Введение к работе
Актуальность проблемы. Промышленно-хозяйственное освоение территорий неизбежно влечет за собой нарушение баланса компонентов природной среды. В результате изменяется режим подземных вод, увеличивается влажность массивов глинистых пород, может происходить их подтопление, сопровождаемое набуханием грунтов в основаниях сооружений и образованием оползней на склонах.
Сарматские отложения достаточно широко распространены на территории России и в сопредельных странах и находятся в пределах глубин активной зоны фундаментов инженерных сооружений на территории от Карпат до Прикаспия. Наибольшую проблему для строительства представляют набухающие глины, относящиеся к структрурно-неустойчивым грунтам, которые при изменении влажности меняют свои строительные свойства. При увлажнении глин и длительном их взаимодействии с водой изменяются почти все свойства, существенно повышается сжимаемость и уменьшается прочность. Следует отметить, что в настоящее время отсутствует единая общепринятая методика прогнозирования показателей свойств глин в основаниях инженерных сооружений при их увлажнении и длительном взаимодействии с водой, сопровождаемым диффузионным выщелачиванием. Методы прогноза прочности глин на основе их кратковременного замачивания, применяемые в проектно-изыскательных организациях, не могут обеспечить надежные значения показателей удельного сцепления и угла внутреннего трения, т.к. не учитывают изменения состава и свойств глин, происходящие в течение продолжительного времени взаимодействия последних с водой. Таким образом, в связи c вышеизложенным актуальность исследований заключается в том, что в результате будет разработана методика прогноза устойчивости сарматских глин в основаниях инженерных сооружений к длительному обводнению.
Цель работы. На основе анализа инженерно-геологических особенностей сарматских глин краевых прогибов юга Русской платформы и оценки изменчивости свойств при длительном воздействии воды, разработать методику прогноза показателей их прочности в основаниях инженерных сооружений. Для достижения поставленной цели автором определены следующие задачи.
1. Дать общую геологическую характеристику территории краевых прогибов юга Русской платформы.
2. Оценить палеогеографические условия накопления осадков и формирования сарматских глин.
3. Изучить состав и свойства сарматских глин двух опорных регионов: Центрального Предкавказья и Северного Причерноморья.
4. На основе анализа результатов лабораторных экспериментов с учетом опубликованных данных установить основные закономерности изменения состава и свойств сарматских глин при диффузионном выщелачивании.
5. Разработать методику прогноза показателей прочности сарматских глин при длительном воздействии воды.
Исходные материалы и личный вклад автора. При выполнении диссертационной работы использованы результаты лабораторных исследований глин, выполненные в разные годы в Институте геофизики и геологии АН Молдовы, институте «МолдГИИНТИз», различных проектных институтах Молдавии (г. Кишинев) и в Северо-Кавказском филиале ПНИИИСа (г. Ставрополь) при производстве инженерно-геологических изысканий на различных объектах и специальных работ по научно-исследовательской тематике. Кроме этого, использован обширный опубликованный материал.
Автором диссертационной работы непосредственно выполнены следующие исследования:
-
Статистический анализ показателей свойств сарматских глин из Центрального Предкавказья.
-
Проанализированы результаты изучения структурно-текстурных особенностей сарматских глин оптическими методами.
-
Проанализированы результаты лабораторных определений сейсмоакустических свойств грунтов и рассчитаны регрессионные зависимости скорости распространения продольных волн от показателей свойств глин.
-
Проанализированы результаты лабораторных исследований партии образцов глин при диффузионном выщелачивании.
-
Выполнены расчеты и составлены таблицы эмпирических вероятностей прогнозных факторов для обоснования использования метода вероятностных аналогий при прогнозировании прочности сарматских глин.
-
Проанализирован большой объем информации по геологии и свойствам пород.
Научная новизна результатов исследований заключается в следующем.
1. Установлено, что сарматские глины Центрального Предкавказья и Северного Причерноморья существенно различаются по основным показателям состава, состояния и физико-механических свойств.
2. Установлено, что для слабозасоленных сарматских глин, сформировавшихся в закрытом морском бассейне, направленность процессов диффузионного выщелачивания и изменение инженерно-геологических свойств определяется количеством пирита, а так же средне- и слаборастворимых солей.
3. На примере сарматских глин доказана применимость метода вероятностных аналогий для прогноза прочности глин, подвергающихся длительному диффузионному выщелачиванию.
Практическое значение работы заключается в следующем.
1. Разработана методика прогноза показателей прочности сарматских глин Северного Причерноморья в основаниях инженерных сооружений при длительном воздействии воды, которая может найти свое применение при проектировании оснований и фундаментов инженерных сооружений на участках распространения сарматских глин на территории Украины и Молдовы.
2. Установлено, что для разработки метода прогноза прочности сарматских глин Центрального Предкавказья исследования должны быть продолжены, так как глины данного региона существенно отличаются по основным показателям состава и свойств от сарматских глин Северного Причерноморья.
3. Дана количественная оценка общей и остаточной прочности сарматских глин, предложены регрессионные зависимости для прогноза остаточной прочности глин на оползневых территориях.
4. Получены скоростные характеристики распространения сейсмоакустических волн и выявлена их связь с показателей свойств для сарматских глин природного сложения и влажности, после длительного диффузионного выщелачивания и «бесструктурных» образцов. Эти данные могут найти свое применение при оценке сейсмических свойств грунтов на сейсмоопасных территориях юга России и сопредельных государств.
Кроме этого, ряд теоретических положений и методических разработок диссертации, используются автором при проведении занятий в университете со студентами, изучающими дисциплины инженерно-геологического и гидрогеологического циклов.
На защиту выносятся следующие положения.
1. Основными факторами, определившими различия в показателях состава и свойств сарматских глин Центрального Предкавказья и Северного Причерноморья явились: генетические – различная соленость Сарматского моря в его восточной и западной частях и зональные климатические – различная степень увлажнения территории в послесарматское время.
2. Направленность химических процессов, обуславливающих различное изменение состава и свойств слабозасоленных сарматских глин Северного Причерноморья при диффузионном выщелачивании, определяется степенью их выветрелости и различным содержанием в исходном состоянии пирита.
3. Прогноз показателей прочности сарматских глин, подверженных длительному воздействию воды в основании инженерных сооружений, может осуществляться методом вероятностных аналогий с использованием типизации глин по устойчивости к обводнению и расчитанных автором эмпирических оценок вероятностей прогнозных признаков для территории – аналога.
Достоверность научных положений и выводов обеспечена большим количеством фактических данных, полученных в метрологических аттестованных лабораториях АН Молдовы, институте МолГИИНТИз, СКФ ПНИИИС, статистически представительными выборками данных, корректным применением методов обработки инженерно-геологической информации и непротиворечивостью основных выводов и полученных автором результатов по объектам диссертационных исследований.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 12 научных работах, в том числе 4 – в изданиях рекомендованных ВАК РФ. Апробация работы осуществлена на 6 научных форумах. Материалы исследований обсуждались на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства» (Пенза, 2007г); Ежегодной студенческой научно-технической конференции ВолгГАСУ (Волгоград, 2007г); Ежегодной научно-практической конференции профессоро-преподавательского состава и студентов ВолгГАСУ (Волгоград, 2008г); Ежегодных чтениях в РАН (Сергеевские чтения) 2008г, 2009г; V Международной научно-технической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» (Волгоград, 2009г); Международной научной конференции в МГУ «Актуальны вопросы инженерной геологии и экологической геологии» (Москва, 2010г).
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 134 машинописных страницах, состоит из введения, 6 глав, заключения и списка литературы из 124 наименований, содержит 17 рисунков и 27 таблиц.
Похожие диссертации на Инженерно-геологические особенности сарматских глин краевых прогибов юга Русской платформы
