Требования и методы оценки инженерно-геологических свойств глинистых грунтов для противофильтрационных экранов

• Автор: Воронин, Сергей Геннадьевич
• Шифр специальности: 25.00.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Оглавление

Введение
1 Основные требования к инженерно-геологическим свойствам глинистых грунтов при проектировании противофильтрационных грунтовых экранов
2 Физико-химические процессы, формирующие водопроницаемость глинистых грунтов
3 Краткий обзор аналитических методов определения коэффициента фильтрации
глинистых грунтов
4 Оценка водопроницаемости глинистых грунтов на основе физических характеристик
4.1 Определение коэффициента фильтрации по числу пластичности и коэффициенту пористости
4.2 Определение эффективной области фильтрации на основе физических свойств
5 Результаты исследования инженерно-геологических свойств глинистых грунтов при инженерных изысканиях и строительстве противофильтрационных грунтовых экранов на примере действующих объектов
5.1 Иловые площадки № 8 и № 19 Курьяновских очистных сооружений
5.2 Верхний водоем Днестровской ГАЭС
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Актуальность темы. Хранилища жидких отходов и воды, как аккумулирующие гидротехнические сооружения, представляют собой объекты в состав, которых входят наряду с различными водорегулирующими и водоограждающими элементами защитные экраны. Практика строительства и эксплуатации таких хранилищ показала, что наиболее дешевыми и простыми в исполнении являются экраны, выполняемые из глинистых грунтов или естественно залегающие глинистые отложения в качестве геохимических барьеров. В составе инженерных изысканий, наряду с комплексом инженерногеологических исследований, направленных для обоснования проектных решений, отдельно выполняют изыскания по поиску карьеров глинистых грунтов с обоснованием их инженерно-геологических свойств. Как правило, активная зона взаимодействия сооружений с геологической средой захватывает осадочные толщи, сложенные песчано-глинистыми отложениями, поэтому в зоне строительства изыскивают и разрабатывают карьеры по добыче суглинков или глин. Это, как правило, глинистые разности неоген—четвертичного возраста различного генезиса, залегающие на малых глубинах и имеющих развитие, позволяющие экономически дешево их добывать.
Сооружения, входящие в системы промышленного производства - аварийные емкости, пруды—накопители, пруды-отстойники, шламо— и золохранилища, иловые площадки, водяные карты, пруды ливневых вод, водохранилища и т.п., представляют собой земляные полностью или частично заглубленные и обвалованные емкости и содержат постоянно или периодически образуемые промышленные стоки, ливневые воды различной степени загрязнения и поэтому в той или иной мере являются источниками загрязнения природной среды, и в первую очередь, подземных вод. Согласно [86] защитные экраны основания и поверхности карт складирования отходов -это основные конструктивные элементы, несущие природоохранную функцию — защиту грунта, грунтовых и поверхностных вод от проникновения фильтрата, а также атмосферы от выделения газа, пыли, запахов, распространения болезнетворных микробов. Таким образом, основное назначение защитных грунтовых экранов является предотвращение фильтрации жидкой фазы и растворенного в нем газа промстоков и отходов из накопителей в геологическую среду.
В системе гидроэнергетического комплекса типичным примером применения грунтовых экранов моясно назвать верхние водохранилища ГАЭС. В этом случае

грунтовые экраны возводят по дну водохранилища для предотвращения фильтрации воды в геологический массив, тем самым, сохраняя аккумулирующий объем воды и одновременно предотвращая подтопление прилегающих территории и развитие негативных экзогенных геологических процессов. Как правило, защитный грунтовый экран, возводят из грунтов деловых выемок при строительстве верхнего водохранилища ГАЭС.
Согласно Г. К. Бондарику [7], можно считать, что хранилища, как искусственные объекты, всегда взаимодействуют с окружающей их областью природной среды и тем самым, организуют природно-техническую геосистему, где защитные грунтовые экраны, наряду с другими сооружениями, являются ее компонентом. По конструктивному состоянию защитные грунтовые экраны выполняют из грунтов или их смесей. В этом случае, грунтовые экраны приобретают комплексные свойства. С одной стороны, такие экраны являются искусственно созданными элементами сооружений, с другой стороны, в силу их строения из минеральных составляющих, приобретают новые инженерно-геологические свойства, и тем самым, остаются геологическим телом. Рассматривая процесс возведения грунтового экрана как своеобразную модель мгновенного литогенеза: производящиеся с грунтами экрана операции укладки и уплотнения, в итоге приводят к образованию локальных литологических слоев, обладающих определенными инженерно—геологическими свойствами. Грунт разрабатывают в карьере, при этом нарушается его естественное состояние. Затем этот грунт вновь укладывают на естественное основание и уплотняют до определенной плотности. При этом, в грунтовой толще формируется определенная структура, грунт приобретает некоторую влажность, а сама искусственная грунтовая толща контактируя с естественным основанием, взаимодействует с геологической средой. Опираясь на представления теории петро-литогенеза и положения теории изменчивости геологических параметров, а также на современные разработки проблем формирования свойств геологической среды в процессе литогенеза грунтовые экраны можно представить, как мономинеральные геологические тела, обладающие пространственно однородными инженерно-геологическими свойствами, приобретенными одномоментно во времени. Из практики строительства хранилищ промотходов или водохранилищ известно, что защитные экраны возводят в том случае, если естественные основания аккумулирующих грунтовых емкостей не обладают соответствующими инженерногеологическими свойствами, и в первую очередь проявляют высокую

в водной среде характеризуются диссоциацией обменных катионов, расположенных на базальных поверхностях глинистых кристаллов. Это приводит к развитию при гидратации вблизи базальных поверхностей ионных атмосфер, перекрытие которых обусловливает возникновение ионно-элекгростатических сил отталкивания. В тоже время, между глинистыми частицами наряду с ионно— электростатическими силами отталкивания действуют силы притяжения. Дальнодействугощий характер этих сил определяет возможность протекания ближней и дальней агрегации при сохранении между поверхностями микроблоков в условиях механического равновесия соответственно малых и больших расстояний. В результате коллоидные частицы отделены друг от друга более или менее толстой по сравнению с молекулярными размерами прослойками воды. Вода в слоях вблизи базальных поверхностей глинистых минералов может обладать аномальными термодинамическими и реологическими свойствами. Силы упруго—вязкого сопротивления аномальных жидких слоев оказывают противодействие не только процессам массопереноса, но непосредственно течению самой воды [26]. При возникновении градиента напора водяное давление сначала воспринимается поровым раствором крупных пор. По мере роста гидростатического давления в процесс перемещения воды вовлекаются тонкие прослои воды между базальными поверхностями глинистых частиц. В итоге происходит процесс замещения слоев связанной воды на поверхности глинистых минералов новыми порциями поступающей воды. Процесс замещения одних порций воды другими поступающими регламентируется толщиной водных прослоек между базальными поверхностями коллоидных частиц и их взаимного расположения. По данным некоторых исследований [45] связанную воду, которая относится к кристаллической структуре глинистых минералов и адсорбционно-связанную с поверхностью твердой фазы оторвать от базальной поверхности глинистых минералов возможно с силой, превышающей 3,3 кгс. Значительно меньше сил потребуется для сдвига воды переходного состояния, представляющая разновидность осмотической воды. Усилие отрыва слоев такой воды составит более 0,7 кгс. Н. Ф. Бондаренко были экспериментально найдены величины предельного напряжения сдвига водных слоев для свободной воды, в осмотически-поглощенном слое и слоев капиллярной влаги, которые соответственно составили 10'3; 9,5-13,0 и 10"4 Па [9].