Отложения материкового склона образуются на глубине от 200 до 2500 м и занимают около 15 % площади Мирового океана. Они представлены различными минеральными илами, которые после уплотнения образуют толщи глин. В наиболее глубокой части склона накапливаются органические илы.
В ложе Мирового океана на глубинах от 2500 до 6000 м и в глубоких впадинах свыше 6000м отлагаются глубоководные отложения, представляющие собой скелетные образования микроскопических растений и животных и образующие диатомовый, радиоляриевый, глобогериновый и другие илы. После уплотнения и преобразования они превращаются в толщи известняков, мела, диатомита, трепела, красных глубоководных глин и др.
Вместе с минеральными частицами вода сносит в море в растворенном состоянии также большое количество различных химических веществ. Некоторые из них в результате химического воздействия друг с другом образуют осадки, с образованием новых минералов (известковый шпат, доломит и др.); другие выпадают в осадок вследствие повышения концентрации раствора при испарении воды (каменная соль, гипс); третьи поглощаются живущими в морской воде животными и растениями. Некоторая же часть солей остаётся в морской воде в растворенном состоянии.
В морской воде в среднем содержится 3,5 % легкорастворимых солей, причем почти треть этого количества составляет хлористый натрий.
Отложение легкорастворимых в воде солей чаще всего происходит в лагунах, т.е. мелководных частях океана (моря), отгороженных от него песчаными косами и соединяющихся с ними узким проливом или проливами. Концентрация солей в воде лагун в результате испарения увеличивается и с течением времени достигает предела растворимости. Часть солей при этом переходит в осадок, образующийся на дне. Во время приливов или волнений на море в лагуну попадают новые порции морской воды, которые снова подвергаются процессу испарения, концентрации и отложения солей. Примером такого процесса может служить залив Кара-Богаз-Гол на Каспийском море.
Содержание солей в воде залива в несколько раз выше, чем в морской воде. По берегам и на дне залива откладываются глауберова (мирабилит) и поваренная соли, гипс, карбонаты кальция и магния.
Мощность морских солевых отложений, образовавшихся в древние геологические периоды, может быть весьма большой.
Область мелководного моря (шельфа) населена множеством разнообразных животных и растительных организмов. Некоторые из них в связи с частыми волнениями моря прикрепляются к морскому дну, например кораллы, губки, мшанки и др.
Многие морские животные, а также известковые водоросли в процессе жизнедеятельности потребляют из морской воды для построения своих наружных и внутренних скелетов (раковины, скорлупки, кости, зубы, иглы и т.д.) углекальциевую соль. После отмирания организмов твердые известковые остатки накапливаются на морском дне, образуя новые отложения. Примером такого рода образований может служить толща ракушки на берегу Азовского моря.
Уплотнение известковой массы, а в последующем ее кристаллизация и химические изменения приводят к образованию известняков. Такие породы часто отличаются высокой прочностью и широко используются в дорожном строительстве.
5. Влияние поглотительной способности грунтов на их строительные свойства
Одной из наиболее характерных особенностей грунтов, содержащих тонкодисперсные частицы, является их способность поглощать другие вещества из окружающего раствора. При этом задерживаются не только растворенные, но и взмученные в воде вещества, приходящие в соприкосновении с частицами.
Тонкодисперсная часть грунтов, обладающая поглотительной способностью, тесно связана с поверхностью более крупных частиц грунта и не может быть отделена от них механически.
В природе грунтовые частицы с чистыми поверхностями почти не встречаются. Обычно отдельные более крупные частицы или микроагрегаты из более мелких частиц как бы покрыты пленкой различных коллоидов. Отделить эти пленки, не нарушая при этом целостности и физических свойств частиц грунта, невозможно.
По этой причине коллоидные вещества, распределяясь равномерно по всей массе грунта, соединяются с более крупными частицами и придают ему свойства, присущие коллоидным системам. Чем выше содержание глинистых частиц в грунте, тем большее влияние оказывают эти особенности на физические, механические, физико-химические и химические свойства грунтов.
В зависимости от способа поглощения веществ из растворов советский ученый академик К.К. Гедройц выделил следующие виды поглотительной способности грунтов: 1) механическую, 2) физическую, 3) физико-химическую, 4) химическую, 5) биологическую.
Механическая поглотительная способность связана с пористостью грунта и выражается в его способности задерживать при фильтрации частицы, взмученные в воде. При этом задерживаются не только частицы, размер которых превышает диаметр пор, но и более тонкие, попавшие в замкнутые или искривленные поры. Как указывает М.М. Филатов, механическое поглощение играет важную роль в заиливании пористых водопроницаемых грунтов, например песка в основании дорожных одежд.
Физическая поглотительная способность грунтов связана с наличием свободной энергии на поверхности соприкосновения их частиц с водой или водными растворами и с явлениями поверхностного натяжения. Она выражается в увеличении или, наоборот, уменьшении концентрации на поверхности грунтовых частиц молекул различных соединений, растворенных в воде. При этом происходит уменьшение свободной поверхности энергии дисперсной системы. В результате физического поглощения на поверхности грунтовых частиц образуются адсорбционные пленки из молекул, поглощенных из раствора, свойства которых в значительной мере влияют на устойчивость грунта в целом.
Физическое поглощение органических соединений из битумных или дегтевых материалов придает грунтам несмачиваемость водой (гидрофобность) и вызывает повышение их связности.
Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность имеет особенно важное значение. В результате ее проявления грунт резко меняет химические, физические и механические свойства. Обменная способность заключается в том, что грунты обладают свойством обменивать в эквивалентных соотношениях поглощенные на поверхности тонких частиц катионы на катионы растворов, приходящих с ними в соприкосновение. Этот процесс катионного обмена широко распространен в природных условиях и приводит к резкому изменению физико-механических свойств грунтов в зависимости от состава веществ, находящихся в грунтовом растворе. Физико-химическое поглощение играет исключительно важную роль при решении вопросов, связанных с укреплением грунтов различными веществами.
Минеральная и органическая части грунтов содержат вполне определенное число катионов, способных к подобному обмену. Их сумму, выраженную в эквивалентах какого-либо катиона, называют емкостью обмена. Приведем примеры влияния обменной поглотительной способности грунтов на их свойства.
Если в грунтах имеются обменные катионы щелочных металлов Na+, K+, то при избытке влажности растворы приобретают щелочную реакцию. В этих условиях отрицательно заряженные коллоиды, чаще всего присутствующие в грунтах, как бы стабилизируются в состоянии золя, становятся более устойчивыми. Так, солонцы, т.е. почвы, содержащие обменный натрий, при увлажнении быстро размокают, делаются липкими, теряют несущую способность, сильно набухают и т. п. Налицо резкое изменение физических свойств в худшую сторону.
В грунтах, насыщенных двухвалентными катионами Са²+, Mg²+, например в лёссах и типичных черноземах, коллоиды наоборот находятся в свернутом (коагулированном) состоянии и трудно переходят в состояние золя.
Химическая поглотительная способность выражается в поглощении растворимых веществ из раствора с образованием в грунтах нерастворимых или малорастворимых солей, что играет большую роль при их укреплении цементами, известью или другими веществами.
Биологическая поглотительная способность приводит к обогащению грунта (почвы) веществами, накапливаемыми в процессе жизнедеятельности макро- и микроорганизмов. Биологическое поглощение является важнейшим элементом почвообразовательного процесса и оказывает большое (преимущественно отрицательное) влияние на свойства грунта, важные для строителей. В этом случае глинистые грунты сильно набухают и становятся практически непроницаемыми.
6. Операционный контроль влажности грунта
Влажностью грунта называют количество (в %) содержащейся в нем воды по отношению к абсолютно сухой массе. Влажность грунта - величина переменная и может колебаться в широких пределах. Чем более мелкозернист грунт, тем в более широких пределах может изменяться его влажность. Влажность является важной характеристикой состояния грунта. Определяют ее, руководствуясь ГОСТ 5180-75.
Порядок определения. Влажность обычно определяется весовым методом, т.е. путем определения потери массы при высушивании навески грунта в следующем порядке: 1) взвешивают бюкс; 2) в бюкс помещают пробу влажного грунта массой 10-20 г; 3) бюкс с влажным грунтом взвешивают с точностью до 0,01 г; 4) взвешенный бюкс с грунтом при открытой крышке устанавливают в сушильный шкаф, отрегулированный на нагрев до 105°С; пробу грунта выдерживают в шкафу при этой температуре в течение 5 ч; 5) по истечении срока сушки бюкс с высушенным грунтом закрывают крышкой и переносят для остывания до комнатной температуры в эксикатор с хлористым кальцием; 6) охлажденный бюкс с грунтом снова взвешивают.