Влияние химического загрязнения на физико-механические свойства грунтов : На примере Норильского промышленного района

2
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
ВВЕДЕНИЕ............................................................... 4
ГЛАВА 1. ХИМИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГРУНТОВ ПРИ ХОЗЯЙСТВЕННОМ ОСВОЕНИИ ТЕРРИТОРИИ
1.1 Особенности физико-механических свойств засоленных грунтов.......11
1.1.1 Засоленные талые грунты....................................11
1.1.2 Засоленные мерзлые грунты..................................18
1.2 Краткая характеристика климатических и мерзлотно-геологических
условий Норильского промышленного района..........................26
1.3 Техногенное влияние на окружающую среду в Норильском промышленном районе..............................................34
1.4 Методы оценки факторов техногенного воздействия..................46
1.5 Выводы по главе .................................................54
ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОГЕННОГО ЗАСОЛЕНИЯ НА СОСТАВ, СТРУКТУРУ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ
2.1 Методика и объекты исследований .................................56
2.2 Гранулометрический состав и структура............................60
2.3 Химический анализ водной, солянокислой и щелочной вытяжек........76
2.4 Седиментационный объем и pH грунта ..............................86
2.5 Минеральный состав глинистой фракции.............................88
2.6 Пластичность.....................................................88
2.7 Относительное набухание..........................................92
2.8 Прочностные свойства грунтов......................................94
2.9 Выводы по главе..................................................99
з
ГЛАВА З ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ ПОСТРОЕНИЯ ПРОГНОСТИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ ИЗМЕНЕНИЯ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ ПРИ ИХ ХИМИЧЕСКОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ
3.1 Общие положения.................................................102
3.2 Элементы теории нечетких множеств...............................105
3.3 Методика построения прогностических уравнений в нечеткой среде..114
3.4 Выводы по главе.................................................122
•»
ГЛАВА 4 ПРОГНОЗ ИЗМЕНЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕННОМ ОСВОЕНИИ КРИОЛИТОЗОНЫ
4.1 Общие положения.................................................124
4.2 Моделирование физических характеристик засоленных глинистых грунтов 125
4.3 Моделирование прочности засоленных мерзлых грунтов..............130
4.4 Характеристика и конструктивные особенности хвостохранилища.....136
4.5 Прогнозирование устойчивости дамбы хвостохранилища..............144
4.6 Выводы по глазе................................................ 147
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................149
ЛИТЕРАТУРА...........................................................151
ПРИЛОЖЕНИЯ..........................і...............•.................165
I
15
Характер изменения (увеличения или уменьшения) сопротивления сдвигу засоленных грунтов зависит от количественного содержания и качественного состава солей, обусловливающих концентрацию раствора в порах и количество нерастворимого остатка соли. Как правило, наибольшее сопротивление сдвигу наблюдается при малых концентрациях порового раствора и при наличии в грунте нерастворившихся солей.
При проведении инженерно-геологических изысканий на территориях с засоленными грунтами следует учитывать способность содержащихся в них солей растворяться и выщелачиваться при взаимодействии грунтов с природными и техногенными водами, что ведет к разрушению образованных солями цементационных и к ослаблению коагуляционных структурных связей. В результате снижается прочность и повышается деформируемость этих грунтов, развивается суффозионная осадка, увеличивается способность набухания (у глин), изменяются агрегатный состав водно - физические и фильтрационные свойства.
Засоленные грунты являются очень сложным объектом для исследования, поэтому инженерно- геологические изыскания в районах распространения таких грунтов являются трудоемкими , длительными и дорогостоящими (Методика..., 1989). Объясняется это следующими основными причинами .
Засоленные грунты имеют разнообразный гранулометрический состав. Номенклатурный вид засоленных грунтов изменяется от крупнообломочных до глин. Формально эти грунты объединены в одну группу засоленных грунтов, а практически
имеют мало общего с точки зрения их механических и фильтрационных свойств.
*
Например, фильтрация в крупнообломочных грунтах подчиняется законам турбулентного движения потока и сопровождается нередко механической суффозией. В песках, супесях, суглинках фильтрация происходит в соответствии с
16
законом Дарси. В глинах фильтрационные явления практически отсутствуют засоление грунта имеет диффузионную природу. В связи с этим при проведении изысканий в районах распространения засоленных грунтов необходимо выбирать методику, оборудование и вид испытаний, применительно к каждой группе грунтов (Методика..., 1989).
Для предпроектной документации в районах распространения засоленных грунтов при изысканиях должны быть дополнительно установлены: границы распространения и общие условия - залегания грунтов; особенности геоморфологических, гидрогеологических и климатических условий, хозяйственной деятельности, влияющие на процессы засоления, выщелачивания и механической суффозии в засоленных грунтах; типы, состав и свойства засоленных грунтов.
Для прогнозирования изменений механических свойств засоленных грунтов большое значение имеет положение уровня подземных вод, их химизм, а также их режим (Методы , 1979; Курбанов, 1980).
При подъеме уровня минерализованных подземных вод суффозионные процессы в грунтах могут отсутствовать. Однако, при этом нередко происходит кристаллизация солей на стенках пор и капилляров грунтов, фундаментов и подземных частей сооружений, что сопровождается разрушением элементов конструкции и изменением состояния грунтов. Поэтому при инженерно -геологической съемке необходимо детально изучить гидрогеологические условия , включая механизм подземных вод. С этой целью устанавливается положение и
амплитуда сезонных колебаний уровня подземных вод ,. а также отбирается по три
»
\
пробы воды на химический анализ из каждого водоносного горизонта не менее, чем в трех точках исследуемой территории (Методы..., 1979; Методика..., 1989).