Автореферат: Роль геоэкологических факторов в формировании плывунности песчаных грунтов

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