Введение к работе
Актуальность работы. Набухающие глинистые грунты занимают значительную часть территории Центрального Предкавказья.
Анализ материалов исследований свидетельствует, что методика изучения набухания и усадки, утвержденная нормативами и стандартами для изысканий в строительстве, не всегда позволяет получить достоверные данные. Практически неизученными остаются вопросы прогноза изменения прочностных и деформационных свойств набухающих фунтов при их взаимодействии с грунтовыми водами различного состава, часто загрязненными различными промышленными и бытовыми стоками. Не учитывается в практике строительства и степень реализации деформаций набухания на подтопленных территориях, где уже максимально набухшие грунты могут быть ошибочно отнесены к ненабухающим. Для предварительной оценки набухающих грунтов и их типизации различные исследователи предлагают разнообразные показатели и критерии, однако полученные по ним результаты дают между собой существенные расхождения.
Цель работы заключалась в установлении и уточнении основных закономерностей процессов набухания и усадки при воздействии природных и техногенных факторов, использовании этих закономерностей для типизации набухающих грунтов Центрального Предкавказья и прогноза их возможных деформаций. Главное внимание уделялось решению следующих задач:
1) выявить основные закономерности взаимодействия глинистых грунтов с грунтовыми водами и промстоками различного состава;
-
оценить применимость различных показателей и критериев для прогноза набухания и усадки глинистых грунтов;
-
установить взаимосвязь кинетики и абсолютной величины набухания и разработать методику ускоренного определения набухае-мости глинистых грунтов;
4) провести типизацию глинистых грунтов Центрального Предкавказья на основе полученных взаимосвязей и закономерностей.
Научная новизна работы.
1 .Проанализированы типичные методологические и методические погрешности при моделировании процессов набухания и усадки и даны рекомендации по их устранению.
2.Разработана методика исследования инженерно-геологических свойств глинистых грунтов при их взаимодействии с промстоками.
З.Получены новые экспериментальные данные по изменению cocia-ва и свойств глин при их диффузионном выщелачивании, фильтрационном взаимодействии с водой, растворами поверхностно-активных веществ (ПАВ), щелочей (едкий натр), кислот (серной, соляной, фосфорной, уксусной), солей (фосфат натрия ), окислителей (бихромат калия) различных концентраций.
4,Выявлены закономерности изменения свойств глинистых грунтов в процессе набухания в зависимости от их исходного состава и состояния и от вида и концентрации взаимодействующего раствора.
5.Разработана методика ускоренного определения характеристик набухания глинистых грунтов по кинетике начальной стадии набухания на основе математической модели.
б.Установлены прогнозные региональные зависимости между различными параметрами набухания, характеристиками прочностных и деформационных свойств и показателями состава глинистых грунтов.
7. Для характеристики набухающих грунтов предложен показатель потенциала набухания и усадки, представляющий разницу между пористостью набухшего и усевшего грунта.
8.Разработана типизация глинистых грунтов по их способности к набуханию и усадке (на примере глин Центрального Предкавказья).
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Использование типизации глинисгых грунтов и установленных региональных зависимостей позволяет прогнозировать с достаточной точностью изменение инженерно-геологических свойств набухающих грунтов, что повышает качество строительства и сокращает затраты на ремонт зданий и сооружений. Основные положения и выводы, изложенные в диссертационной работе, использованы при разработке рекомендаций и составлении отчётов по НИР, выполнявшимся в СКФ ПНИИИС в 1984- 1995 годах. Результаты исследований внедрены в практику строительным отделом и отделом охраны природы Не-винномысского ПО"Азот", коммунальной службой г. Невинномысска и акционерным обществом "СтавропольТИСИЗ". Основные защищаемые положения:
установлено, что при концентрациях взаимодействующих растворов различного состава до 0,5 н не происходит заметных трансформаций глинистых минералов, но разлагаются их кристаллическая решетка и образуются аморфные окислы алюминия и кремния;
глины каолинитового состава сорбируют ПАВ меньше, чем глины монтмориллонитового состава; максимальная сорбция наблюдалась для катионактивных ПАВ, минимальная — для анионактивных ПАВ;
при децинормальной концентрации растворов различного состава их воздействие на грунты изменяло способность к набуханию, что приводило к изменению плотности, а изменение плотности являлось главным фактором, вызывающим изменение прочностных и деформационных свойств глинистых грунтов;
по влиянию на набухаемость грунтов изученные промстоки делятся на две группы: растворы серной кислоты, натриевой щелочи и натриевой соли фосфорной кислоты влияют на неё сильнее, чем растворы фосфорной, уксусной кислоты и бихромата калия;
установлена тесная связь между пористостью естественного и набухшего грунта;
разработана типизация набухающих глинистых грунтов Центрального Предкавказья по потенциалу набухания- усадки, не зависящему от степени реализации каждого из этих процессов.
Исходные данные и личный вклад автора. В основу работы положены материалы, полученные в результате исследований состава и свойств грунтов при непосредственном участии автора в полевых и лабораторных исследованиях, проведенных в рамках плановых тем Северо-Кавказского филиала ПНИИИС (темы 1.24.Н1; 1.2I.H1, госрег. № 01860100945; госзаказ № 06-0421-88) в течении 1984-1988 г.г. и ряда хоздоговорных работ за период с 1984 по 1994 г.г. С 1987 года автор осуществлял непосредственное методическое руководство работами по изучению особенностей набухающих глин Центрального Предкавказья в СКФ ПНИИИС.
Автором выполнена большая часть экспериментов по изучению влияния различных факторов на набухание и усадку глинистых грунтов, результаты экспериментов обобщены, проанализированы.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на: конференциях молодых ученых и специалистов ПНИИИС (Москва, 1985-1989 г.г.), XIV Всесоюзном совещании "Глинистые минералы и породы, их использование в народном хозяйстве" (Новосибирск, 1988г.),Всесоюзном семинаре "Математические методы в гидрогеологии" (Душанбе, 1988г.), научно-практической конференции "Эффективность, качество инженерно-геологических изысканий и охрана геологической среды в новых условиях хозяйствования" (Свердловск, 1989), II республиканской конференции молодых исследователей "Молодежь и современная наука" АН МССР (Кишинев, 1989), VI Международном конгрессе МАИГ (Амстердам, 1990), Международном симпозиуме по предотвращению опасных геологических
процессов (Пекин, 1991), III Международной конференции
"Циклические процессы в природе и обществе" (Ставрополь, 1995), Международном симпозиуме "Инженерная геология и окружающая среда" (Афины, 1997 ; тезисы приняты к печати).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, изданных в 1986-1995 г.г, 2 работы находятся в печати.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 111 наименований и приложения, включающего справки о внедрении результатов исследований, общим объемом 121 стр., иллюстрирована 6 рис. и 23 таблицами.
Автор искренне благодарен научным руководителям: академику РАН, доктору геол.-мин. наук, профессору В.И.Осипову и кандидату химических наук, старшему научному сотруднику С.И.Пахомову за помощь в выборе направления научной работы, за постоянное внимание и детальное обсуждение результатов исследований.
Автор признателен Б.Ф.Галаю, С.Д.Филимонову, В.П.Перцеву, Н.К.Никитину, А.Н.Силантьеву, Ю.А.Балакину, В.И.Тнрановой, Н.И.Порохня, Л.Н.Михайловой, Э.В.Жировой, В.И.Борсяк и др.
