Породообразующие минералы и их химический состав
Так как все грунты образовались путем выветривания некоторых исходных материнских пород, целесообразно для лучшего их описания обратиться прежде всего к оценке свойств минералов, входящих в состав таких пород. Минерал представляет собой некоторое неорганическое вещество, имеющее определенный химический состав, свое особое строение молекул и, следовательно, специфические химические и физические свойства.
Наиболее важные физические свойства минералов — присущая им кристаллическая форма, цвет, твердость, спайность, блеск, преломление и удельный вес. Все эти свойства важны для идентификации минералов. Только два из них имеют отчасти прямой интерес с точки зрения фундаментостроения — удельный вес минералов и их твердость.
Удельный вес минералов влияет на удельный вес грунтов, связанных с ними, и в силу этого должен быть здесь отмечен. Под удельным весом минерала подразумевают отношение веса единицы объема этого минерала к весу такого же объема воды. Другими словами, он выражает плотность минерала по сравнению с плотностью воды. Удельный вес большинства породо- и грунтообразующих минералов изменяется в относительно узких пределах — от 2,5 (некоторые полевые шпаты) и 2,65 (кварцы) до 3,5 (авгит или оливин). Удельный вес гипса имеет наименьшее значение — 2,3, а соли NaCl—2,1. Удельный вес некоторых окислов и гидроокислов железа может быть значительно больше, например удельный вес магнетита равен 5,2.
Твердость минералов определяется по сопоставлению с минералами, являющимися в этом отношении эталоном. Эти минералы расположены в возрастающем порядке по твердости в приводимой ниже шкале.
Современные концепции физической химии в отношении структуры минералов и характера связанных с ними химических преобразований будут освещены ниже в связи с рассмотрением вопроса о химизме грунтов.
Некоторые осадочные горные породы, например песчаники, менее поддаются химическому выветриванию, чем большинство изверженных пород. Это в значительной степени зависит от того факта, что они уже являются продуктом химического выветривания этих пород. Песчаники, сцементированные кремнистым веществом (белого или серого цвета), не вскипают при воздействии на них соляной кислоты (HCl) и в этом отношении особенно устойчивы. Песчаники, сцементированные известковистым веществом (белого или серого цвета), вскипающим при воздействии на породу соляной кислоты, а также окислами железа (красного цвета), менее устойчивы, так как цементирующие их материалы могут выветриваться, растворяться в воде и уноситься прочь.
Иногда продукты выветривания коренной породы остаются на месте. Такие отложения называются остаточными. Часто случается, что встреченные при экскавации котлованов под плотины или при проходке туннелей изверженные и метаморфическйе породы (например, гранит, сланец), даже перекрытые мощной толщей покровных отложений, могут оказаться выветрелыми на значительную глубину и настолько малопрочными, что не могут служить непосредственным основанием для сооружений и подлежат съему. Такое положение может иметь место, когда выветривание носит чисто химический характер и вызывается длительным воздействием на породу просачивающейся через нее по трещинам грунтовой воды, обогащенной углекислотой. Такое длительное просачивание воды и такой характер выветривания особенно часто возникают по пластовым трещинам в толще карбонатных пород при их падении в сторону тектонических разломов, облегчающих отвод воды из толщи.
В поверхностных зонах физическое и химическое выветривание зачастую проявляются одновременно. Продукты такого выветривания обычно также не остаются на месте и сносятся под воздействием сил тяжести, текущей воды, ветра или ледников.