Грунтоведение

Что такое грунтоведение и грунт?

«Занимательное грунтоведение» задумано автором как третья  книга, повествующая о новых разделах геологии, сформировавшихся и развившихся в XX в.

В ней идет речь о грунтоведении — науке, еще сравнительно малознакомой широкой публике.

Изучение грунтов имеет большое значение в выполнении целого ряда задач, поставленных XXVI съездом КПСС. Так, их исследование необходимо для решения проблемы развития железнодорожных и автодорожных магистралей, освоения морского шельфа, возведения тепловых, атомных и гидроэлектростанций, сельскохозяйственной мелиорации, промышленного и гражданского строительства, а также для других целей.

Задача книги — в занимательной форме рассказать читателю об этой части инженерной геологии и постараться возбудить1 к ней интерес; показать внутренние причины и движущие силы ряда природных явлений и процессов, встречающихся в повседневной жизни; познакомить с особенностями грунтов, определяющих решение многих вопросов освоения земной коры для нужд человечества.

Грунтоведение в настоящее время составляет важнейшую часть комплекса наук, объединяемых инженерной геологией. Поэтому в тексте неизбежна встреча с некоторыми общими вопросами, частично рассмотренными в ранее вышедшей книге автора «Занимательная инженерная геология» [8].

В старинной русской сказке повествуется о том, что претендентам на руку царевны было предложено ответить на три вопроса. Первый из них: «Без чего человек не может жить?»

Выступил сказочно богатый принц с Востока и сказал: «О, великий царь, без золота и алмазов жить на свете нельзя».

Принц с Запада утверждал, что существование царства невозможно без железа и меча.

Третий претендент уверял: «Жизни не может быть без царя».

В конце концов, вышел из толпы простой, крестьянский паренек Иванушка и дал правильный ответ: «Жить нельзя без воды, воздуха и земли». Мудрецы согласились с ним.

На второй вопрос: «Чего больше всего на Земле?» высокородными гостями были высказаны разные мнения. Однако верным оказался лишь ответ Иванушки: «На Земле больше всего капель воды и зерен песка и глины».

Последний вопрос гласил: «Что является нашим домом?» Вспоминали все: и роскошные дворцы, и неприступные крепости, и даже бедные хижины. Один Иванушка сказал: «Наш дом — Земля. На ней мы рождаемся, живем и умираем».

Мудрость ответов Иванушки очевидна. Все живое на Земле помещается в экосфере ( 1). Если перевести это греческое слово, то «oiKos» означает — дом, жилище. Сама эта сфера, или оболочка, жизни достаточно тонка. Она включает нижний слой атмосферы, водную оболочку и верхнюю часть земной коры.

Важнейшей составляющей экосферы является поверхностная часть земной коры. Здесь развиты почвы, которые дают пищу человечеству. Мы живем и работаем на поверхности Земли, сложенной различными грунтами — горными породами. Можно образно сказать, что грунты служат полом нашего общечеловеческого дома. Именно они несут бесчисленные жилые здания, заводы, дороги, плотины... В них мы строим метро и склады, из них черпаем материалы для строительства.

Что же такое грунт? Напрашивается естественный вопрос: «Зачем называть один и тот же камень то горной породой, то грунтом?»

Давайте разберемся. Дело в том, что понятие «грунт» появилось в России во времена Петра I. Тогда делались первые попытки соединить каналом Волгу с Балтийским морем и началось строительство новой столицы государства российского — Санкт-Петербурга. Этот термин понравился, был быстро подхвачен строителями и вошел в обиход.

После Великой Октябрьской социалистической революции наша Родина превратилась в обширную стройку: начали создаваться электростанции, новые города, масса предприятий, железные и автомобильные дороги, рукотворные моря. Возникла острая необходимость в широком освоении верхней части земной коры. Потребовалось познать многое из того, чего раньше не знали о составе, строении и связанных с ними свойствах земных слоев.

Еще в двадцатые годы было уточнено, что понимать под словом «грунт». Теперь мы называем грунтом любые образования, слагающие поверхность. Это чаще всего горные породы, осадки морей, озер и рек, а уже потом — разные искусственные материалы, начиная от шлаков, зол, строительного мусора и кончая мусором свалок, образованных бытовыми и промышленными отходами.

В геологии есть науки (они носят названия петрография, минералогия, литология), изучающие главным образом твердую минеральную часть горных пород.

В отличие от них молодая наука, названная «грунтоведением», исследует грунты как образования, состоящие из твердой, жидкой и газообразной частей. В ней горные породы изучаются как среда, в которой живет и на которой строит человек.

Конечно, в грунтоведении широко используются достижения петрографии, минералогии, литологии. Однако главное внимание уделяется специальному изучению свойств и особенностей грунтов, которые нужно знать, чтобы использовать их для нужд человека. Таким образом, грунтоведение является наукой, изучающей грунты как важнейшую часть среды обитания человека. Но это еще не все. Грунтовед ищет и находит пути изменения их свойств, он разрабатывает мероприятия по сохранению природной грунтовой среды.

Грунтоведение своими глубокими корнями уходит в геологические, физико-математические и современные технические отрасли знания, поэтому его развитие и началось в XX в., когда эти отрасли достигли соответствующего уровня.

Калифорния — жемчужина Соединенных Штатов Америки. Здесь живописные тихоокеанские берега покрыты буйной субтропической растительностью, а склоны невысоких Береговых гор, в некоторых местах буквально спускающихся в океан, приятно разнообразят и украшают местность. Эти горы влияют на климат района, задерживая часть влажных масс воздуха, двигающихся на континент с океанских просторов.

Лос-Анджелес — один из крупнейших культурных и промышленных центров Калифорнии. Сельское хозяйство, развитое в районах, окружающих этот город, основано на орошаемом земледелии. Лос- Анджелес серьезно страдает из-за сухости климата и недостатка питьевой воды. В настоящее время он получает воду более чем по 400-километровому акведуку из оз. Оуэне и р. Колорадо.

Поэтому становится понятным стремление к созданию в районе искусственных водохранилищ. Одно из них было образовано путем постройки плотины Сент-Френсис, перегородившей узкий Сан-Фран- цисский каньон. Место было выбрано удачно. Бетонная плотина длиной 213 м преградила путь воде — и возникло водохранилище глубиной до 60 м. Но радость была непродолжительной. Плотина просуществовала менее года. В мартовскую ночь неожиданно раздался грохот и без всяких видимых причин правая и левая части сооружения обрушились. В образовавшиеся разломы хлынул мощный поток воды. Возникшая волна высотой более 25 м, сметая все на своем пути, понеслась по долине. Вода сносила фермы, дома и другие постройки. Обломки плотины были обнаружены на километр ниже первоначального положения. Эта катастрофа привела к гибели более 400 человек и принесла убытки, превосходящие 11 млн, долларов.

Причиной ее была ошибка в оценке грунтов, на которых стояла плотина. В основании плотины лежала толща конгломератов (сцементированной обломочной породы) и трещиноватых сланцев. И те, и другие обладали высокой водопроницаемостью. К этому еще прибавилась неправильная оценка свойств конгломератов. В сухом состоянии они казались прочными и твердыми. Когда же в них попала вода, они превратились в рыхлое, скользское скопление гравия, гальки, глины и песка.

Строительная летопись пестрит описаниями тяжелых аварий плотин. Катастрофа Бузейской плотины в Вогезах (Франция) унесла 150 жизней, поток на своем пути полностью уничтожил четыре деревни. Причина этой аварии тоже заключалась в ошибочной оценке свойств глины, лежавшей в основании сооружения» В результате под действием воды грунт размягчился, и плотина сползла по мягкому ложу вниз по уклону долины.

Бетонная плотина у р. Аустина в Пенсильвании (США) просто рухнула. Образовавшийся при этом поток привел к гибели около 100 человек. Как удалось установить, основной причиной катастрофы оказался неправильный учет водопроницаемости песчаников и размягчения глинистых сланцев. В итоге хлынувшая по порам и трещинам пород вода разрушила грунт и привела к несчастью ( 2),

После второй мировой войны самая крупная катастрофа в Европе связана с разрушением плотины Мальпассе. Она была построена в Провансе около г. Фрежюса (Франция). Высота сооружения 66,5 м. Катастрофа произошла в 1959 г, после сильных затяжных дождей. В ночное время плотина сдвинулась и бешеный водоворот разорвал ее. Обломки — многотонные блоки — были увлечены водой на сотни метров вниз по долине. Образовавшийся поток ворвался в селения и городок, расположенные по берегам, Люди, мирно спавшие в своих домах, были застигнуты врасплох. В результате число жертв оказалось более 1000 человек. Причины случившегося изучал ряд комиссий. Был даже суд над фирмой и автором проекта. Но все закончилось их оправданием. Автору этой книги удалось побывать на месте катастрофы. Небольшой осмотр показал, что в этом случае она была связана с недоучетом сланцеватости и трещиноватости грунтов, на которых была построена плотина.

Нередки случаи, когда недостаточный учет свойств грунтов приводит к разрушению жилых зданий и промышленных сооружений.

Все эти примеры говорят о том, что грунты требуют к себе серьезного отношения и не прощают легкомысленности.