CC BY
56
УДК 504.05 Асист. Л.Я. Побережна -
1вано-Франтвський нацюнальний медичний утверситет
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ ЗАСОЛЕННЯ НА Ф1ЗИКО-МЕХАН1ЧН1
ВЛАСТИВОСТ1 ГРУНТ1В ТЕХНОГЕННО НАВАНТАЖЕНИХ
ТЕРИТОР1Й
Розроблено методики зi встановлення фiзичних, мщшсних, деформацшних влас-тивостей засолених суглинюв i глин у лабораторних умовах. За результатами досль джень доведено недоцшьшсть визначення гранулометричного складу засолених грунйв за загальноприйнятими методиками, а також вперше встановлено аналiтичнi залежност мiж мiцнiсними характеристиками грунту та рiвнем його засоленостi. Показано критич-ний вплив вилуговування на зчеплення грунтiв та показники внутрiшнього тертя. Розроблено науково обгрунтоваш та експериментально перевiренi методичнi рекомендацн для визначення деформацшних характеристик засолених грунпв.
Ключовi слова: вилуговування, засоленi грунти, модуль пружностi грунту, техно-генно навантаженi територи, межа пластичностi грунту, гранулометричний склад грунту.
Постановка проблеми. Специфiчнi властивостi засолених глинистих грунпв, що мiстять багато легко-i середньорозчинних солей, i основнi законо-мiрностi змiни цих властивостей внаслiдок замочування i пiдтоплення терито-рiй необхщно знати для обгрунтованого проектування основ i фундаментiв про-мислових i цивiльних споруд на засолених грунтах з урахуванням можливого обводнения !х атмосферними опадами, пiд час замочування або пiдтоплення внаслiдок аварií чи витоюв з мереж водопроводу, каналiзацil, технологiчних трубопроводiв. В умовах сучасного розвитку суспiльства актуальна проблема освоення та забудови значних земельних територш. Велика конкуренция, висока щiльнiсть забудови та недостатнш обсяг земельного фонду призвели до залу-чення шд будiвництво структурно-нестiйких грунпв Калуського промислового району Iвано-Франкiвськоí обл.
Об'ект дослщження - засоленi грунти техногенно навантажених районiв Калуш-Голинського родовища калiйних солей.
Мета роботи - розробити методики iз встановлення фiзичних, мiциiс-них, деформацiйних властивостей засолених суглинкiв i глин у лабораторних умовах.
Виклад основного матер1алу. Для встановлення кiлькiсних залежнос-тей проведено дослiди з розроблення методики та вивчення фiзичних, мiциiс-них, деформативних, фiльтрацiйних i реолопчних властивостей засолених суг-линкiв i глин у лабораторних умовах на зразках, вiдiбраних у районах розробки Калуш-Голинського родовища калшних солей. Зразки грунтш вiдбирали зi шур-фiв через кожнi 0,5 м по глибиш до рiвия пiдземних вод. Для визначення хгшч-ного складу та мiнералiзацií тдземно! води взято проби нижче рiвия пiдземних вод. Дослщи проведено з багаторазовою повторювашстю. Вмiст у грунтi водо-розчинних солей встановлено шляхом визначення сухого залишку водно!' ви-тяжки. Як показали результати дослщжень (табл. 1), грунти експериментальних дiлянок характеризуються великим вмктом легкорозчинних солей, що дае змо-гу вiднести !х до надлишково засолених. Сухий залишок солей становив 7,8 %.
Табл. 1. Хiмiчний склад засолених íрунтiв
Са2+ Мд2+ №++К+ Б042- С1- нсо3-
100 44,4 374,0 428 3,94 123
60 45,2 284,0 381 1,97 99
12 37,9 350,0 396 1,97 123
421 81,0 160,0 560 3,60 113
328 72,0 151,0 641 4,20 154
271 67,0 140,0 481 3,10 124
Фiзичнi властивосп засолених грунпв дослiджено в лабораторних умо-вах з урахуванням впливу солей. Щiльнiсть водонасичених засолених грунтш визначено методом рiжучих кшець, а засолених грунтов твердо!' консистенцц -методом парафiнування, вологiсть засолених грунтш - ваговим способом, вису-шування !х у сушильнiй шафi за температури 60-65 °С до стало!' маси [1].
Щшьшсть частинок грунпв, що мiстять легко- i середньорозчиннi солi, визначено з урахуванням можливосп розчинення солей пiд час вакуумування в нейтральнiй рiдини (зневоднений гас, толуол). Змiну гранулометричного складу засолених грунте у процесi вилуговування солей встановлено без вiдмивання i з вiдмивання солей. Експериментальнi дослщження показали, що зi збшьшен-ням вмiсту легкорозчинних солей щiльнiсть часток засоленого глинистого грунту зменшуеться (табл. 2).
Табл. 2. Взаемозв'язок в.тсту солей та щiльностi частинок Грунту
Вмкт солей, %
1-3
3-5
5-8
Щшьшсть частинок Грунту, г/см
2,69-2,67
2,67-2,65
2,65-2,6
Щшьшсть засоленого глинистого грунту залежно вщ складу легкорозчинних солей змшювалася в межах 1,80- 1,86 г / см3 i не залежала вщ !х вмкту. Отже, щшьшсть не е показником специфiчних властивостей засолених грунпв. За наявностi значного вмкту легкорозчинних солей щшьшсть частинок грунту становить 1,40-1,50 г / см3 i може слугувати непрямою характеристикою можли-восп розвитку суфозшних процесiв (табл. 3).
Табл. 3. Фiзичнi характеристики засолених 1рунпйв
Грунт № проби Фiзичнi характеристики засолених Грунпв
Р У V V Ра е
Суглинок 1 1,80 2,76 0,28 0,02 1,40 0,98 0,80
2 1,82 2,77 0,28 0,02 1,41 0,97 0,84
3 1,86 2,77 0,29 0,02 1,44 0,93 0,87
Глина 4 1,90 2,80 0,29 0,02 1,47 0,91 0,91
5 1,93 2,81 0,29 0,02 1,48 0,89 0,94
6 1,97 2,81 0,30 0,02 1,50 0,87 0,97
Вологкть засолених глинистих грунтiв, як показали до^дження, не е характерною властивктю для прогнозування суфозiйних просiдань. Межа плас-тичностi грунпв е важливою характеристикою, за якою встановлюють тип грунту. Однак наявна методика визначення меж пластичносп неприйнятна для засолених глинистих грунпв, оскшьки iз збшьшенням вмiсту сульфатних солей зростае вологкть на межi текучостi, а за вмкту в грунтах хлоридних солей во-
логiсть на межi розкочування виявляеться меншою i значно знижуеться воло-гiсть на межi текучостi (порiвняно зi розсоленим глинистим зразком) (рис. 1). \л/
0,240,220,200,180,160,140,120,100,080,06-1-1-т-,-т-1-т-,-т-1---1-,-1
1 2 3 4 5 6 С, %
Рис. 1. Змта меж пластичноат глинистих tрунтiв за сульфатного (•,о) i хлоридно-сульфатного (■, □) засолення: •, ■ - нижня межа пластичностi; о, □ -
верхня межа пластичностi
Неприйнятним е також визначення гранулометричного складу засолених глинистих грунтш за загальноприйнятими методиками. Проведено спецiальнi дослiдження грунтш сульфатного i хлоридно-сульфатного типiв засолення рiз-ного ступеня. Гранулометричний склад визначено за загальноприйнятою методикою [2] до i пiсля вилуговування. Як показали результати дослiджень, кшь-кiсть глинистих часток (0,005 мм) тсля вимивання солей збiльшилася на 2028 %. Це можна пояснити тим, що за наявност солей в поровому розчинi окремi глинистi частинки злипаються в групи (конгломерати), а за зменшення концен-траци порового розчину цi групи розпадаються. Отже, визначення гранулометричного складу за загальноприйнятою методикою може призвести до помилок.
Необхдао було встановити модуль загально! деформаци для засолених малозволожених i водонасичених грунив i характер його змiни залежно вiд во-логостi та вмкту легкорозчинних солей. Результати дослiджень (рис. 2) показали, що за природно! вологосл засоленi грунти мають дуже високий модуль за-гально! деформаци, що свiдчить про неможливкть розвитку просадних явищ. У разi збiльшення вологостi стисливiсть грунтiв збшьшуеться. Так, для деяких зразкiв грунту при змш вологостi на межi розкочування до вологостi на межi текучостi модуль загально! деформаци зменшився вiд 34,0 до 4,0 МПа. З по-дальшим збшьшенням вологосп до подвоеного значення вологостi на межi розкочування модуль деформаци зменшився до 2,4 МПа.
Отже, за вологост на межi текучосп засоленi грунти мають найменший модуль загально! деформаци, який е характерним для грунтш з великою кшьюс-тю легкорозчинних солей. У зв'язку з цим модуль загально! деформаци засолених грунпв з порушеною структурою потрiбно визначати за вологосп, що дорiв-
нюе або дещо перевищуе вологiсть на межi текучостi, а для засолених глинистих грунтш з непорушеною структурою - за повного водонасичення зразкiв [3].
35 30 25 20 15 10 5
0-|-1-,-1-,-1-,-1-,-1-,-1 5-I-1-.-1-1-1-.-1-1-1-.-1-.-1-1
а) 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 \Л/л О) 0 1 2 3 4 5 С, %
Рис. 2. Змта модуля загальног деформаци Е0 засолених tрунтiв за тдвищення вологостi (а) та вилуговування солей (б)
Спещальний цикл дослщжень стисливосп засолених грунпв проведено на однакових зразках глинистого грунту: один зразок помщали в компресшний прилад (дослщи проводили тд водою), а шший - у компресшно-фшьтрацшний прилад. Через зразок у компресшно-фшьтрацшному приладi протягом доби пропускали дегазовану дистильовану воду за t = 60 °С i градiента напору I = 8-10.
Фшьтращя вiдбувалася через зразок висхщним потоком знизу-вгору. 1н-ф1льтрат збирався в мензурку для визначення хiмiчного складу в проце^ дослi-ду. Потiм однаковi зразки в рiзних приладах навантажували за одшею i тiею ж схемою тиском 0,01; 0,02; 0,03; 0,05; 0,075; 0,10; 0,15; 0,20; 0,25; 0,30 МПа. [4] Як показали результати дослщження (рис. 3), тсля видалення легкорозчинних солей стисливють грунпв значно збшьшилася, а модуль деформацп знизився на 10-75 % порiвняно з результатами дослiджень у компресшних приладах для одних i тих же дiапазонiв тискiв.
А/г/Л 0,120,100,080,060,040,020,00-1-,-т-1-,-1-,-1-,-,-,-1-т-1-,-,-1
0 10 20 30 40 50 60 70 С, %
Рис. 3. Стислив^ть зразкв глинистих 1рунт1в, що мктять легкорозчинм солц за р= 0,1 МПа, суглинок (к) i суглинок загтсований (о, я)
На пiдставi проведених дослiджень можна зробити висновок, що стисли-вiсть глинистих грунпв, що мiстять багато легкорозчинних солей, ютотно зале-жить вiд умов видалення солей. Якщо в процеа будiвництва засоленi глинистi грунти основи будуть схильнi до значного обводнення, внаслiдок чого вщбу-деться !х розсолення, то пiд час розрахунюв доц1льно використовувати модуль загально! деформаци, отриманий пiсля попереднього розсолення грунту. Якщо засолеш глинистi грунти володшть малою проникнiстю, а за технолопчною схемою зведення споруди обводнення не передбачено, то модуль загально1 де-формаци доц1льно визначати на компресшних приладах пiсля водонасичення Грунтiв [5].
Зазвичай у розрахунках фундаментiв використовують характеристики, отриманi пiд час лабораторних дослщжень грунтiв за методикою повшьного консолiдованого зсуву. Однак такi розрахунки е неточними й iнодi е причиною втрати стiйкостi фундаментiв на засолених грунтах як у процеа будiвництва, так i пiд час експлуатацп будiвель i споруд.
Для визначення характеристик мiцностi проведено спещальш лабора-торнi дослiдження зразкiв засолених грунпв з основи експериментального майданчика на приладах одноплощинного зсуву за методикою повшьного кон-солiдованого i швидкого зсуву за природно! пористосп i пiсля попереднього ущ1льнення тд тиском 0,10; 0,20; 0,30 МПа. Дослщжено зразки грунту мало! вологосп i пiсля штучного водонасичення. Всього дослщжено 76 зразкiв за рiз-ними методиками (рис. 4).
Рис. 4. Залежностг мiцностi засолених глинистих 1рунт1в за 0,1 МПа (и); 0,2 МПа
(•); 0,3 МПа (▲): природна вологкть - залитi символи, водонасичення - не залитi
символи
Унаслщок дослщжень встановлено, що засолеш глинисп грунти, як ма-ловолоп, так i водонасичеш, за змши вертикального тиску ввд 0,025 до 0,5 МПа мають стат кут внутршнього тертя ф i зчеплення С. 1стотно! рiзницi не виявле-
но i пiд час порiвняння результапв дослщжень засолених глинистих грунпв (як малозволожених, так i водонасичених) з макропористими лесовими малозволо-женими суглинками.
Щоб виявити вплив легкорозчинних солей на характеристики ]шцносп грунту, з великого монолиу засоленого глинистого грунту вирiзали шкть-де-сять однакових зразкiв для юлець зсувового приладу площею Г = 40 см2. Половину зразюв помщали в компресiйно-фiльтрацiйний прилад, через якi за певно-го навантаження 0,025; 0,05; 0,075; 0,1 МПа пропускали водопровiдну або дис-тильовану воду до вимивання легкорозчинних солей. Кшьккть винесених солей визначали аналiзом витяжки iнфiльтрату. Пiсля цього розсолеш глинистi зразки випробовували на тих же приладах i за пею ж методикою, як i грунти природного засолення.
У всiх сер1ях дослiдiв характеристики мiцностi розсолених грунпв ви-явилися значно нижчими (на 10 %), порiвняно з результатами до^джень однакових зразкiв природного засолення. Особливо зменшуеться зчеплення грунту. Так, шд час дослiдження за методикою швидкого зсуву зчеплення було 0,048 МПа, а шсля попереднього розсолення - 0,010 МПа. За методикою по-вiльного консолiдованого зсуву для засолених грунпв зчеплення було 0,036 МПа, а шсля розсолення - 0,010 МПа. Висновки:
1. Волопсть засолених глинистих Грунпв не е характерною властивiстю для прогнозування суфозiйних просiдань.
2. Доведено неприйнятшсть визначення гранулометричного складу засолених глинистих Грунпв за загальноприйнятими методиками.
3. Модуль загально'1 деформацн засолених Грунпв з порушеною структурою доцшьно визначати за вологостi, що дорiвнюе або дещо перевищуе волопсть на межi текучостi, а для засолених глинистих Грунпв з непорушеною структурою - за повного водонасичення зразыв.
4. Встановлено, що характеристики мщносп розсолених Грунтiв у середньому на 10 % нижчi за аналопчш для незасолених, однак показники зчеплення знижу-ються вiд 3,6 до 4,8 разiв. Надалi шт^бно продовжити системне вивчення цих процешв для встановлення закономiрностей впливу засолення на фiзико-механiчнi характеристики Грунпв техногенно навантажених територiй.
Лiтература
1. ДБН В.1.1-5-2000 захист вiд небезпечних геологiчних процесгв. Будинки i споруди на пiдроблюваних територiях i просщаючих грунтах.
2. ДСТУ Б В.2.1-4-96 (ГОСТ 12248-96). Грунти. Методи лабораторного визначення характеристик мщносп i деформованостi".
3. Мустафаев А. А. Деформации засоленных грунтов в основанных сооружений / А. А. Мус-тафаев. - М. : Изд-во "Стройиздат", 1985. - 280 с.
4. Семчук Я.М. Динамша коефшдента фшьтраци засолених грунтш в процеа вилуговуван-ня / Я.М. Семчук, Л.Я. Долгшня // Екологiчна безпека та природокористування : зб. наук. праць. - К., 2009. - Вип. 3. - С. 59-66.
5. ДБН В.2.1-10-2009. Основи та фундаменти споруд. Основнi положення проектування.
Побережная Л.Я. Исследование влияния засоленности на физико-механические свойства техногенно нагруженных территорий
Разработаны методики по установлению физических, прочностных, деформационных свойств засоленных суглинков и глин в лабораторных условиях. По результатам
исследований доказана нецелесообразность определения гранулометрического состава засоленных грунтов по общепринятым методикам, а также впервые установлены аналитические зависимости между прочностными характеристиками почвы и уровнем его засоленности. Показано критическое влияние выщелачивания на сцепление почв и показатели внутреннего трения. Разработаны научно обоснованные и экспериментально проверенные методические рекомендации для определения деформационных характеристик засоленных почв.
Ключевые слова: выщелачивание, засоленные почвы, модуль упругости почвы, техногенно нагруженные территории, предел пластичности почвы, гранулометрический состав почвы.
Poberezhna L. Ya. The Study of Salinity Effect on Physical and Mechanical Properties of Soil in Technogenic Load Areas
The aim was to develop methods for establishing physical strength, deformation properties of saline loams and clays in vitro. The research proved inexpediency of determining size distribution of saline soil by conventional methods, and the newly established analytical relationship between the strength characteristics of the soil and its level of salinity. A critical impact on the leaching of soil adhesion and performance of internal friction is shown. Some guidelines for determining the deformation characteristics of saline soils are scientifically grounded and experimentally tested.
Keywords: leaching, saline soils, the modulus of elasticity of soil, technogenic load territory, limit plasticity, particle size distribution of the soil.
УДК[504:33]: 332.122:379.84] (477.86/87) Доц. Н.Г. Луцв, канд. екон. наук -
НЛТУ Украти, м. Льв1в
ЕКОЛОГО-ЕКОНОМ1ЧН1 ОСОБЛИВОСТ1 РЕКРЕАЦ1ЙНОГО РОЗВИТКУ КАРПАТСЬКОГО РЕПОНУ
Проаналiзовано еколого-екож^чш особливост рекреацшного розвитку Кар-патського регюну. Наголошено, що втручання людини у життeдiяльнiсть природних екосистем мае здшснюватись на принципах "природно! економжи", яка найбшьшою мь рою вщповщае законам природи. У прських умовах Карпат рекреацшне користування природним довкшлям найменше порушуе структуру i функцюнування бютошв i сприяе розвитку регюну. Описано рекреацшний потенщал Карпатського регюну, який фор-муеться високою люисйстю територн, значною кшьюстю нацюнальних природних пар-юв, розвиненою мережею рiчок i потоюв, наявшстю ушкальних лжувальних мшераль-них вод, великими природно-ресурсними можливостями для оргашзацн зимових видiв рекреацшно! дiяльностi, багатством юторико-культурних рекреацiйних ресурсов.
Ключовi слова: еколого-економiчнi особливостi, Карпатський регiон, рекреацшний потенцiал.
Постановка проблеми. Втручання людини у життед1яльшсть природних екосистем мае здшснюватись на принципах, "природно! економжи", яка за визначенням проф. Ю.Ю. Тунищ [10], максимально вщповвдае вимогам закошв природи. На наш погляд, рекреацшне користування природним довкшлям, зок-рема лком - одним 1з вагомих в еколопчному аспекта бютошв планети, найбшьш повно вщповщае законам природи та структурно-функцюнальнш ор-гашзацп лкових екосистем. З огляду на це, в особливо еколопчно вразливих прських лках ця д1яльшсть людини мае бути прюритетною 1 спрямованою на максимальне використання життезабезпечувальних еколопчних функцш лко-вих насаджень. У рекреацшному вим1р1 лк 1 людина, 11 даяльнкть максимально
