Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Закономерности формирования инженерно-геологических условий заболоченных депрессий

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Закономерности формирования инженерно-геологических условий заболоченных депрессий"

сектор гидрогеолога и 1шженшс' академии наук грузии

геологии

На правах рукописи удк 624.131

КАКУЛИЯ ЗУРАБ ГУРАМОВИЧ

закономерности формирования инженерно-геолопшских условии заболоченных депрессий (на призере глевду-речья шони-хош)

04.00.07 - Инженерная геология, мерзлотоведение я

грунтоведение

Автореферат

диссертации на соисканле ученой отепена кандидата геолого-иинералогячвоии наук

Тбилжов - 1990 1

Работа выполнена в Сектора гадрогзологяи и инженерной геологии Академии наук Грузи и

Научные руководителя: доктор геолого-минералогических наук К.И.Дзанджгава;

кандидат геолого-минералогических наук Л.А.Церцьадзе

Официальные оппоненты; доктор геолого-минералогичеоких наук И.Г.Коробалова

кандидат геолого-минералогических наук, профессор Д.В.Чхеидзе

Ведущая организация - Государственный проектный институт

'Трузгипроводхоз "

Защита состоится " УУ " Л199 * г. в Ш- С)С? часов на заседании специализированного Совета Д.007.18.01 аде Секторе гидрогеологии и инженерной геологии АН Грузии по адресу: 380008, г.Тбилиси, пр.Руставели 31

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сектора гидрогеологии и инженерной геологии АН Грузия Автореферат разослан " 7 "^ексторЛ 1990 г.

Ученый секретарь специализированного

совета, кандидат геолого-минералога-

СЕДАЯ ХАРАКТЕЖТЖА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Грузия, как малоземельная страна, остро нуждается в освоений новых непригодных для хозяйственного использования территорий. Проблема особенно актуальна для Колхидской низменности, гда большая часть занята болотами и переувлажненными оглеенками я эаторфованныш отложениями, осложняющими использование этого уникального района для широкого развития курортного строительства и разведения ценных субтропических культур.

Основную трудность в освоении Колхидской низменности представляет постоянное заболачивание и развитие процессов оглеенпя,которые определяютвнженеряо-гзологическяе условия района.

В свете современных представлений оглеение является сложным био-я геохимическим процессом, протекающим пря постоянном или длительном обводнении грунтовой толвд, в условиях анаэробиоэиса, пгя участия микроорганизмов и наличии органического вещества.

Процесс оглеения как своеобразный и интересный вид выветривания пород с точки зрения инженерной геологии почти но изучен.В вто.ч плане получение даяннх о влиянии процесса оглееяяя в условия* влажных субтропиков на состав, строение и физико-механичвские свойства глинистых пород представляет определенный теоретический интерес в области грунтоведения и практическую ценность для использогапия заболоченных территорий и экологического оздоровления района,

Ц е л ь ю_ работы является установление'и систематизация основных закономерностей развития процессов оглеения и их елияния на изменение состава, состояния и свойств глинистых пород центральной Колхиды.

Осно в н ы о зада ч и_ исследований составили: - изучение природа явлена», происходящих при оглеения глинистых грунтов в условиях субтропиков;

- установление влияния определенных природных факторов V темпере тура, органика, микроорганизмы и т.д.; на процесс оглеения;

- изучение состава, строения, состояния и физико-механических свойств глинистых, грунтов и выявление закономерностей изменения показателей этих свойств в процессе оглеения;

- выявление корреляционных зависимостей между свойствами в неоглеен-ных я огшеенных грунтах; .

- установление количественного показателя - степени оглеения для характеристики физико-механических свойств я состояния оглеенных грунтов;

- прогнозирование поведения пород в условиях оглеения в целях установления нормативных показателей грунтов оснований сооружений;

- получение прогнозных количественных параметров при развитии процесса оглеения.

Научная новизна работы, основанная на

результатах полевых, экспериментальных исследований и теоретических

обобщений заключается в следующем:

- впервые оглееняе глинистых пород рассматривается как ишсенерно-геологический процесс (выветривание), изменяющий состав,строение, состояние и свойства пород; _____ _ ;_______

- впервые для Колхидских глинистых грунтов установлен показатель . степени оглеения ^(/цт^ф который^применен для прогноза физико-ыехаяических свойств оглеенных грунтов; _ ...........

- установлены корреляционные зависимости между физико-механическими свойствами и выведены формулы для определенм прочностных и деформационных показателей оглеенных пород с помощью простейших прямрх показателей; .... .... .........._ ........... ' . .__

- по степени'оглеения поведено районарованяе_территории^ выделением устойчивых и неустойчивых участков с установлением мощностей

оглеенных грунтов; - . ^

- э -

- предложена методика установления расчетных показателей при оглеенм, вызванном антропогенном фактором;

- ставится вопрос о необходимости внесения оглеэнных грунтов з СНИП в качестве самостоятельного вида в группе специфических грунтов.

Автор защищает следующие положения:

- оглеение является спепифическим типом биохимического выветр1ва~ ния, протекающего в условиях Колхиды;

- корреляционную связь между степенью оглееняя л прочностными и

1

деформационными свойствами грунтов;

- методику прогнозирования физико-механических свойств глинистых грунтов в процессе оглеения;

- необходимость наделения оглеенкых грунтов в категорию самостоятельного вида специ.,чческих грунтов.

Практическое значение. Предложенная автором методика прогнозирования дает возможность установления достоверных расчетных прочностных и деформационных показателей с учетом их изменений в результате оглеения и тем самым предотвращения нежелательных де.^ормг.цпоншис явлений.

Результаты корреляционно-регрессионного анализа позволяют заменить трудоемкие и дорогостоящие исследования по определению комплекса строительных свойств предложенными прямыми расчетнши методами, что приводит к значительной экономии затрачиваемых средств.

Реализация результатов. Основы«» практические результаты работы внедрены Госстроем Грузинской ССР при ми-кросейсморайонированшТ' территории г.Поти и производственной организацией "Колхидстрой".

Апробация работы. Основные теоретические и методические результат исследований доложены автором на республикой-

ском соьощшши по вопросам фундаментостроения (Тбилиси,1981),Науч-ко-производствзнной конференции по проблемам гидрогеологии и инженерной геологии (Тбилиси,1Э84), Республиканской конференции молодых ученых. и специалистов (Тбилиси, 1986).

Публикации. Основное содержание изложено в 8 печатных работых.

Структура р объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов и списка литературы.Содержание работы изложено на)39страницах и включаетстр.маищнописного текста,^ иллюстраций, 30 таблиц, список литературы состоит из М3 наименований.

Автор выражает искрению» признательность научным руководителям - доктору геолого-шнералогических наук К.И.Джандагава и кандидату геолого-минералогических наук Л.А.Церцвадзе-за помощь в процессе работы над диссертацией. Особую признательность автор выражает доктору технических наук Г.И.Чохонелидзе за ценные советы и консультации, члеку-корреспондентуАН'ГССР И.М.Буачидзе, кандидатам геолого-ыинералогических наук М.П.Шаоршадзе, Э.А.Джавахишвили, Л.Г.Мельнико-■ вой за советы и рекомендации при выполнении работы. '

Автор благодарит коллектив Сектора ГИГ АН ГССР, помощь и товарищеская поддержка которого способствовали проведению и завершению данной работы.

С0ДЕШНИ2 РАБОТЫ Глава1. Состояние проблемы

Гл.овые грунты, относящиеся к группе болотных отложений,зани-

..... ." ......... " »

мают большую часть Колхидской низменности. Несмотря на то,что ог-

леенкые поводы широко распространены и часто служат основанием различных сооружений, с точки зрения инженерной геологии они изучены недостаточно.

Впервые описание оглеенных грунтов приводится Г.Н.Еисотхким (1905), который обозначал термином "глей", глинистую по^ту с "зеле-ковато-голубн:.'" оттенком, формируюауюся б условиях длительного переувлажнения. Основные положения Г.Ц.Впсоцкого о глееобразованип нации и дальнейшем подтверждение в работах многих авторов и расширили представление о сущности процесса.

Процесс оглееняя пород как своеобразна тйп вкветрнваняя, в основном, изучается почвоведами и геохимиками. Приоритет в изучения глеевого процесса и глеевых грунтов с позиции инженерной геология принадлежит'Грузинской школе инженеров-геологов, которые продолжают интенсивные исследования и в настоящее время. Инженерно-геологичео-кое изучение оглеенных грунтов связано с мелиоративным освоением Колхиды, в связи с чем большие работы были проведены различиями научными и производственными организация;/.;!, из которых наиболее важны работы Грузинского технического университета, Тбилисского государственного университета, научного института ТрузКЛЛГиМ", производственного объединения 'Трузгеология", проектных институтов 'Труз-гипроьояхоз", "Кавгипротранс" и др.

О 1а71 года в Секторе гидрогеологии и инженерной геологии ведутся работы по всестороннему изучению процесса оглееаия колхидских пород, б которых принимает участие автор. Оглеение рассматривается как процесс биохимического выветривания пород на стадии гипергенеза.

Глееобразоьлтелъние процессы б Колхиде значительно изменяют состав, состояние и свойства пород и в первую очередь, прочностные свойства и фильтрационную способность. Понижение прочностных свойстг является причиной различных видов деформации в оглеенных породах. Изучение механизма оглеения пород и его последствий позволит по возможности эффективнее выбрать методы повышения их прочности и

рационально использовать оглеенные территории.

Глава 2. Природные уоловил центральной Колхида

Исследуемая территория низменности представляет центральную часть Колхиды,ограниченную с севера-рекой Хобас-цкали.с юга - р. Риони и оз.Палеостоми.с запада - Черным морем,и с востока - р.Теху-¡¡л. Оо'щая площадь территории 253 км**.

Колхидская низменность является самой низкой частью западной золы погружения Грузинской глыбы Ш,Д.Гамкрелидзе,1964).

Четвертичные отложения, которые определяют инженерно-геологическую обстановку региона,представлены древними и современными континентальными и морскими отложениями разной мощности.

Большую часть исследуемой территории занимают аллювиально- • озерно-болотные отложения голоцена,образованию которых способствовали частые и продолжительные наводки ¿Эти обложения в основном представлены сильнооглеенными глинами голубоватого цвета.В них часты прослои и линзы песков,супесей и реже включения мзлкообломочного материала.Мощность аллювиально-болотных отложений изменяется от 10-30 м в северной части до 200-м и более метров - в центральной части.

К концу плейстоцена современный структурно-геоморфологический облик Колхидской низменности был в основном уже 'сформирован (Ш.А. Адамая,1Э64; Ы.К.Вахания,1973). В голоцене продолжалось дифференциальное погружение низменности.продолжающееся по настоящее время. На основе анализа мощностей плиоцен-плейстоценовых отложений и по определению радиоуглеродного возраста (С*4^ включений торфа в соответствующих отложениях голоцена осевых участков низменности выявлена неравномерность скорости их погружения, которая в плиоцене -изменя-»

лась от 0,2 до 0,4 мм/год, а в поднеплейстоценовое - голоценовое время - от 2 до 4 мм/год (В.С.Алпаидзе,Ф.К.Шенгелия,1989). В настоя-

щее время максимальное опускание суши в районе г.Поти составляет 5,57 мм/год. (Г.СЛетревела и др.,1985), а по мере удаления от побережья оно значительно уменьшается вплоть до замени его положительными движениям в периферийных частях низменности.

Центральная часть Колхидской низменности .образованная аккумулятивной деятельностью рек. характеризуется ровшшш рзльофол,постепенно понижающимся с востока и северо-востока на запад л юго-запад. Абсолютные отметки меняется от 0 до 20-25 м. Локальные углубления характеризуются отрицательными отметками (-1-2 м). Средний по-перёчный уклон низменности составляет 0,0005.

Обилие атмосферных осадков, со среднегодовой сук/,о:: в 16001900 мм в год и специфичность их режима с ливневым характером обусловливают положительный баланс увлажнения ра;:она, т.е. осадки везде превышают испарение колеблются в пределах +400-+2С.СС мл.

Характерной чертой гидрогеологии Колхидской низменности являзт-ся отсутствие ясно Еыраженного подземного потока и насыщенность груятоьой водой. Это объясняется обилием атмосферных осадков, слабой водопроницаемостью грунтов и замедленным поверхностно стоком.

По химическому составу грунтовые вода Колхида Относятся к типу гидрокарбонатно-суль^лтно-кальциевых, резо гимрокарсопатно-к^лыневше.

Глава 3. Инженерно-геологические условия междуречья Риони-Хобя

В пределах исследуемого района выделяется два инженерно-геологических подрайона и.М.Буачидзе, 1970):

1) Современные песчано-донные и илистые,морские образования;

2) Песчано-глинистые болотно-глеевые образования.

Отложения первого подрайона прослеживаются узкой полосой по берегу Черного моря и с инженерно-геологической точки зрения предста-

вляют определенный интерес, так как распространены в зоне курортного освоения Черноморского побережья и представлены песками и супесями, шириной 0,5-1,5 км.

Особый интерес представляет второй подрайон, где широкое распространение имеют оглеенные грунты .Подрайон этот располагается непосредственно за данной -полосой песчаных образований и занимает подавляющую часть исследуемой .территории. Грунты здесь в основном представлены аллюваально-оззрно-болотными глинами, суглинками, супесями х и песками. Широко распространены также торфы".

Все.разновидности грунтов второго подрайона можно объединить в 2 группы: неоглевшше и оглеенные (Г.И.Чохонелидзе, 1974).

Характеристика этих пород приводится ниже в следующих главах.

Инженарн о-г еошогические процессы. Из инженерно-геологических процессов на исследуемой территории имеют развитие заболачивание,оглеени'е-",размывы и аккумуляция наносов и деформации бортов каналов (оползии).

В борьбе с заболачиванием наиболее важным мелиоративным мероприятием является отвод избыточных вод с осушаемых земель сетью во-досборно-осушительных каналов.Трассы каналов проходят в слабых огле- ' енных грунтах и вдоль осушительных каналов почти на всем протяжении развиты оползни. Все виды деформаций,наблюдаемые Ьо трассе каналов, нарушают устойчивость их поперечных профилей и тем самым уменьшают их пропускную способность.

Глава 4. Изменение состава,строения и свойств глинистых пород при оглеении

В междуречье рр.Риони-Хоби изучены образцы различных грунтов из многочисленных разрезов.Были пробурены 238 скважин (максимальной глубины до 30 м) и проведены 48 шурфов (глуб.до 3,5 м).

Глинистые порода исследуемой территории имеют различную окраску - от светло-желтой до голубовато-сизой, в зависимости от интенсивности оглеения.

4,1. Вещественный состав

Гранулометрический состав. С увеличением интенсивности оглеения во всех разрезах увеличивается содержание глинистой фракции (как при гранулометрическом, так и при микроагрегатном анализе грунтов) и особенно его тонкая фракция, в основном за счет уменьшения пылеватых частиц.

Химический с о-с т а в . Работами многих исследователей (Г.Н.Высоцкий, 1905; К.З.Зеригина, 1953; Ф.Р.Зайдальман,1974, 1Э78 и др.) установлено, что наиболее ярким диагностическим признаком глееобразоваыия ят ляетск вынос железа. Поэтому наибольшее внимание было уделено изучению содержания этого элемента. Кроме железа валового были определены содержание свободного (несиликатиого) железа по методу Мерра-Дхексоиа и аморфного железа методом Тамма. Определялось также изменение реакции грунтового раствора (рй среды) в содержание органического вещества но методу НЛ.Бетелева (1979). В исследуемых разрезах наблюдается перераспределение аморфных я окристаллизоваяныя форм свободного железа; характерно преобладание аморфных форм железа в оглеенних слоях.

Реакция грунтового раствора, определенная по водным вытяжкам, меняется от слабокислой в яеоглеенных грунтах до нейтральной и слабощелочной - в оглеенних.

Количество органики незначительно во всех изученных нами разрезах. Наибольшее содержание проходится на яеоглееяяые покровные горизонты,где ее количество в некоторых случаях превышает 5-6?. с огаеением количество органического вещества уменьшается не превышая 2% в сильно оглеенных породах. .

Ми неральный состав. Исследования показали, что неоглеенные и оглзенные разности глинистых грунтов представлены породами полиминерального состава. Из неглинистых минералов чаще всего встречаются тонкораздробленный :сварц,полевые шпаты,гидра-тизированные -слюды, а также аморфные и окристаллизованные формы полуторных окислов железа и алюминия. В ряде случаев породы обогащены карбонатами.

В составе глинистых генералов присутствует гидрослюда,монтмо-рлллош1т,каотнит,хлормт,вермикулит,реже галлуазит, в виде примесей - кальцит, гидроокиси железа,органику.

Судя по электронно-микроскопичеоким снимкам и результатам де-риватографического анализа в неоглеенных породах превалируют гидрослюдистые минералы. В виде примесей присутствуют монтмориллонит, каолинит,хлорит,а также гётит и органика.В оглеенных образцах преобладает монтмориллонит с примесью гидрослюды и каолинита.Количество хлорита небольшое, гётит отмечается редко.

Рентгеноструктурный анализ выявил более сложную картину в составе глинистых минералов - с оглеением в породе увеличивается содержание смектитового материала за счет разложения гидрослюд и хлоритов, на что указывает уменьшение количества последних в оглеенных породах. Довольно четко прослеживается увеличеш!е содержания в оглеенных образцах смешаннослойных хлорит-смектитовых и хлорит-вер-микулитовых минералов.В неоглеенных породах наиболее часто присутствуют гидрослюда и хлориты в различных соотношениях,нередко и в равных.С 1азвитием же процесса оглеения наблюдается появление сме-шанно-'сл' '{ных минералов:хлорит-верликулита,хлорит-монтмориллонита, вермикулит-монтмориллонита, а также монтмориллонита .Достаточно яс1ю отмечается на рентгенодифрактограммах также увеличение приоглеении содержания каолинита,который в яеоглеенной породе нередко отсутствует.

4.2. Структурно-текстурные особенности

Анализ штатов показал, что для неоглешшх пород характерна еле-вропеллтовая я псаммо-алевропелитовая структура, а для оглеонььпс -пелитовая структура и тоякочеиуйАатое строение.3 первых преобладаю'.? сравнительно крупные агрегаты и поры; последние же имеют мпкроагре-, гатное.а чада слитное строение;® ких отмечашся органо-танералънне соединения.

Изучение изменения макростроения глинистых пород с помощью растрового млкроскопа выявило следующую закономерность.Для неоглеои-ных разностей характерным является матричная микроструктура с неориентированной глинистой массой, реже ламинарная микроструктура с ориентацией структурных элементов по напластовааию.Глинистое вещество породи агрегировано.микроагрегаты имеют пластинчатую ^орг^у,трепаны мехду ними неясно сражены. Преобладают контакта переходного и коагуляцпонного типа. Б неоглееншо; породах присутствую? ;ликроагре-гаты первого порядка,которые в начальной стадии оглеения нгчинлкт дробиться на макроагрегатн второго порядка .При этом локлвуется мс.ч;-кикроагрегатная пористость,конфигурация и размеры пор различимо. Мякроагрегаты второго порядка, в свою очередь, при увеличении степени оглеення раскаляются на мелкие плаётилкп,хсро;::о гк^нтурвипчА, неоглеешше,которые также расщепляются на чешуйки и волокна,позмож-но',за счет образования органо-минеральных соединений.Микроагрегатн второго порядка образуют макроструктуру,похожую на скелетную,которая затем переходит в ячеистую,с коагуляционшм типом контактов.

4.3. Микробиологическая активность оглеенных грунтов

Глинистые грунты изучаемого района характеризуются повышенной влажностью,поэтому в толще глинистых пород создаются сильно восстановительные условия,способствующие размножению различных £орл ми-

кроорганизмов в бескислородной среде ведущих себя как анаэробы и участвующих в глееобразованки.При дефиците кислорода практически все группы микроорганизмов создают сильно восстановительную обстановку, поэтому бактерии, развивающиеся в восстановительных условию:, принимают участие в процессах образования глея.

Одним из основных процессов,происходящих в глинистых породах при оглеении,является восстановление окисных соединений железа в эакксные.

В восстановлении окисных соединений железа может принимать участие разнообразная микрофлора,большинство из которой относится к роду (Т.3.Аристовекая, 1956; А.Ю.Дарагаи.1967; Э.П.Трашаноа, 1968) \iac\iiuS) сЁм^Жит, Рсеис/отопаз И др. Поэтому присутствие этих групп микроорганизмов в оглеенных породах исследуемого района можно считать признаком участия некоторых ЩсляноюГслшГ и денитрифицирующих бактерий в процессах глееобразования.

В грунтах Хобского района,максимальное количество железо-восста-навльвашдах микроорганизмов фиксируется на глубинах 3,0-4,5 м и глубже, что вероятно обусловлено оптимальными условиями их существования на этих глубинах.Сравнение количества этих микроорганизмов в верхних неоглеенпых и слабо оглеенных горизонтах (единицы и десятки тыс.на I г сухого грунта) с их содержанием на глубинах-(до 5500 тыс .на I г сухого грунта) показывает резкий скачок значений в пределах глубин 1,5-2,0 м, что совпадает с уровнем стояния грунтовых вод.

4.4. Физические свойства

Естественная влажность оглеенных глинистых грунтов изменяется от 23 до 73/5,а неоглееняых от 16 до 56$.Во всех разрезах оглеенные образцы более влажные,чем частично оглеенные,частично оклеенные -чем неоглеешше.Почти повсеместно до глубины 10-15 м влажность увели-

читается, а ниже до. ДО и постепенно уменьшается.

Предельные значения тглотностя минеральной части оглеенных глин изменяются от 2,65 до 2,78 г/см3, в среднем составляя ¿,71 г/см3,а неоглеенных от 2,63 до 2,75 г/см? со средним эначгш!ем 2,70 г/см3. Плотность оглеенной породы изменяется от 1,51 до 1,98 г/см3, в среднем составляя 1,72 г/см3, плотность сухого.грунта изменяется от 0,91 до 1,57 г/см3 со средним значением 1,17 г/см3, что характеризует его как породу с малой плотностью сложения.

Неоглеенные глины более плотные,предельные значения плотности изменяются'от 1,60 до 2,6'2 г/см3,со средним значением 1,76 г/см3. Плотность сухой породы 1,01-1,70 г/см3,со средним значением 1,27 г/см3

Во всех разрезах с увеличением степени оглезнноста.плотность породы уменьшается, что можно объяснить интенсквнпм выносом п^и огле-ении грунта металлов в виде водорастЕоркмкх органомднеральных комплексов,а также монтмориллонитазацией породы,увеличивающей ее гидро-фкльность и набухаемость.При водсласвдешш такие грунты сильно разуплотнены.

Уменьшение плотности при оглеении глинистых грунтов сопровождается увеличением пористости. Пористость и коэффициент пористости неоглеенных пород меньше^тгчастичн^ оглеенных, а пористость частично оглеенных грунтов меньше - оглееияих.

Изучение пластичных свойств показало,что,пределы и число пластичности исследуемых грунтов изменяются в довольно широких пределах, находясь в тесной зависимости от гранулометрического состава и содержания в грунтах гидрокислов железа.

4.5, Водные свойства

Размокаемость . Глинистые грунты в состоянии естественной влажности более 30$ размокают гораздо в меньшей степени или почти не размокают,размокаемость же в воздушно-сухом состоянии

изменяется в широких пределах (от о мааут до 10-11 часов) .Как правило, образцы верхней (0,5-2,6 м) толщи,.характеризуются меньшей скоростью разглокаяля,что,возможно,обуславливается скоплением в верхнем слое гидроокгслов нелеза, оказывающих цементирующее влияние на частица породы,повышая ее срочность и водоустойчивость.По характеру раз:.»кенма грунты с различных участков несколько отличаются друг от ад/га, что заьлс;:т в основко:,! от их агрегатного состава.

п а б у х а ц и е . Ввиду того,что оглеешше грунты в естест-в-знншс условиях залегания являются максишльно переувлажненными и уже находятся в набухшем состоянии,величина их набухания ничтожная, несмотря на монткориялонитоБый состав грунта.

Зодопроница ем ость.. Оглеешше грунту практически водонепроницаемые.Средние значения коэффициента фильтрации неогле-

енных суглинков составляют 3.10 см/сек,для оглеенных- он равен

5 ' 5

5.10 см/сек.Коэффициент фильтрации оглеенных пылеватых глин 10 -

10"^ см/сек, для неоглзенных - - Ю-5 см/сек.

Уловить особых различий между показателями фильтрации неоглеен-ных и оглеенных тяжелых глин не удалось, так как тяжелые глины практически не фильтруют и их коэффициент фильтрации характеризуётся величиной 10 см/сек.

4.6. Механические свойства

Как показали данные компрессионных исследований,обработанные методом математической статистики,оглеешше грунты при малых нагруз ках (0-0,3 МПа) относятся к сильно сжимаемым грунтам. Неоглеенные грунты в интервале тех же нагрузок среднесжимаемы.а сильносжимаемы-ми их можно считать в интервале нагрузок 0-0,1 Ша.Коэффициент сжимаемости глинистых пород исследуемой территории по разрезам с глубиной по каре увеличения степени оглеения увеличивается до глубины 10 и; ниже этот показатель постепенно уменьшается и с глубины 20 и,

породы становятся достаточно плотнили и слаббежиьакя;»».

Влияние оглеешш четко отражается и на сдвиговых показателях глинистых пород .Л»: нео глеианих глинистых пород сдвиговые показатели в среднем составляют:угол внутреннего трения V3-10-15°,сгпплэкле С=0,С2-0,033 МПа.Резкой раснада между свойствами неоглеенных пород и пород с признаками оглзеяия установить не удалось, хотя аг::отор-гя тенденция к их уменьшению в породах с признакагш оглеения все же прослеживается.В частично оглеенных породах характерные показатели сдвига уменьшаются в среднем У до 7-10°, а С до 0,005-0,017 ¡/Па. Оглеешше же породы резко отличаются по своим сдвиговым показателям - здесь У =2-6°. и 0=0,003-0,008 МПа.

Глава 5. Моделирование процесса оглё?иия 5.1. Методика проведения эксперимента

Искусственное оглеение колхидских пород произведено впервые. Всего было проведено 42 эксперимента.Глееобразованпе изучалось как на образцах ненарушенной структуры, так и на образцах нарушенного сложения (пастах).Для искусственного оглзеняя создавался постоянный температурный режим 20-25°С в течение - 2-5 лет,В целях изучения влияния температуры на скорость оглеения были проведены серии опытов также при температурах Ю°С и 35°С.

Для оглеения использовался торфяной экстракт,приготовленный из тор^а и дистиллированной воды в соотношения 1:20 с добавкой Сахаровы в качестве энергетического материала для микроорганизмов.Раствор инкубировался при температуре 20-25°С_в течение 7 суток.После сбраживания образцы погружали в раствор,сосуды плотно закрывались и обвертывались черной бумагой с целью изоляции от дневного света.

5.2. Результаты экспериментальных исследований

В результате экспериментов было-установлено,что скорость и характер оглеения образцов в зависимости от температуры,содержания

-iß -

органика и состава используемого раствора различяы.С увеличением содержания органического вещества интенсивность процесса оглеения резко возрастала как пра использовании торфяного экстракта,так а в дистиллированной воде .С повышением температуры пра других равных условиях скорость оглеения увеличивалась.

Как оказалось,при создании наиболее оптимальных условий (температура 30-35°С,наличие органики в самой грунтовой пасте и использо-вакие торфяного экстракта) в течение трех месяцев практически грунтовая паста уже была оглеена.

После 2-х годачного оглеения грунтовых паст повторно определяла содержащие органического вещества. Вследствие оглеения содержание органики хотя и в малой количестве,но умеиьшае4ся,что объясняется использованием ее микроорганизмом в процессе своей жизнедеятельности.

3 процессе оглеения активное участие принимают анаэробный азот-фиксатор, количество которого в неоглеенном образце составляло 0,6 тысяч, а после годичного и двух годачного оглеения увеличилооь соответственно до 650 а 700 тыс.клеток на I г сухого грунта.Численность денятрификаторов, представленных в основном бактериями Pseudomonas почти в 2 раза больше в оглеенных грунтах.В процессе искусственного оглеения важную роль играют железовосотанавливающае бактерии,количество которых достигло 6-7 миллион бактериальных клеток на X г або. сух.грунта,что почти в 200 раз превышает их содержание в неоглеенних образцах.. ,

Во всех исследованных образцах с уменьшением валового содерка-' ния железа уменьшается количество неделикатного (свободного)железа при весьма стабильном содержании силикатного железа.Эта закономерность более отчетливо наблюдалась в глинистой фракции порода.

Содержание аморфного железа увеличилось в 2-2,5 иногда и в 3 раза,а окрасталлизоваяного уманьшилось в 2-3 раза и более,что должяо

- 1Э -

быть связано с переходом части железа из окристаллязованаого состояния в аморфное.

Длительное искусственное оглеение обусловило изменение jü среды, которая от слабо кислой стала нейтральной и слабо щелочной.

.......Определение состава глинистых минералов рентгеноструктурным

анализом глинистых фракций грунтов после 5 годичного оглеения пока- . зало определенную тенденцию вермикулитизации хлоритов.

В результате оглеения наблюдалось увеличение содержание глинистой фракция как в глинах, так и суглинках.Диспергация глинистых частиц отчетливо прослеживается и яа электронное дикроскогшчеекюс снимках и по результатам растровой электронно-микроскопии.

После годичного оглеения у всех образцов (грунтовая паста из суглинка,г.яина и легкий суглинок ненарушенного сложения)увеличилась влажность,пределы пластичности и текучести.Уменьшились значения плотностей порода и сухого грунта при повышении общей пористости.Увеличение степени оглеения пород сопровождается уменьшением доли крупных влагопронацаемых пор и увеличением доли мелких водонепроницаемых пор, что приводит к снижению коэффициента фильтрации.

После 2 годичного оглеения с повышеняей содержания органического вещества в грунте сопротивление сдвигу резко уменьшилось: от 0,019 до 0,008 Жа.Уменьшение сопротивление сдвигу после 5 годичного оглеения наблюдалось и в глинах ненарушенного сложения: угол внутреннего трения уменьшился с 20° до 10°, а сцепление от 0,026 до 0,011 Ша.

Общеизвестно,что при строительстве и эксплуатации водохранилищ, мелиоративных,гражданских и промышленных сооружений нередко происходит поднятие уровня грунтовых вод, в результате чего грунты оснований оказываются в водонасыщенном состоянии .При наличии других благоприятных условий j! груйтах врзможно" развитие процесса оглеения, что может вызвать ухудшение их физико-механических свойств и,как следствие, деформаций сооружений.. ?

С целью прогнозирования изменения физико-механических свойств грунтов в условиях оглеения предлагается провести искусственное оглеецае образцов грунтов оснований сооружений по нижеописанной методика с применением торфяного экстракта. Изменение показателей физико-иаханлческих свойств грунтов необходимо учитывать при проектирования инженерных сооружений во избежание возможных деформационных явлений.

5.3. Степень оглеения как показатель измененное™ инженер-

Как выше уже, отмечалось, при оме екай происходит вынос железа,в осношом.за счет его свободных форм.Ярко выражено увеличение содержания аморфного железа и уменьшение окрйсталлизованного,что связано с переходом части ок^сталлизованного в аморфное состояние, т.е.в процессе оглеения с уменьшением свободного железа в целом, увеличивается ее составная часть-аморфная.По соотношению аморфного и свободного железа ([уможно охарактеризовать интенсивность

неоглеенных грунтов не превышает 0,20; с увеличением оглеенности оно возрастает и в сильно оглеенных породах достигает 0,80 я бол<зе.

Степень оглеения была использована в качестве классификационного признака дая оценки строительна свойств и прогнозирования деформационных явлений в исследуем»; породах .Для каждого классификационного типа пород возможны проязлеяяя определенных деформационных явлений, своевременное предотвращение которых намного удешевит строительство и эксплуатацию сооргу-шшй. Всего выделено 4 типа глинистых пород:

1). "Неоглеенные глинистые породы (степень оглеения до 0,20)

2). Глинистые породы с признаками оглеения (степень оглеения

но-геологячесхих свойств глинистых пород при оглеения

оглеения т.е. степень оглзеннооти пород.Соотношение

от 0,20 до 0,30)

* 3). Частично оглаенные глинистые породы(степень оглеения 0,3-0,5) 4). Оглеешше глинистые породи (степень оглеения свыше 0,50)

Первые два типа пород характеризуются почти одинаковыми инженерно-геологическими свойствами и соответственно в них можно ожидать проявления идентичных деформационных явлений.Они обычно гидрослюдистого состава с небольшой примесью контмориллонита.Характвразуются упорядоченной структурой и обычными для глин водными и прочностными свойствами.

Частично оглеенныо и оглеешше породы значительно отличаются от первых двух типов как по составу и состоянию, так и по своим свойствам .Для частично оглеенных и оглеенных глин характерен монтморв-ллонит-гидрослвдистый состав глинистых минералов,структура становится неупорядоченной,агрегированность пород уменьшается и соответственно увеличиваются дисперсность а возможность удерживания на поверхности большого количества воды,что оказывает большое влияние на свойства грунтов.В зависимости от степени оглеения изменения прослеживаются почти во всех свойствах,но не всегда одинаково четко. С увеличением степени оглеения увеличивается влагоемкость,пористость, пластичность,размокаемость, деформируемость я уменьшаются плотность грунта,водопроницаемость и прочностные характеристики. Неоглеенные глины и о признаками оглеения относятся в основном,к среднесжимае-мым породам.Оглеешше порода относятся к сильносжимаемым.а частично оглеешше занимают промежуточное положение между средне-и еяль-носяимаемши породами.

В показателях сопротивления глинистых пород сдвигу прослеживается определенная тенденция к их уменьшению в породах о признаками оглеения.Однако установить четкую границу до сдвиговым свойствам не удалооь.В частично огяеенных породах сдвиговые характеристики значительно изменены.ЗдесьV =5-12°, 0=0,007-0,015 Ша. Наиболее

резко от других тиаов пород отличаются оглеенные породы, которые характеризуются средними данными V =3°, 0=0,0055 Ша.

Еа основании обработки и научного анализа большого фактического материала по проявлениям деформационных явлений в различных гидротехнических и гражданских сооружениях Колхиды выделены наиболее типичные виды деформаций, связанные с оглеением и проявлявшиеся различно в зависимости от его интенсивности. Такая классификация дает возможность прогнозирования я своевременного предотвра-цения деформационных процессов, развитых в результате оглеения.

£ виду специфичности состава, строения, свойств и поведения в основаниях сооружений оглеенные глинистые грунта нельзя считать обычными водонасыщешшми глинистыми псродами. .Отсюда вытекает необходимость четкого разграничения слабых водонасыщешшх в оглеен-ша глинистых грунтов.

Поэтоцу автором ставится вопрос и внесении оглеениых глинистых грунтов в "СНвП 2.02.01-63. Осноыния зданий я сооружений" в качестве самостоятельного типа специфических грунтов, требующих особого изучения при изыскательских работах, с выделением главы "Особенности проектирования оснований сооружений, возводимых на оглеениых грунтах". Также считаем целесообразным в "СНиП 1.02.07-87. Инженерные изыскания для строительства" в главе "слабые грунты" выделить оглеенные грунты в качестве самостоятельной группы, как илы, с ал рапе лл, торфы, заторфоьшшые грумш и др.

Глава 6. Корреляционно-регрессионный и фактодакй анализы данных исследований

Проведенная математическая обработка данных исследований 156 образцов оглееаных а 79 яеоглеенных пород показала интересные статические зависимости нормативных показателей от содержания свободного и аморфного железа и степени оглеения.

Особо следует отметить, что степень оглеения и содержание аморфного железа обнаруживают везде одинаковую корреляцию как во численному значению, так и по знаку со всеми характеристиками грунтов. Исключение составляет содержание свободного железа, которое обнаруживает значимую отрицательную связь со степенью оглеьшая и незначимую отрицательную связь с содержанием аморфного железа.

На основе корреляционных матрац составлена уравнения регресс;,ü для предсказания одних нормативных показателей с помощью других (более сложно определяемых нормативных показателей о помощью простейших). Некоторые, наиболее значительные из них приведены ниже в таблице.

Составленные корреляционные матрицы позволили установить гляэ-яне факторы формирования инженерно-геологических свойств глинистых 1 пород района и оценить вклад каждого фактора.

Для неоглееяных глинистых-пород около 93^ изменчивости обусловлено влиянием 5 факторов, причем эти величины более или менее равно-лерао распределены между ниш.

Изменение физико—механических свойств глинистых пород, происходящее при оглеении, отразилось на распределении факторных нагрузок.

Глава 7. Инженерно-геологическое районирование междуречья Риони-Хоби в целях гидромелиоративного строительства

Изучение деформационных явлений на каналах гидромелиоративной системы и установление степени оглеенности грунтов оснований.позволили провести инженерно-геологическое районирование территории междуречья Риони-Хоба по показателю степени оглеения с выделением устойчивых и неустойчивых участков. Как показали исследования, каналы изучаемого района, при принятой высоте (глубине) и заложении

Уравнения связи между физико-меха*яческими свойствами глинистых грунтов междуречья Риони-Хоби

Тая грунта

а

уравнения

Уравнение регрессии

Коэффициент корреляций

Дисперсия уравнения регрессии

g I

а н о

1

2

3

4

5

6

7

8

ат=0,155 Ам* -0,221 Дм

3^2,667^-0,234 f =16,39-7,57 Am f =17,76-20,22^" f=6,S7c/* -7,69 0=0,0246-0,01X8 Am 0=0,0269-0,0318*1* C=Q,0II5%#-O,OK9

0,826 0,839 -0,761 -0,687 0,604 -0,794 -0,935 0,737

0,215 0,2007 14,42 7,29 21,771 0,000055 0,000036 0,000059"

<D <D US St ш ka

Büb ai f: к 5i 3 fej 4 El D,

О t-i

9

10

11

12

13

14

p =2,0382-0,0067\»/ в =5,64-2,438p в =0,025\x/ +0,163 У -15,74-6,766 0=0,01189-0,0001^ aj=6,9057-4,27S 7 Я

-0,738 -0,874 0,958 -0,628 -0,541 -0,679

0,0176 0,0342 0,0ПЙ 10,086 0,0000055 0,376

ф

я <u

я ra

ЧЬЯ

15

16

17

18

19

20 21

j>=2,0336-0,0071W $ =0,0263v+0,I479 в =5,4548-2,4423jJ i> =23,34-0,275Jp f =22,29-0,1303 г/ C=0,00032jfp +0,01219 aj=I,4502v^ -0,6491

-0,737 0,962 0,860 -0,746 -0,798 0,608 0,844

0,004 0,0053 0,0187 9,40 7,699 0,000026 0,0607"

Ам - аморфное железо; elf - свободное железо; оглеения; гл - глинистая фракшя.

степень

откосов находятся в устойчивом состоянии, если грунты, слагающие каналы>характе ризуются показателем степени оглеения меньше 0,50 и, наоборот, т.е. в сильно оглеенных породах, более 0,50 (по нашей классификации) борты каналов при принятой высоте и заложении откосов находятся в. неустойчивом состоянии.

Для предотвращения деформационных явлений в гидромелиоративных каналах в районах распространения сильно оглеенных глинистых пород необходимо уменьшить глубину и угол заложения откосов.

Основные выводи

1. Основным процессом, обусловливающим инженерно-геологические условия строительства в заболоченных депрессиях Колхиды является оглеение, охватывающее толщу более 30 м. Процесс рассматривается как своеобразный тип биохимического выветривания, происходящий в условиях неотектонического погружения территории, длительного переувлажнения пород и аяаэробиоэиса при наличии гумубййрованных"органических веществ.

2. Наиболее четким диагностическим признаком оглеения можно считать перераспределение и вынос различных форм железа, в особенности изменение соотношений содержания окристаллизованного и аморфного железа. При порода считается сильно оглеенной.

Ь?ам.

Для количественной характеристики оглеенности глинистых пород вводится показатель степени оглеенности, выражающий отношенио содержания аморфного железа к свободному.

3. В профиле глинистых пород междуречья Риони-Хоба по степени оглеения выделяются: I. Неоглееняые порода (степень оглеение до (0,20). 2. Породы с признаками оглеения (степень оглеения 0,20-0,30). 3. Частично оглеенные нороды (степень оглеения 0,30-0,50). 4. Огле-еяные порода (степень оглеения более 0,50). В зависимости от степе-

ни оглеения различно изменены состав, состояние и свойства оглеенных пород.

4. Б зоне биохимического вывзтривания с увеличением степени оглеения наблюдается уменьшение количест:аа органики, карбонатности, содераания окисных соединений элементов с переменной валентностью, изменение состава и содержания глинисты* минералов, уменьшение агрегатноств, увеличение дисперсности и адсорбционной способности грунта.

5. Плотность глинистых пород и плотность минеральных частиц уменьшается, а пластичность, пористость, набухаемость и размокае-мость увеличиваются, ¿ильтрационная способность глинистых пород понижена до практически непроницаемой. Прочностные и деформациои-ные свойства пород в результате оглеения ухудшаются. Значения ^ и С в среднем составляют для неоглееьных У =16° С=0,025 Ша, о признаками оглеения V =16° МПа, частично оглеенныхУ =8° 0=0,0074 Ша, оглеенных У =3° 0=0,005 Ша.

По значению коэффициента сжимаемости в интервалах нагрузок 0-0,3 Ша оглееные грунты относятся к сильносжимаемым, тогда как неоглеенные кожно считать среднескимаемыма, а сильносжимаемыми лить в интервалах нагрузок 0-0,1 МПа.

6. Установлено, что грунты со степенью оглеения более 0,50 при принятых углах откоса неустойчивы а подвергаются деформациям, в связи с чем на территория исол«до№ния проведено инженерно-геологическое районирование с выделением устойчивых и неустойчивых участков.

7. Определены нормативные показатели глинистых пород междуречья Риони-Хобн и составлены корреляционные матрицы, послужившие основой для проведения регрессионного и факторного анализа. Составленные уравнения регрессии позволяют устанавливать прочностные В

деформационные показателя с помощь» простейших физических и химических параметров, что значительно удешевляет затраты при строительстве, Установлены главные факторы формирование инженерно-геологических свойств глинистых пород района и оценены вклады каждого фактора.

8. Повышение уровня грунтовых вод антропогеновыма факторами на участках кеоглеенных пород Колхидской низменности может вызвать значительные изменения состояния и свойств пород в результате их оглеения. Поэтому при проектировании и эксплуатации сооружений в подобных условиях необходимо прогнозировать и учитывать ухудшение свойств пород. Рекомендована методика искусственнее оглеения глинистых грунтов для получения количественных показателей прогноза поведения пород при взаимодействии с сооружениями. '

• ■ ■ ' I

9. Ввиду специфика природы и свойств ставится вопрос о выделе-1 нии в строительных нормах и правилах самостоятельной группы оглеенных пород, для характеристики «которых можно использовать показатель степени оглеения.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Влияние органики на прочностные характеристики заторфован-ных грунтов Колхиды.Совещ.по вопр.фундаментостроения (тезисы докладов). Тбилиси," 1981, с.15-16

2. Экспериментальные исследования влияния органического вещества на прочностные свойства при оглеении глинистых пород Колхида. Сообщ.АН ГССР.т.ИО, X 2, Тбилиси, 1983, с.345-348

3. Классификация глинистых пород Колхиды по степени их оглеён над в строительных целях. Сообщ.АН ГССР.т.Ш.Й 2, Тбилиси, 1983, с.327-332 (в соавторстве Л.А.Церцвадзв, Д.Г .Мельниковой. Г.ИДохо-нелидзе)

4. Изучение закономерностей формирования пород особого состава и состояния в целях прогнозирования их строительных свойств. В кн.: "Закономерности формирования гидрогеологлческих и инженерно-геологических условий Грузии". Тбилиси,Мецнпереба,1984, с.21-27

5. Роль анаэробных бактерий в процессе оглеения на примере глинистых грунтов Хобского района. В кн.: "Закономерности формирования гидрогеологических и инженерно-геологических условий Грузии! 1'бялиси, Мецаиереба, 1984, с.34-37

6. Установление статистических закономерностей физико-механических свойств оглееняых грунтов и их связи с разными формами содержания железа. ;«!атериалы научно-производственной коыф.по пробл. гйдро.я инж.геол. (тезисы докладов). Тбилиси,-1984, с.7-10 (в соавторстве М.П.Шаоршадзе)

7. Изменение минерального состат и структуры колхидских глин при оглеении. Инженерная геология. 1988, Я I, с.37-45 (в соавторстве с Д.А.Церцвадэе, Э.А.Джавахишви.ш)

8. Инженерно-геологические услоаия г.Поти. В кн.: "Инженерная геология и гидрогеология Грузии в свете научно-технического прогресса" Тбилиси, Мецниереба, 1988, с.65-70 (в соавторстве с Л.А. Церцвадзе).