Щекочихина, Евгения Викторовна. Инженерно-геологические особенности сарматских глин краевых прогибов юга Русской платформы

Короткий опис

Щекочихина, Евгения Викторовна. Инженерно-геологические особенности сарматских глин краевых прогибов юга Русской платформы : диссертация ... кандидата геолого-минералогических наук : 25.00.08 / Щекочихина Евгения Викторовна; [Место защиты: Волгогр. гос. архитектурно-строит. ун-т].- Волгоград, 2011.- 134 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-4/144

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет
На правах рукописи
Щекочихина Евгения Викторовна
Инженерно-геологические особенности сарматских глин краевых прогибов юга Русской платформы
04201159907
01.07.2011
25.00.08 - инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение
Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук
Научный руководитель доктор геолого-минералогических наук, доцент профессор Олянский Юрий Иванович ■
Волгоград 2011 
ОГЛАВЛЕНИЕ
стр.
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ В РАБОТЕ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИЗУЧЕННОСТЬ САРМАТ-
9
СКИХГЛИН
2.ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ ТЕР-
16
РИТОРИИ
2.1. Физико-географические условия 16
2.2. Стратиграфия 19
2.3. Тектоника - 24
ЗО
3. ПАЛЕОГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ОСАДКОНАКОПЛЕ- НИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ САРМАТСКИХ ГЛИН
4. ЛИТОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ САРМАТСКИХ ГЛИН 40
4.1. Макроскопическая и микроскопическая характеристика 40
4.2. Механический состав 44
4.3. Минеральный состав глинистой фракции 52
4.4. Химические особенности 55
61
5. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА САРМАТСКИХ ГЛИН
5.1. Физические свойства 61
5.2. Набухание 67
5.2.1. Величина свободного набухания 67
5.2.2. Давление набухания 75
5.2.3. Циклическое набухание и усадка 77
5.3. Механические свойства 80
5.3.1. Пластическая прочность 80
5.3.2. Прочность на срез 81
5.3.3. Реологическая характеристика 89 
з
5.3.4. Сейсмоакустические свойства 94
100
6. ИЗМЕНЕНИЕ СОСТАВА И СВОЙСТВ САРМАТСКИХ ГЛИН ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ВОДОЙ
100
112
6.1. Основные особенности изменения состава и свойств об-разцов глин при диффузионном выщелачивании 6.2 Прогноз прочности сарматских глин в основаниях со¬оружений при длительном обводнении
ВЫВОДЫ 121
БИБЛИОГРФИЧЕСКИЙ СПИСОК ’ 123
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ В РАБОТЕ.

р, pd - плотность, плотность «сухого» грунта
W - природная влажность
WL - влажность предела текучести •
Wр - влажность предела раскатывания
Jp - число пластичности
п — пористость
Kd — показатель естественной уплотненности
- величина свободного набухания
К<0,005> *<„,00!
- коэффициент агрегированости для частиц различного размера (по И.М. Горьковой)
Vp - скорость продольных волн
Psa - давление набухания
Рт - пластическая прочность
с — удельное сцепление
ф — угол внутреннего терния '
Sr - степень влажности
JL - показатель текучести
т0,і - срезающее усилие при вертикальной нагрузке 0,1 МПа
Рк-1 - условный статический предел текучести
Рк_2 - условный динамический предел текучести
Рт - предел текучести
г1і_Л - наибольшая (шведовская) вязкость
Vm, - наименьшая (бингамовская) вязкость
ВВЕДЕНИЕ
Сарматские отложения довольно широко распространены на территории России и в сопредельных странах, и находятся в пределах глубин залегания фундаментов инженерных сооружений на большой территории от Карпат до Прикаспия. Наибольшую проблему для строительства представляют набу¬хающие глины, относящиеся к структрурно-неустойчивым грунтам, которые при изменении влажности меняют свои строительные свойства.
Актуальность исследований заключается в следующем. Промышленно- хозяйственное освоение территорий неизбежно влекут за собой нарушение ба-ланса компонентов природной среды. В результате изменяется режим подзем-ных вод, увеличивается влажность массивов глинистых пород, может проис-ходить их подтопление, сопровождаемое набуханием грунтов в основаниях сооружений и образованием оползней на склонах. При увлажнении глин и длительном их взаимодействии с водой изменяются почти все их свойства, существенно повышается сжимаемость и уменьшается прочность. Следует отметить, что в настоящее время отсутствует единая общепринятая методика прогнозирования показателей свойств глин при их увлажнении и длительном взаимодействии с водой, сопровождаемым диффузионным выщелачиванием. Методы прогноза прочности глин на основе их кратковременного замачива¬ния, применяемые в проектно-изыскательных организациях, не могут обеспе¬чить 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.
В связи с вышеизложенным, цель настоящих исследований формулиру¬ется следующим образом: на основе анализа инженерно-геологических осо¬бенностей сарматских глин краевых прогибов юга Русской платформы и оценки изменчивости свойств при длительном воздействии воды, разработать методику прогноза показателей их прочности в основаниях инженерных со¬оружений.
Достижение указанной цели автор видит в решении следующих задач.
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: Цен¬трального Предкавказья и Северного Причерноморья.
4. На основе анализа результатов лабораторных экспериментов с учетом опуб¬ликованных 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 дис-сертационной 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. Став-рополь) 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 следую¬щие исследования:
1. Статистический анализ показателей свойств сарматских глин из Централь-ного Предкавказья.
2. Проанализированы результаты изучения структурно-текстурных особенно-стей сарматских глин оптическими методами.
3. Проанализированы результаты лабораторных определений сейсмоакусти- ческих свойств грунтов и рассчитаны регрессионные зависимости скорости распространения продольных волн от показателей свойств глин.
4. Проанализированы результаты лабораторных исследований партии образ¬цов глин при диффузионном выщелачивании.
5. Выполнены расчеты и составлены таблицы эмпирических вероятностей прогнозных факторов для обоснования использования метода вероятност¬ных аналогий при прогнозировании прочности сарматских глин.
6. Проанализирован большой объем информации по геологии и свойствам пород.
Научная новизна результатов исследований заключается в следующем.
1. Установлено, что сарматские глины Центрального Предкавказья и Северно¬го Причерноморья существенно различаются по основным показателям соста¬ва, состояния и физико-механических свойств.
2. Экспериментально доказано, 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 слабораствори¬мых солей.
3. Доказана применимость метода вероятностных аналогий для прогноза прочности глин, подвергающихся длительному диффузионному выщелачива-нию.
Практическое значение работы заключается в следующем.
1. Разработана методика прогноза показателей прочности сарматских глин Се¬верного Причерноморья в основаниях инженерных сооружений при длитель-ном воздействии воды, которая может найти свое применение при проектиро-вании оснований и фундаментов инженерных сооружений на участках распро-странения 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 показате¬лям состава и свойств от сарматских глин Северного Причерноморья.
3. Дана количественная оценка общей и остаточной прочности сарматских глин, предложены регрессионные зависимости для прогноза остаточной проч-ности глин на оползневых территориях.
4. Получены скоростные характеристики распространения сейсмоакустиче- ских волн и выявлена их связь с показателей свойств для сарматских глин природного сложения и влажности, после длительного диффузионного выще-лачивания и «бесструктурных» образцов. Эти данные моїут найти свое при-менение при оценке сейсмических свойств грунтов на сейсмоопасных терри-ториях 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 гидро-геологического циклов.
Публикация и апробация работы. Основные-положения диссертации опубликованы в 12 научных работах, в том числе 5 — в изданиях рекомендо-ванных ВАК РФ. Апробация работы осуществлена на 6 научных форумах. Материалы исследований обсуждались на Международной научно- технической конференции «Актуальные проблемы современного строительст¬ва» (Пенза, 2007г); Ежегодной студенческой научно-технической конферен¬ции ВолгГАСУ (Волгоград, 2007г); Ежегодной научно-практической конфе¬ренции профессоро-преподавательского состава и студентов ВолгГАСУ (Вол¬гоград, 2008г); Ежегодных чтениях в РАН (Сергеевские чтения) 2008г, 2009г; V Международной научно-технической конференции «Надежность и долго-вечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» (Волгоград, 2009г); Международной научной конференции в МГУ «Актуаль¬ны вопросы инженерной геологии и экологической геологии» (Москва, 201 Ог).

Список літератури

ВЫВОДЫ
1. Сарматские глины в краевых прогибах юга Русской платформы служат основанием инженерных сооружений на значительной территории Се-верного Причерноморья и Центрального Предкавказья, и часто является причиной образования на склонах оползней.
2. Глинистые породы сармата накапливались в Сарматском морском бас-сейне, восточная часть которого характеризовалась повышенной солено-стью воды, по сравнению с западной, где происходило разбавление реч¬ным стоком с Русской платформы. Вследствие этого, на востоке сформи¬ровались глинистые породы с более высокой минерализацией порового раствора, чем на западе.
3. Различия в химическом составе поровых вод обусловили разную степень агрегатизации грунтовых частиц: на востоке — более высокую, чем на за-паде, что нашло свое отражение в существенном различии микроагрегат- ного состава глин обеих регионов при достаточно одинаковом их грану-лометрическом составе. Последний, свидетельствует об одной площади сноса терригенного материала - Русской платформы.
4. Постгенетические преобразования глинистых пород, вследствие залега¬ния их в различных по степени увлажнения климатических зонах, совме¬стно с разными условиями осадконакопления обусловили различия в по¬казателях физических свойств глин обеих регионов: на востоке это более влажные, менее плотные сильнопористые отложения, а на западе - прямо наоборот.
5. Все различия в составе и физических свойствах глин обеих регионов на-шли свое отражение в их набухаемости и прочности. Более засоленные глины Центрального Предкавказья, отличающиеся повышенной влажно-стью, набухают меньше, чем одновозрастные отложения из Северного Причерноморья. Давление набухания первых в среднем на 1 порядок меньше, чем вторых. Такая же закономерность имеет место и с прочно¬стью, но различия в показателях прочности несколько меньше.
6. Выщелачивание менее засоленных глин Северного Причерноморья в ла-бораторных условиях показало, что вследствие разуплотнения прочность их снижается в 2-4 раза, в зависимости от наличия в исходном образце пирита. Более интенсивно разуплотняются и разупроняются глины, не содержащие пирита.
7. Прогноз прочности сарматских глин, подвергающихся длительному воз-действию воды в основаниях инженерных сооружении, достаточно на¬дежно может, осуществляется методом вероятностных аналогий с ис¬пользованием региона-аналога и эмпирических оценок вероятностей про¬гнозных факторов.
БИБЛИОГРФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Абелев Ю М., Абелев М. Ю. Основы проектирования и строительство на макропористых грунтах. М. : Стройиздат, 1968. 432 с.
2. Абих Г. В. Введение в геологию Керченского и Таманского полуостро¬вов. Mem. Acad. sci. ser.7, 1865. № 4.
3. Андрусов Н. И. Замечания о миоцене прикаспийских стран // Изв. геол. ком. 1899. Т. 18, № 7. С. 339-369.
4. Андрусов Н. И. Геотектоника Керченского полуострова : материалы по геологии России. 1893. Т. XVI. С. 63-336.
5. Андрусов Н. И. Южнорусские неогеновые отложения. Ч. II-III (Сармат¬ский ярус) // Академик Н. И. Андрусов : избран, тр. М. : Изд-во АН СССР, 1961. Т.1. 711 с.
6. Аносова JI. А. Теоретические основы количественного изменения инже¬нерно-геологических свойств глинистых грунтов. М. : Стройиздат, 1978. С. 105-115.
7. Аносова JI. А., Клинова Г. И., Робустова Т. И. Особенности состава и свойств среднесарматских пород, как фактора оползнеобразования в Цен¬тральной Молдавии // Инженерно-геолгические изыскания в строительст¬ве : реф. информ. Сер. 15. ЦИНИС, 1979. Вып.З. С. 38-39.
8. Аносова JI. А., Клинова Г. И. Влияние состава и физико-механических свойств среднесарматских отложений на развитее оползневых процессов в Центральной Молдавии // Инженерно-геологические процессы и свой¬ства грунтов. М. : Стройиздат, 1980. С. 59-82.
9. Аносова Л. А., Клинова Г. И., Робустова Т. И. Характеристика зон ослаб¬ленной прочности пород, слагающих оползневые склоны (на примере Центральной Молдавии) // Изменение свойств грунтов под влиянием природных и антропогенных воздействий. М. : Стройиздат, 1981. С. 3-8.
10. Аносова JI. А., Зиангиров Р. С. Исследование остаточной прочности гли¬нистых пород // Исследования инженерно-геологических свойств грун¬тов. М. : Стройиздат, 1986. 112 с.