среди карбонатного элювия было выделено два типа: мука в чистом виде, которая состоит преимущественно из структурных элементов пылеватой и глинистой размерности; мука со щебнем, в составе которой, помимо тонкодисперсных частиц, присутствуют грубозернистые структурные элементы (до 40%).

В большинстве случаев карбонатная мука обладает разнозернистой структурой и весьма неоднородной текстурой. Преобладание частиц пылеватой и глинистой размерности придаёт пластичные свойства грунту.

По минеральному составу тонкодисперсной части карбонатную муку можно разделить на следующие типы: исключительно доломит, доломит и кальцит, только кальцит. В составе всех типов муки в некоторых случаях присутствует кварц (не более 5-10%).

По минералого-петрографическому составу щебень зачастую представлен пелитоморфными кавернозными доломитами. Иногда среди микрозернистой доломитовой массы наблюдаются более крупные зёрна ксеноморфного кальцита. С поверхности такой щебень корродирован и значительно более порист.

Детальные исследования образцов карбонатной муки в пределах нескольких инженерно-геологических скважин по ул. Петербургской выявили, что соотношение кальцита и доломита в муке и щебне весьма изменчиво как в плане, так и по разрезу. Разброс содержаний кальцита носит случайный характер, что продиктовано сингенетической неоднородностью материнских пород.

Вода представлена двумя видами: прочносвязанной и рыхлосвязанной, что обусловлено значительной дисперсностью карбонатной муки. Естественная влажность изменяется в диапазоне от 13 до 34%, в среднем составляя 23%.

Как было показано выше, карбонатный элювий отличается непостоянством минерального и гранулометрического состава в пределах нескольких десятков метров. Такое непостоянство предопределило некоторую изменчивость физико механических свойств внутри одного инженерно-геологического элемента.

У исследуемых грунтов плотность изменяется от 1,88 г/см³ до 2,20 г/см³, плотность твёрдых частиц также изменяется в широком диапазоне (2,71–2,86 г/см³) в связи с непостоянством минерального состава: минимальные значения характерны для муки с преобладанием кальцита и некоторой примесью кварца, максимальные значения характерны для муки чисто доломитового состава.

Плотность сухого грунта лежит в пределах от 1,41 до 1,88 г/см³, пористость колеблется в диапазоне от 31 до 50%.

Сцепление карбонатной муки невелико: 0,012–0,029 МПа; угол внутреннего трения изменяется в пределах от 9 до 15. Модуль деформации изменяется от 17 до 20 МПа.

Таким образом, описываемый массив грунтов является макронеоднородным, со стационарным (скачкообразным, незакономерным) режимом изменчивости, что значительно усложняет ИГУ исследуемой территории, поскольку увеличивается риск неравномерных осадок различных инженерных сооружений.

Детальное изучение состава, строения и свойств карбонатного элювия, который развивается по известково-доломитовым породам казанского яруса, обнажающимся на доплиоценовой поверхности размыва, позволило выделить следующие этапы его формирования:

1) Дезинтеграция доломитов и известняков до состояния карбонатной муки в результате процессов декальцитизации. Поскольку содержание кальцита в плане и разрезе изменяется в широких пределах, дезинтеграция протекает неравномерно. На участках, где кальцит отсутствует или содержится в весьма незначительных количествах, остаются линзы крепких доломитов,ё как бы погружённых в дисперсную массу. Следует отметить, что дезинтеграция карбонатов протекает лишь при наличии растворяющей способности грунтовых вод, оценивать которую, в частности, возможно с помощью метода сравнения активностей ионов с произведением растворимости самого соединения (доломит и кальцит) (Ломтадзе, 1977).

Анализ показал, что для большинства участков проявления описанной выше дезинтеграции жидкая компонента грунтов обладает агрессивностью только по отношению к кальциту. Особенно сильно агрессивность выражена у грунтовых вод вблизи зоны аэрации, что связано с обилием в геологической среде СО₂, присутствие которого значительно влияет на растворимость кальцита. Так, например, на водоразделе мощность доломитовой муки составляет чуть больше 30 м (верхний слой грунтовых вод с минерализацией 0,3 г/л насыщен СО₂), а в низинной части приближается к нулю (минерализация составила 0,95 г/л).

Следовательно, можно предположить, что площади возможного проявления карстовых просадок вследствие неравномерной химической денудации находятся в контурах высокого залегания карбонатных пород казанского яруса (глубина до 10-15 м и меньше).

2) Второй этап может развиваться двояко:

В результате дальнейшего растворения кальцитовой составляющей в уже дезинтегрированной массе будет продолжаться разуплотнение и, следовательно, оседание.

При наличии благоприятных условий (соответствующие напорный градиент и степень неоднородности грунта) будет происходить механическая суффозия, в связи с чем, также будет продолжаться разуплотнение.

Следует заметить, что в пределах г. Казани нередко эти два процесса протекают одновременно.

Таким образом, можно сделать вывод, что формирование и преобразование карбонатного элювия активно происходит на современном этапе геологического развития, что приводит как к пространственному, так и временному непостоянству его физико-механических свойств, а следовательно, значительно усложняет ИГУ.

Заключение

Основные результаты исследований по теме диссертационной работы сводятся к следующему:

— Инженерно-геологические районы, расположенные в пределах низких террас, высоких террас и коренного Волжского берега, обладают различной естественной и техногенной направленностью изменчивости ИГУ. Это свидетельствует о том, что формирование ИГУ на территории г. Казани начиная с палеозоя протекает стадийно, где каждая стадия (платформенно-морская, эрозионно-денудационная, русловая, пойм и низких террас, высоких террас) характеризуется соответствующим набором факторов ИГУ.

— Некоторые выделенные инженерно-геологические районы, расположенные в пределах одновозрастных геоморфологических элементов, характеризуются неодинаковыми ИГУ, в то же время инженерно-геологические районы, расположенные в пределах разновозрастных геоморфологических элементов, обладают схожими ИГУ. Это свидетельствует о том, что формирование факторов ИГУ в значительной степени обусловлено историей развития рельефа, климата и гидрогеологических условий, в связи с чем предлагается осуществлять инженерно-геологическое районирование по характеру и активности геологических и инженерно-геологических процессов – индикаторов направленности изменчивости ИГУ.

— Значительную роль в формировании состава, строения и свойств таких специфических грунтов, как карбонатный элювий и просадочные грунты, сыграли диагенетические и постдиагенетические преобразования, а также процессы химического и физического выветривания.

— Наиболее широкое развитие получили процессы подтопления: гидротехническим подтоплением охвачено 18% территории, 26% и 39% исследуемого района соответственно обладают высокой и умеренной опасностью строительного подтопления, последние отчасти накладываются на области развития просадочных и карстующихся грунтов, что значительно усложняет ИГУ.

— Сложные ИГУ в пределах территории г. Казани (40,3% исследуемого района) определяются преимущественно техноприродным подтоплением, овражной эрозией и карстовыми процессами, а также широким развитием специфических грунтов.

Опубликованные работы по теме диссертации

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК:

1. Жаркова Н.И. Закономерности формирования инженерно-геологических условий на территории г. Казани // Георесурсы 2 (19) 2006. – Казань: изд-во Казанск. Ун-та, 2006. – с.16 – 19.
   

Статьи, опубликованные в научных сборниках, журналах и материалах конференций:

2. Жаркова Н.И. Характеристика коррозионных свойств грунтов п. Борисково / Н.И. Жаркова, И.Ф. Бакиров // Материалы чтений посвященных 170-летию Н.А. Головкинского, 160-летию А.А. Штукенберга и 200-летию геологического музея, 2004. – Казань: изд-во Казанского ун-та, 2004. – с. 68 – 74.
   
3. Жаркова Н.И. Лёссовидные грунты г. Казани / Н.И. Жаркова, М.И. Гайсин, А.Р. Низамутдинова // «Вестник Татарстанского отделения Российской Экологической Академии» №2 (24) 2005, – Казань: «Экоцентр», 2005. - с. 8 – 12.
   
4. Zharkova N.I. Corrosive Characteristics of Soil in the Waterlogged Area of Kazan, Russia. // Georesources, Int. Jour. Of Sience. #1(9). – Heter Press, Kazan, 2005. – c. 44 – 45.
   
5. Жаркова Н.И. Куйбышевское водохранилище, как фактор, определяющий развитие экзогенных геологических процессов территории г. Казани. // Материалы III Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов». Владимир, 2005. – с. 415 – 418.
   
6. Жаркова Н.И. Экзогенные и инженерно-геологические процессы г. Казани. // Материалы научно-практической конференции «Экология города». Казань, 2005. – Казань: «Экоцентр», 2005. – с. 69 – 70.
   
7. Жаркова Н.И. Опасные экзогенные геологические процессы на территории г. Казани / Экология города Казани (коллективная монография) / Под ред. Проф. д.б.н. Н.М. Мингазовой, Казань, изд-во «Фен» Академии наук РТ, 2005 – 38 – 43 с.
   
8. Жаркова Н.И. Основные закономерности оврагообразования на территории г. Казани/ Н.И. Жаркова, Е.В. Куприянов // «Вестник Татарстанского отделения Российской Экологической Академии» №4 (26), 2005. – Казань: «Экоцентр», 2005. – с. 15 – 22.
   
9. Жаркова Н.И. Состав и свойства верхнепермского карбонатного элювия, как фактор формирования инженерно-геологических условий центральной части г. Казани / Н.И. Жаркова, Н.Н. Даровских, Р.К. Галеев // «Вестник Татарстанского отделения Российской Экологической Академии» №4 (26) ,2005. – Казань: «Экоцентр», 2005. - с. 22 – 25.
   
10. Жаркова Н.И. Закономерности формирования инженерно-геологических условий на территории г. Казани // Материалы уральской горнопромышленной декады, г. Екатеринбург, 3 – 13 апреля 2006. – Екатеринбург, изд-во УГГУ, 2006. – с. 120 – 121.