Основные принципы оценки и современные методы прогноза изменений инженерно-геокритических условий при освоении криолитозоны : На примере Норильского промышленного района

• Автор: Лолаев, Алан Батразович
• Шифр специальности: 04.00.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Норильск
• Количество страниц: 294 с.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА! КОМПЛЕКСНАЯ ПРОБЛЕМА ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ ХОЗЯЙСТВЕННОМ ОСВОЕНИИ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ
1.1 Воздействие техногенеза на вечномерзлые грунты
1! 1 Особенности физико-механических свойств засоленных мерзлых
грунтов
11.2 Механические свойства засоленных мерзлых грунтов
1.1.3 Процессы техногенного засоления мерзлых грунтов
1.1.4 Управление геокриологической обстановкой
! 1.5 Комплексная проблема геокриологических исследований при
хозяйственном освоении вечномерзлых грунтов
1.2 Краткая характеристика климатических и мерзлотно-геологических условий Норильского промышленного района
1.3 Влияние антропогенной деятельности на окружающую природную среду
в Норильском промышленном районе
1.3.1 Топливно-энергетический комплекс
1.3.2 Горно-обогатительный комплекс
1.3.3 Металлургический комплекс
1.3.4 Строительный комплекс
1.3.5 Городское хозяйство
1.3.6 Анализ изменения состояния мерзлых грунтов различных
площадок Норильского промышленного района
1.5 Выводы по главе
ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОГЕННОГО ЗАСОЛЕНИЯ
НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОТТАИВАЮЩИХ ГРУНТОВ
2.1 Задачи лабораторных исследований
2.2 Комплексные исследования состава, структуры и свойств
засоленных грунтов
2.2.1 Методика, состав и материалы исследований
2.2.2 Определение гранулометрического состава
2.2.3 Химический анализ водной, солянокислой и щелочной вытяжек
2.2.4 Определение минерального состава глинистой фракции
2.2.5 Определение седиментационного объема
2.2.6 Определение pH грунтов
2.2.7 Определение пределов пластичности
2.2.8 Определение относительного набухания
2.2.9 Определение прочностных свойств грунтов
2.2.10 Оценка изменчивости показателей грунтов
2.3 Выводы по главе
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОГЕННОГО ЗАСОЛЕНИЯ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ
3.1 Влияние концентрации и химического состава солей
на физические свойства засоленных грунтов
3.2 Исследования влияния засоленности на прочностные характеристики
мерзлых грунтов
3.3 Исследование процесса техногенного засоления мерзлых грунтов
3.3.1 Физическое моделирование процесса
3.3.2 Материалы и методика экспериментов
3.3.3 Результаты экспериментов
3.4 Выводы по главе
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕХНОГЕННОГО ВЛИЯНИЯ НА ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ
4.1 Общие положения
4.2 Элементы теории нечетких множеств
4.3 Методика построения моделей в нечеткой среде
4.4 Моделирование прочности засоленных мерзлых грунтов
4.5 Моделирование техногенного засоления мерзлых грунтов
4.6 Выводы по главе
ГЛАВА 5 ПРОГНОЗ ИЗМЕНЕНИЯ ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕННОМ ОСВОЕНИИ ОБЛАСТИ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ
ГРУНТОВ
5.1 Общие положения
5.2 Характеристика и конструктивные особенности плотины хвостохранилища
5.3 Методы и результаты натурных обследований плотины хвостохранилища
5.4 Прогнозирование температурного режима основания плотины хвостохранилища
5.5 Выводы по главе

Водорастворимая соль, попадая в грунт в кристаллическом виде, постепенно растворяется грунтовой водой, и в связи с этим резко повышается концентрация грунтового раствора. Вследствие наличия градиента концентрации возникает осмотическое давление, приводящее к развитию процессов диффузии.
Процесс диффузного перемещения молекул соли в грунте происходит в направлении убывания концентрации грунтового раствора. Одновременно под действием осмотических сил вода незасоленного грунта как растворитель перемещается в сторону большей концентрации раствора. В результате такого взаимного перемещения частиц растворенного вещества и растворителя концентрация грунтового раствора в засоленной части грунта уменьшается, а в незасоленной, наоборот, увеличивается. Это приводит к постепенному уменьшению осмотических сил (Hallet, 1973; Banin and Anderson, 1974).
Особенностью процесса диффузного перемещения молекул соли в вечномерзлых грунтах является наличие двухстороннего промерзания деятельного слоя (сверху и снизу). В связи с этим, в массиве грунта возникают контрастные зоны: поверхностная и на небольшой глубине (20-30 % от величины деятельного слоя). В околоповерхностной зоне наблюдаются более низкие значения засоленности, чем во второй зоне (Kay and Groenvelt, 1989; Dirksen and Miller, 1966). В околоповерхностной зоне уменьшение засоленности связано, во-первых, с процессом перераспределения соли в массив грунта, а, во-вторь.х, с миграцией растворов вслед за фронтом промерзания вглубь монолита. Во второй зоне увеличение засоленности, а соответственно температур в массиве связано с миграцией фронта замерзания, а соответственно и растворов солей в процессе двухстороннего промерзания (сверху и снизу) во время промерзания массива.