Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Роль геоэкологических факторов в формировании плывунности песчаных грунтов

Специальности: 25.00.36 - Геоэкология; 25.00.08 - Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение.

Лебедева Мария Дмитриевна

Москва 2009



Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете

Научный руководитель: доктор технических наук, академик РАЕН, профессор Потапов Александр Дмитриевич,

Научный консультант: кандидат геолого-минералогических наук, профессор Платов Николай Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Щербина Елена Витальевна;

доктор геолого-минералогических наук, профессор Вознесенский Евгений Арнольдович.

Ведущая организация: ГУП «Мосгоргеотрест»

Защита состоится 02.10.09г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 212.138.07 в ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете по адресу: 129337 Москва Ярославское ш., д.26, в зале Ученого совета тел/факс +7 499 188 15 87

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета.

Автореферат разослан 31 августа 2009г

Ученый секретарь

диссертационного совета Потапов А.Д.



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Геологическая среда в ряду жизнеобеспечивающих геосфер во многом определяет функционирование и изменения урбанизированных территорий. Геологическая среда территории г. Москвы за историю хозяйственного использования испытывала разнообразные техногенные воздействия. В пределах жилой застройки подземное пространство города пронизано густой сетью подземных коммуникаций, которые наряду с другими факторами вызывают подтопление территорий, нагрев грунтов, химико-биологическое загрязнение грунтов и вод, а также оказывают и другие техногенные воздействия. В результате геологическая среда претерпевает серьезные изменения, что для нее характеризуется как техногенез, одним из определяющих факторов которого является строительство. При этом скорость техногенной трансформации геологической среды настолько велика, что за очень короткое время могут измениться многие показатели свойств грунтов, что отмечено рядом исследователей (Королев, Воронкевич, Кошелев)

Чрезвычайно актуальна, как с геоэкологической, так и инженерно-геологической точек зрения, проблема надежной оценки способности песчаных грунтов переходить в текучее состояние в условиях техногенных воздействий в силу того, значительные территории, сложенные песчаными грунтами находятся в сфере инженерно-геологической деятельности человека. Расширение спектра и увеличение интенсивности техногенных воздействий на геологическую среду способно нарушить устойчивость инженерных сооружений под влиянием геологических процессов.

Плывунность - это способность песчаных грунтов переходить в текучее состояние под действием различных воздействий: динамических, гидродинамических, механических. Плывунные свойства песков осложняют реализацию строительных проектов. По этому вопросу накоплен определенный материал. Но ряд вопросов изучен еще недостаточно и требует специальных исследований, поскольку имеющиеся сведения носят разрозненный характер и пока не позволяют представить целостную картину возможных путей формирования плывунных свойств. Это определило необходимость исследования плывунности песчаных грунтов различного генезиса строения и состава в условиях техногенных воздействий.

Цель и задачи работы. Целью настоящей диссертационной работы является изучение роли геоэкологических факторов в формировании плывунных свойств песков различного генезиса, обладающих особенностями состава и строения. песок грунт плывунный

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Оценка степени влияния состава и структуры грунтов на формирование плывунных свойств, по результатам экспериментальных исследований и анализа литературных и фондовых материалов.

2. Изучение наиболее характерных геоэкологических воздействий и их источников в пределах городской застройки и промышленных зон, наиболее значимых по степени влияния на структурные особенности песков.

3. Анализ и обобщение данных собственных инженерно-геологических изысканий, а также исследований других авторов о реакции песков на отдельные геоэкологические воздействия: увлажнение, нагревание и химическое загрязнение.

4. Изучение закономерностей влияния геоэкологических факторов (подтопления, нагревания и химического загрязнения) на плывунность песчаных грунтов различного генезиса по данным инженерно-геологических изысканий и лабораторных испытаний.

5. Разработка рекомендаций по инженерно-геологическим изысканиям с целью выявления плывунных свойств песчаных грунтов.

Научная новизна.

1. В результате комплексной оценки состава и структуры песков различного генезиса подтверждена их определяющая роль в формировании плывунных свойств.

2. Выявлены геоэкологические факторы, такие как подтопление, нагрев, засоление грунтов и оценена их роль в формировании плывунности песчаных грунтов различного генезиса.

3. Разработаны рекомендации по инженерно-геологическим изысканиям песков для выявления песчаных грунтов обладающих плывунностью.

Практическое значение работы заключается:

1. В установлении ряда обязательных при изысканиях показателей состава, строения и состояния грунтов, диктующих проявление плывунных свойств..

2. В определении качественного и количественного диапазона характеристик песчаных грунтов, определяющих их плывунность.

3. В выявлении группы геоэкологических факторов (подтопление, загрязнение подземных вод, термическое воздействие), формирующих плывунность песчаных грунтов.

4. В разработке рекомендаций по оценке плывунности песчаных грунтов при инженерно-геологических изысканиях.

Защищаемые положения:

1.Разработанная комплексная методика оценки плывунности песков в зависимости от состава, структуры, состояния и свойств песков.

2. Геоэкологические воздействия - подтопление, температура и засоление грунтов, приводят к радикальным изменениям в составе, структуре и свойствах грунтов.

3. Увлажнение и увеличение температуры грунта способствуют плывунности песков; засоление, чаще всего, наоборот, приводит к упрочнению песчаных грунтов за счет образования новых структурных связей.

4. При изменении состава грунтовых вод сформированные структурные связи могут разрушаться.

5. Интенсивность влияния изученных геоэкологических факторов на плывунность зависит от генезиса песков, что объясняется особенностями химико-минерального состава и морфологией песчаных грунтов.

6. Рекомендации для инженерно-геологических изысканий по выявлению песчаных грунтов, обладающих плывунностью.

Публикации. Основные положения и выводы работы были изложены в 6 публикациях, из них 3, в рекомендованных ВАК журналах

Апробация работы. Результаты доложены на Конференции молодых ученых МГСУ «Строительство - формирование среды жизнедеятельности», 2005, «3-и и 4-е Денисовские чтения 2005, 2008гг.» и семинарах кафедры Инженерной геологии и геоэкологии.

Фактический материал и личный вклад автора. Работа основана на теоретических разработках, обобщении литературных и фондовых источников, результатах экспериментальных исследований, выполненных лично автором на кафедре ИГиГЭ МГСУ. Основные положения работы и ее выводы основываются на результатах исследований, выполненных на 63 образцах природных песков разных генетических типов.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения. Общий объем текста 160 страниц, 16 таблиц, 27 рисунков. Список использованной литературы включает 110 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю академику РАЕН, проф., д.т.н. А.Д. Потапову и особую признательность научному консультанту проф., канд. г.-м. н. Н.А. Платову, заведующей лабораторией Т.Н. Зарифовой и др. сотрудникам кафедры ИГиГЭ МГСУ, а также главному геологу ОИИиПО инженерного центра ЕЭС филиала «Институт Гидропроект», канд. г.-м. наук Юдкевичу А.И. за оказанную помощь в написании работы.



СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, показана научная и практическая ценность работы.

Глава 1. Современная оценка плывунности песчаных грунтов.

Описаны особенности состава, структуры песков, природа их разжижения. Приведены примеры аварий, связанных с проявлением плывунности песков. Дан обзор направлений в изучении разжижения и плывунности песчаных грунтов. Первое - оценка плывунности грунта с позиции «критической пористости» (Казагранде, Яропольский, Сидоров, Радина, Медков и др.). Второе - оценка плывунности и изучение разжижения песков с позиции динамической устойчивости и фильтрационной теории (Герсеванов, Флорин, Иванов, Вознесенский и др.). Третье - изучение физической и физико-химической природы разжижения и плывунности методами физико-химической механики (Ребиндер, Горькова, и др.).

Вывод по анализу: к настоящему времени отсутствует единое мнение о плывунности, роли разных факторов в ее формировании, существуют достаточно противоречивые подходы к методике изучения плывунности песков различного состава и структуры. Наиболее полная оценка плывунности песков возможна лишь при комплексном подходе. Геоэкологические факторы при строительстве на урбанизированных территориях являются «внешними» факторами формирования плывунности песков.

Глава 2. Методика исследований.

Для изучения состава, структуры и свойств песчаных грунтов использо-вались современные «стандартизованные» методы и приборы для исследований химического и минерального состава грунтов и их структуры. Эксперименты включали лабораторные испытания образцов для определения предела структур-ной прочности, а также ряд определений показателей состава и свойств грунтов.

Исследования структурной прочности проводились простым апробированным методом - коническим пластометром Ребиндера. Испытаны образцы естественной и нарушенной структуры в естественном, водонасыщенном и воздушно-сухом состояниях по схеме постепенного (ступенчатого) нагружения конического индентора возрастающими нагрузками с одновременной регистрацией глубины его погружения. Получены зависимости изменения условного предела прочности структуры песчаных грунтов от влажностного состояния, температуры и химического загрязнения.

Глава 3. Факторы, влияющие на развитие плывунности песков.

Рассмотрено влияние «внутренних» (гранулометрический состав, однородность, относительная плотность, степень водонасыщения, морфология, характер структурных связей, химико-минеральный состав) и «внешних» факторов (напряженно-деформированного состояния и граничных условий существования) на плывунность песчаных грунтов. Результаты анализа работ в табл. 1.

Таблица 1

	Параметры факторов	Влияние на плывунность	Авторы исследований
		увеличение	снижение
Внутренние	Гранулометрический состав	уменьшение неоднородности	Повышение неоднородности	Иванов, Петровски, Талаганов
		уменьшение среднего размера зерен		Иванов
		Содержание тонкодисперсной фракции>3%		Гераскина, Троицкая, Горькова, Платов
	Относительная плотность сложения	уменьшение		Иванов, Богоевски, Кожобаев,
	Степень водонасы--щения и пористость	увеличение		Красников, Ляхов, Иванов, Сид, Гераскина
	Микростроение		Наличие цементации	Иванов, Ильичев,
			Вторичные пленки	Потапов
	Морфология зерен	Гладкая поверхность	Шероховатая поверхность	Иванов, Частоедов, Осипов
		Округлая форма
	Минеральный и химический состав	Наличие слоистых силикатов	Увеличение содержания аморфного кремнезема	Осипов Платов, Горькова
		Наличие органики		Радина, Рябичева, Чепик
Внешние	Исходное НДС		Увеличение среднего нормального напряжения	Иванов, Кожобаев, Сид
			Предварительная выдержка под нагрузкой	Кожобаев, Усупаев
	Сейсмическая история	Предварительное вибрирование		Кожобаев, Иванов
	Граничные условия		Возможность дренирования	Иванов

Глава 4. Геоэкологические факторы, определяющие плывунность.

Дана характеристика основных геоэкологических факторов - техногенных воздействий и их источников, характерных для городских территорий, воздействующие на геологическую среду и влияющие на состав, структуру, свойства грунтов, и на плывунность песков.

Гидродинамические геоэкологические воздействия. Подтопление. Интенсивное строительство крупных городов, освоение подземного пространства неизбежно сопровождаются изменениями естественного режима поверхностных и подземных вод. (Бондаренко, Мамаева, 1987; Тютюнова, 1988; Грязнов, 1997; Меркулов, 2000; Семенов, 2000 и др.) Под влиянием: трансформации гидрографической сети города; наличия утечек из водонесущих коммуникаций, создания экранов на пути естественного подземного стока, уплотнения грунтов под действием нагрузки от зданий и сооружений, накопления в котлованах и траншеях стока атмосферных осадков, застройки территорий и уменьшения естественного испарения; изменения температурного режима грунтов, усиления внутригрунтовой конденсации влаги - типичные геоэкологические факторы, приводящие изменениям в геологической среде, как составляющей биотопа.

Влияние избыточной влажности на состояние, структуру и свойства грунтов изучено достаточно полно, - при насыщении водой песчаных грунтов прочность их снижается. (Иванов, Платов, Красников, Казакова).

Следует отметить, что одной из основных причин потери устойчивости песчаных грунтов является гидродинамическое давление, создающееся при перепаде давления грунтовых вод, напр., при вскрытии котлована, прорыве водонесущих коммуникаций. (Лебедев, Троицкая)

При проектировании инженерных сооружений на подтопляемых территориях необходимо иметь прогнозные данные об изменениях прочностных и деформационных свойств песчаных грунтов в условиях их подтопления, как существенного фактора формирования плывунности.

Тепловые геоэкологические воздействия - это тепловые нагрузки от сетей, обогреваемых подвалов, коллекторов, станций и туннелей метрополитена и т.д. (Жигалин, Ракинцев, Антыпко).

Плотная застройка, асфальтирование препятствует выходу избыточного тепла из грунтов. Вокруг источников тепла «…образуется зона просушивания, оконтуренная волной повышенного влагосодержания вдали от контакта источника тепла и грунта» (Жигалин и др.). Повышение температуры грунтовых вод приводит к активизации химических и физико-химических процессов в грунтах и подземных водах, изменяет прочностные и деформационные свойства грунтов, вызывает в них структурно-текстурные изменения (Королев, Николаева, Жигалин, Жиленков, Месчан и др.)

Перенос влаги в грунтах под действием градиента температуры достигает величин, вызванных градиентом давления влаги, или превосходит их (Королев), т.е. рост температуры грунта способствует повышению плывунности песков при активизации процессов влагопереноса. Но еще большую опасность представляет нагрев грунтов и грунтовых вод с точки зрения активизации и ускорения физико-химических процессов, таких как растворение и вымывание солей из песчаных грунтов, что в свою очередь приводит к снижению прочности.

Химические и физико-химические геоэкологические воздействия приводят к активизации процессов в грунтах и с изменением состава, состояния, структуры и свойств грунтов (Королев, Воронкевич, Перельман). В условиях этих воздействий происходит засоление грунтов, что создает новые структурные связи в грунтах или разрушает существующие (Королев, Кошелев), что несомненно отражается на их плывунности.

Привычное отношение к пескам как исключительно кварцевым по составу неточно, т. к. пески полиминеральны и содержат карбонаты и другие минералы, которые не только сами растворимы, но и являются по существу фактором засоленности.

Засоленные грунты могут быть природными и техногенными. Последние - результат техногенеза, образовались под действием негативных факторов и весьма чувствительны к изменению природной обстановки, а особенно к увлажнению. При определенных условиях происходит вторичное засоление грунтов. Основными причинами вторичного засоления под влиянием геоэкологических факторов являются: несовершенство систем орошения; техногенное воздействие на гидросферу застроенных или застраиваемых территорий; фильтрация через грунты растворов химических веществ, производственных отходов из накопителей, шламов, а также растворонесущих коммуникаций различных промышленных предприятий (Черкасов, Лаврова).

Известно, что при взаимодействии с природными и техногенными водами растворимость средне- и труднорастворимых солей может увеличиваться. (Дерягин, Чураев и др.) В конечном итоге физические свойства засоленных грунтов в т.ч. и песчаных разностей определяются количественным содержа-нием и качественным составом солей, емкостью поглощения, степенью гидрата-ции и дисперсности грунта. В процессе выщелачивания солей происходит изменение ионно-солевого комплекса и, как следствие, дисперсности и гидрофильности грунта, приводящее к изменению его фильтрационных и практически всех физических свойств, в том числе и плывунности.

Микробиологическое выветривание, является одним из важнейших факторов трансформации дисперсных грунтов. По данным В.В. Радиной микроорганизмы изменяют напряженное состояние грунта путем газообразования, что может стимулировать образование плывунов.

Техногенные динамические нагрузки являются одной из основных причин разжижения песчаных грунтов. При этом разжижение - это всего одна из форм реакции песчаных грунтов на динамические нагрузки, связанная с быстрым нарастанием порового давления на фоне уплотнения грунта вплоть до исчезновения эффективных напряжений. (Вознесенский).

Техногенные динамические нагрузки распространяются главным образом в верхней части грунтовой толщи до глубин 10-15м (Локшин). Источниками техногенных динамических нагрузок являются: транспорт, строительное и промышленное оборудование, взрывы.

Территория города является единым очагом техногенных динамических нагрузок в силу наложения волн напряжений от перечисленных источников. По Гурвичу в пределах города они генерируют колебания с частотами от 2-5 до 60-70 Гц, иногда до 200 Гц при максимальных амплитудах перемещения частиц грунта порядка десятков микрометров на частотах 20-30 Гц.

Изменения в грунтах под действием динамических нагрузок имеют сложный характер и являются функцией их состава, структуры, состояния, свойств и параметров воздействия (Вознесенский). Увеличение интенсивнос-ти динамической нагрузки, рост скорости колебания структурных элементов и объемов грунтов, наличие «критических ускорений» при вибрации, изме-нение угла отклонения направления вибрации от горизонтального способст-вует плывунности песчаных грунтов. Характер передачи динамических воздействий также влияет на скорость разжижения. (Кожобаев, Сид и др.)

В пределах территорий промышленных предприятий и городов, проявляется комплекс геоэкологических воздействий на геологическую среду, который приводит к сложному ее изменению за счет трансформации состава цемента и структурных связей между частицами. В результате этого техно-генного гипергенеза формируется новый постгенетический тип грунтов, харак-теризующийся составом и свойствами, существенно отличающимися от состава и свойств известных типов грунтов. Таким образом., техногенный гипергенез обладает большим потенциалом влияния на плывунность песчаных грунтов. Важна правильная оценка влияния комплекса геоэкологических воздействий на грунт как в процессе строительства, так и в период эксплуатации здания.

Глава 5. Экспериментальные исследования формирования плывунности песков в сложной геоэкологической обстановке.

Приведена инженерно-геологическая характеристика исследованных грун-тов. Для изучения прочности структурных связей песчаных грунтов при различ-ных геоэкологических воздействиях были отобраны образцы трех генетических типов - аллювиальные, флювиогляциальные и моренные в Москве и Московской области (рис. 1).

На основе анализа данных изысканий получены характеристики песчаных грунтов, по которым для дальнейших исследований в лаборатории были отобраны пески (табл.2).

Отбор проведен с учетом параметров, влияющих на плывунность. Экспериментальные исследования проводились также на образцах песков другого генезиса: эоловые пески (Ашхабад), морские пески (Одесса). Представлены результаты лабораторных исследований структурной прочности песков при различной влажности, температуре и химическом загрязнении.

Таблица 2. Краткая характеристика исследованных грунтов

Наименование объекта	Стратиграфи ческий индекс	Плотность, г/см3	Естественная влажность	Наимено-вание грунта	Хар-ка однород-ности	Содержание фракции <0.005 мм , %	Коэффициент пористости, е	Степень водо-насыщения, Sr	Показатель морфо-логии, л
		с	Частиц сs
Аллювиальные пески
г. Москва, ул. Волхонка, д.6	аQ3	1,65	2,66	0,08	песок мелкий	kн=2,3	0,85	0,75	0,43	0,36
		1,65	2,66	0,1	песок пылеватый	kн=2,0	-	0,65	0,5	0,34
г. Москва, Пр.Мира,вл. 211, КЦ "Ростокино"	aQ3	1,8	2,66	0,08	песок мелкий	kн=1,9	0,67	0,6	0,35	0,26
Ледниковые пески (моренные)
г. Москва, ТОК Курский вокзал	gQ2dn	1,96	2,7	0,18	песок мелкий	kн=1,7	0,6	0,6	0,81	0,65
Озерно-водноледниковые пески
Захарково, Красногорский р-н МО	fgQ1st-dns	1,67	2,66	0,16	песок пылеватый	kн=2,4	2,92	0,60	0,69	0,26
г. Москва, Проспект Мира, вл.211, КЦ"Ростокино"	fgQ1-2dns-ms	1,88	2,66	0,08	песок мелкий	kн=3	3,21	0,525	0,31	0,26
г. Москва, ул. Волхонка, д.6	fgQ2	0,7	2,66	0,1	песок мелкий	kн=2	3,2	0,715	0,5	0,4
Эоловые пески
Ашхабад	eoQ4		2.66		Песок мелкий	kн=2,7	0,7	1,8		0.34
Морские пески
Одесская ТЭЦ	mQ4		2.66		Песок пылеватый	kн=6,1	2,5			0,35



Рис. 1. Фрагменты инженерно-геологических разрезов. Объекты: а) г.Москва, ТОК на площади Курского вокзала. б) г. Москва, ул.. Волхонка, д.6;



Рис. 2. Фрагменты инженерно-геологических разрезов. Объекты: в) г. Москва, Проспект Мира, вл.211. г) Московская обл., д. Захарково, левобережная пойма р.Москвы.

Для выявления роли влажности в изменении прочности песчаных грунтов испытана серия образцов в воздушно-сухом, естественно влажном и водонасыщенном состояниях (рис.2).

Из рис. 2 видно, что при насыщении водой песчаных грунтов наблюдается понижение их прочности. Высушивание приводит к сокращению подвижности песков. Практически все песчаные грунты обладают наибольшей прочностью при влажности 3-7%, когда связности способствуют как имеющиеся структурные связи, так и капиллярное давление менисков, внутреннее трение и эффект зацепления песчаных зерен. В воздушно-сухом состоянии наибольшую величину прочности по конусу имеют флювиогляциальные и озерно-ледниковые пески, в которых коллоидные и глинистые примеси играют структурообразующую роль. Из представленных результатов следует вывод о том, что при водонасыщении плывунность песчаных грунтов значительно увеличивается за счет потери структурной прочности связей между частицами песка, причем в флювиогляциальных песках это снижение наиболее значительно. Меньше всего увлажнение повлияет на плывунность эоловых песков.

Рис. 3. Влияние влажности на прочность песков

Для выявления роли температуры в изменении структурной прочности песков изучена серия образцов (аллювиальных, моренных и флювиогляциальных, элювиальных и эоловых песков) с естественной влажностью и ступенчато нагревалась с t = (20^о- 60^о ) с интервалом 10 град. (В этих пределах повышается температура грунтов вблизи тепловых магистралей), с оценкой прочности по конусу. Далее исследованы грунты в водонасыщенном состоянии. Результаты представлены на рис. 3,4

Как видно из рис.4 существенным оказалось повышение t до +40^о. Дальнейшее повышение t не сказалось на изменении структурной прочности грунта. При естественной влажности, при увеличении температуры во всех образцах наблюдается понижение их прочности. При нагревании до 40^оС плывунность песков увеличивается. Наиболее резкое понижение прочности песков отмечено у флювиогляциальных (370·10² -160·10² Па), у моренных отмечены значительные изменения прочности (330·10² - 145·10² Па), наименьшему влиянию t подвержены аллювиальные пески, понижение прочности составляет (320·10²-250·10²Па). Прочностное поведение исследованных песчаных грунтов обусловлено типом структурных связей, которые в них наблюдаются. По Платову Н.А. в эоловых песках преобладает наиболее слабый тип структурных связей - капиллярный. Поэтому изменение влажности и температуры оказывает наименьшее влияние на пески данного типа. Аллювиальные, моренные и морские пески имеют капиллярный, коагуляционный и пластифицировано-коагуляционный типы структурных связей, и за счет последнего типа они более чувствительны к изменению влажности и температуры. Наибольшей «чувствительностью» при изменении влажности и температуры обладают флювиогляциальные и озерно-ледниковые пески, поскольку в них преобладают пластифицировано-коагуляционные связи.

Рис. 3. Влияние температуры на прочность песков различного генезиса при Wе

Рис. 4. Влияние температуры на прочность водонасыщенных песчаных грунтов различного генезиса.



Изучение деформационных и реологических свойств песчаных грунтов при статическом воздействии в условиях повышения температуры грунта.

Для характеристики деформационного поведения песчаных грунтов при температурных воздействиях применялась методика наименьшего числа инва-риантных показателей. При помощи пластометра Ребиндера была изучена кинетика развития осадки конуса при постоянной нагрузке при различных температурах песчаных грунтов трех генетических типов: аллювиального, моренного и флювиогляциального и озерно-ледникового. Результаты представлены на рис.5, 6, 7.

Рис.5. Кинетика развития осадки конуса при Р=const аллювиальных песков при различных температурах.

Рис.6. Кинетика развития деформации при Р=const моренных песков при различных температурах.



Рис.7. Кинетика развития деформации при Р=const флювиогляциальных песков при различных температурах.

Как видно из рис 5, 6, 7 наибольшее влияние на реологические свойства температура оказывает в моренных песках. При одной и той же нагрузке осадка конуса в песках при t=20 ^о составила в среднем 0,8 мм, а при t=40 - 0,9 мм, в флювиогляциальных песках - осадка конуса на 0,05мм больше при t=40^о, чем при 20 град.

Для выявления роли геоэкологических химических воздействий на проявление плывунных свойств песчаных грунтов, были исследованы пески во взаимодействии с различными солями. В экспериментах было использовано два образца песков различной генетической принадлежности: аллювиальные и флювиогляциальные.

В нормальных растворах солей образцы выдерживались в общей сложности около 6 мес, в течение которых ежемесячно определялись параметры прочности. При испытаниях конусом фиксировалась влажность образца, так как некоторые соли гигроскопичны, например СaСl₂. В результате проведенных исследований были получены следующие данные о влиянии растворов солей на процессы формирования прочности в песчаных грунтах аллювиального и флювиогляциального генезиса.(табл. 3)



Таблица.3 Результаты изучения упрочнения песков в растворах солей Cl^1- и катиона Li¹⁺ /выдержка в растворе t=6 мес/

№	Пески	Сопротивление пенетрации, 102 Па
		H2O	Анион Сl1-	Катион Li1+
			Al3+	Zn2+	Na1+	K1+	Li1+	SO42-	NO31-	CО32-
1.	Флювиогляциальные и озерно-ледниковые	0,55	0,57	1,45	1,88	1,21	1	3,76	1,13	4,1
2.	Аллювиальные	0,81	1,43	1,64	1,28	0,8	1,03	2	-	3,86
3.	Моренные	1,3	1,6	1,75	1	1,92	1,74	3,12	1,29	4,5
4.	Эоловые (Ашхабад)	1,11	-	0,67	0,84	0,73	0,57	0,9	1,42	-

Согласно данным, полученным по окончании шестимесячной выдержки образцов, оказалось, что прочность песчаных грунтов в большинстве случаев со временем растет, причем один и тот же ион по-разному воздействует на различные пески, так как Li для флювиогляциальных песков в присутствии ионов Сl, СО₃, SO₄ и NO₃ оказал упрочняющее действие по сравнению с водой. Зерна аллювиальных песков проявили большую тенденцию к образованию новых структурных связей в условиях химического загрязнения, а нежели зерна флювиогляциальных и озерно-ледниковых песков. Наименьшей способностью к образованию новых структурных связей обладают эоловые песчаные грунты. Это обусловлено характером поверхности песчаных грунтов различного генезиса. Сравнивая влияние на прочность флювиогляциальных песков растворов разного ионного состава, было установлено, что по анионам прочность испытанных образцов убывает от сульфатов к галогенам; а по катионам - наибольшее влияние оказывают Li, Na. На упрочнение аллювиальных песков наибольшее влияние оказывают: из анионов - сульфаты и галоиды; из катионов Na, затем Li. Проведенный анализ результатов исследований воздействия на один песок разноименных ионов показал, что с ростом активности ионов /по ряду К, Na, Li, Al// возрастает способность песка образовывать структурные связи, т.е. плывунность уменьшается.

Из проведенных исследований следует вывод о том, что прочностные свойства песков формируются при значительном влиянии химического состава среды, активности ее ионного состава и генезиса песков.

Глава 6. Рекомендации по проведению полевых и лабораторных исследованиий песчаных грунтов, необходимых для оценки их плывунности.

Инженерные изыскания представляют собой важнейший этап любого строительного процесса. От полноты, программы и качества их проведения зависит уровень достоверности исходной информации для проектирования, что в конечном итоге, во многом определяет стоимость и успех строительства в целом и надежность функционирования объекта при последующей эксплуатации.

Всевозможные техногенные, в данном случае геоэкологические, факторы, особенно действуя в невыгодном сочетании, предъявляют специальные требования к проектированию и строительству в условиях городской застройки, заставляя проектировщиков для обеспечения надежной работы сооружения в течение всего срока эксплуатации прогнозировать возможные изменения (ухудшения) инженерно-геологической обстановки. В строительной практике важно определить способность грунта переходить в плывунное состояние, а в условиях современного строительства в сложных геологических условиях и тесной городской застройки это особенно важно, учитывая многочисленные техногенные воздействия на грунты.

Для точной оценки способности песчаного грунта переходить в текучее состояние необходимо выполнить следующие исследования и получить соответствующие показатели (табл.4). Плывунность песчаных грунтов оценивается по совокупности показателей, приведенных в таблице 4. Чем больше показателей будут иметь «критические» значения, обуславливающие плывунность, тем больше вероятности проявления плывунности у данного конкретного песка. Помимо показателей, данных в табл. 4, необходимым является химический анализ грунтовых вод. При этом прежде всего следует тщательно оценить наличие в воде ионов быстрорастворимых солей: NaCl, MgCl₂, Na₂SO₄, Mg₂SO₄, Na₂CO_3.

Таблица 4.

Показатель	Обозначение, ед.изм	Метод определения	Критическое значение, обуславивающее плывунность	Авторы исследо- ваний
Степень неоднородности		ГОСТ 12536-79	<10	Иванов, Петровски Талаганов
Средний размер частиц	dср, мм		<0,25
Содержание тонкодисперсной фракции	d<0,005мм		>3%	Горькова, Платов
Пористость		ГОСТ 5180-84	>0,6	Красников
Относительная плотность			<0.4	Кожобаев Богоевски
Степень водонасыщения		ГОСТ 5180-84	>0,8	Красников Ляхов
Показатель морфологии		Потапова А.Д.	>0,4	Иванов Платов Потапов

Очевидно, что для принятия правильного проектного решения необходимо иметь максимально полную и достоверную информацию об участке строительства и его непосредственном окружении.

С рассматриваемых позиций при оценке возможной плывунности песков наиболее важным является исследование гидрогеологических условий территории с целью выявления и прогнозирования подтопления территории с обязательной развернутой оценкой химического состава грунтовых вод, а также требуется точное установление инженерных коммуникаций, теплотрасс, транспортных туннелей, и других источников техногенных воздействий.



ВЫВОДЫ

1. На основе анализа ранее выполненных работ и результатов собственных исследований автора выявлены основные показатели, определяющие плывунность песчаных грунтов, а также внешние факторы, влияющие на развитие плывунности.

2. Геологическая среда, сложенная, различными песчаными грунтами, в пределах урбанизированных территорий под влиянием техногенных воздействий (увлажнения, гидравлического давления воды, химического загрязнения грунтовых вод, изменения температуры и т.д.), претерпевает существенные изменения состава и структуры грунтов, негативно влияющие на их прочностные и деформационные свойства.

3. По результатам комплексного изучения песчаных грунтов объектов Москвы и МО, выявлен ряд геоэкологических факторов, влияющих на проявление плывунности песков: подтопление, нагрев грунтов и их химическое загрязнение.

4. В результате подробного изучения характера и прочности структурных связей песчаных грунтов различного генезиса при различных воздействиях, установлено, что влажность и температура оказывают существенное влияние на прочностные характеристики песков, что отражается на их плывунности. В зависимости от преобладания капиллярных, коагуляционных или коагуляционно-пластифицированных структурных связей влияние этих факторов выражено в разной степени. Наибольшее влияние сказывается на песчаные грунты с коагуляционно-пластифицированными связями.

5. Техногенный гипергенез на урбанизированных территориях, как результат комплекса природных и техногенных воздействий, обладает большим потенциалом влияния на плывунность песков. Влажность, температура и химический состав воды изменяет структуру и состав песков, что означает - в результате техногенеза формируется новый «постгенетический» тип песка.

6.Влияние техногенных факторов на плывунность связано с особенностями морфологии, гранулометрического и химико-минерального состава песков, в частности, плывунность флювиогляциальных песков выражена в большей степени, нежели в аллювиальных и моренных.

7. При проведении инженерно-геологических изысканий и при лабораторных исследованиях прочностных характеристик песчаных грунтов следует учитывать не только их актуальные показатели, но и динамику изменения их свойств при геоэкологических воздействиях: подтоплении, повышении температуры и химическом загрязнении грунтов.



ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ

1. Лебедева М.Д. Роль физико-механических параметров песков в формировании псевдоплывунных свойств в условиях техногенеза. Сборник докладов конференции молодых ученых МГСУ «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» , Москва, 2005г.

2. Лебедева М.Д. Некоторые вопросы влияния техногенных воздействий на структуру и свойства дисперсных грунтов. Сборник докладов на торжественном заседании кафедры ИГиГЭ в честь 70-летия основания и 100-летия со дня рождения Л.Д.Белого «3-и Денисовские чтения». Москва, 2005г, с.97-101.

3. Лебедева М.Д. Подтопление как один из основных факторов проявления плывунных свойств у песчаных грунтов, Вестник МГСУ, №4, 2007г., с. 103-106

4. Платов Н.А., Лебедева М.Д., Круглова Н.Д., Лаврова Н.А. Оценка изменения свойств грунтов под влиянием техногенных факторов. Сборник докладов «IV-е Денисовские чтения» «Проблемы обеспечения экологической безопасности строительства», Москва, 2008г.

5. Лебедева М.Д., Потапов А.Д. О комплексной оценке проявления плывунности песчаных грунтов при инженерно-геологических изысканиях в осложненной геоэкологической обстановке. Вестник МГСУ, №2, 2009г., с. 111-115

6. Лебедева М.Д., Платов Н.А., Потапов А.Д., Лаврова Н.А. Об актуальности оценки возможного изменения свойств грунта при инженерных изысканиях в современных условиях техногенеза, Вестник МГСУ, №2, 2009г., с.120-124

Размещено на Allbest.ru