CC BY
11Ионно-солевой комплекс глинистых грунтов и его изменение при выщелачивании солей
о ы
а
а
«
а б
Дорджиев Анатолий Анатольевич,
кандидат технических наук, старший преподаватель, кафедры строительства, ФГБОУ ВО «Калмыцкий государственный университет им. Б.Б. Городовикова», daa821@mail.ru
Дорджиев Анатолий Григорьевич,
кандидат технических наук, доцент кафедры строительства, ФГБОУ ВО «Калмыцкий государственный университет им. Б.Б. Городовикова», lena.dorjieva@yandex.ru
Сангаджиев Мерген Максимович,
кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры строительства, ФГБОУ ВО «Калмыцкий государственный университет им. Б.Б. Городовикова», smm54724@yandex.ru
Арашаев Александр Владимирович,
старший преподаватель кафедры строительства, ФГБОУ ВО «Калмыцкий государственный университет им. Б. Б. Городовикова», sasha-arashaev@yandex.ru
Эрдниев Ольда Владимирович,
кандидат географических наук, доцент кафедры строительства, ФГБОУ ВО «Калмыцкий государственный университет им. Б.Б. Городовикова», oldver@mail.ru
Киселева Анастасия Михайловна,
магистрант, кафедра «Строительство», ФГБОУ ВО «Калмыцкий государственный университет им. Б. Б. Городовикова», nasty36801@gmail.ru
Основной целью представленной работы является получение анализа ионно-солевого комплекса глинистых грунтов и его изменение при выщелачивании солей в результате длительной фильтрации воды. Методикой проведения экспериментов является изучение проб воды, отобранных при рассолении образцов грунта для определения химической неоднородности фильтратов в лабораторных условиях. Минерализация и состав фильтрата выщелоченных разностей грунтов зависят от факторов, среди которых наиболее важны: продолжительность процесса выщелачивания глинистых грунтов, их вещественный состав, содержание легко, средне- и труднорастворимых солей, различная скорость диффузной подвижности ионов (максимальная у хлориона), физическое состояние грунтов. На основании полученных лабораторных исследований выявлено, что в процессе рассоления идет неоднородное перераспределение ионов, для различных минеральных особенностей она не одинакова. Полученные результаты позволят изыскателям, проектировщикам и практикам использовать представленные результаты в своей профессиональной деятельности. Ключевые слова: фильтраты; рассоление; минерализация раствора; стадия выщелачивания; глинистые грунты; ионно-солевой комплекс.
Введение. Исследуемая территория Республики Калмыкия находится в сложной климатической зоне с определенным инженерно-геологическим районированием [1, 2]. В настоящее время уделяется большое внимание вопросу надежности зданий и сооружений, как при их возведении, так и на стадии проектных решений и изысканий. Под собственным весом зданий и сооружений изменяется однородность грунтового основания, вследствие чего образуется сложная модель грунтового основания. В целях прогнозирования дальнейшей устойчивости системы, необходим анализ по физико-механическим свойствам грунтов основания рассматриваемой территории, так как, в отличие от строительных конструкций грунты являются дисперсными, а их свойства варьируют от вязких жидкостей до твердых или сыпучих тел [3, 4].
Методика исследования. Выщелачивание изученных монолитов, например М92, показало, что растворение и вынос водорастворимых солей идет относительно интенсивно и создает условия для физико-химического взаимодействия солей с почвенно-поглощающим комплексом (ППК). Все это способствует вымыванию значительного количества обменного натрия в процессе выщелачивания [5, 6]. После выщелачивания наблюдается понижение засоления и уменьшается содержания обменного натрия (табл. 1).
Анализ результатов исследования. Коэффициент вариации солевого состава при рассолении ниже, чем до и после рассоления. Солевой состав фильтрата находится в соответствии с изменениями свойств грунтов по засолению. Подвижность гидратированных ионов тем больше, чем меньше ионные радиусы и валентность:
С11 > БО 11 > СО31, 2/К+ >Иа+ > Са+2 >Mg+2
Различные сочетания главнейших компонентов химического состава грунта (/Уа+, Са+2, Мд+2
С!1,
50411, НС0311, С0311, 5/ 0311) имеют неодинаковую растворимость, поэтому для разных по степени минерализации грунтовых вод характерен особый химический состав [7, 8, 9]. Процесс формирования химизма фильтрата протекает на фоне общего рассоления грунтов, через ряд стадий, начиная с растворения легко растворимых солей, затем происходит постепенное опреснение за счет растворения средне- и труднорастворимых солей (рис. 1, 2, 3). На первой стадии выщелачивания в
составе фильтрата в большей мере представлены хлориды и сульфаты натрия и магния, так как эти соли доминировали в грунтах. В начале выщелачивания часть их оказалась удалена (хлориды), часть задержалась в ППК грунтов (сульфаты), что является показателем интенсивности процесса солеудаления. Это позволяет говорить о том, что вымывание солей протекает медленно [10, 11, 12].
Таблица 1
Статистическая обработка результатов химических
Тип Наименование Средняя Среднее Коэффи-
грунта солей и состояние арифмет. квадрат. циент
солей А, % отклон. ст, % вариации, V, %
Глины Гипс до выщела- 3,77 1,606 42,60
чивания 1,54 1,584 102,88
Гипс после выще- 12,23 0,670 5,48
лачивания 11,11 2,526 22,74
Карбонаты до 0,82 0,307 37,40
выщелачивания 0,45 0,205 45,58
Карбонаты после 15,52 4,385 28,86
выщелачивания - - -
Сухой остаток до 0,61 0,067 11,34
выщелачивания
Сухой остаток
после выщелачи-
вания
Емкость обмена до
выщелачивания
Емкость обмена
после выщелачи-
вания
Сумма солей при
выщелачивании
Суглин- Гипс до выщела- 0,89 0,995 111,79
ки чивания 0,46 0,548 119,07
Гипс после выще- 13,45 1,847 13,73
лачивания 9,75 1,616 16,57
Карбонаты до 0,55 0,314 57,21
выщелачивания 0,22 0,161 72,39
Карбонаты после 0,70 0,418 59,34
выщелачивания 11,96 3,986 33,34
Сухой остаток до
выщелачивания
Сухой остаток
после выщелачи-
вания
Сумма солей при
выщелачивании
Емкость обмена
до выщелачива-
ния
Супеси Гипс до выщела- 0,39 0,251 64,36
чивания 0,21 0,245 116,64
Гипс после выще- 12,44 3,746 30,12
лачивания 7,70 2,161 28,07
Карбонаты до вы- 0,33 0,126 37,84
щелачивания 0,14 0,110 76,32
Карбонаты после 0,51 0,219 43,12
выщелачивания 9,49 6,059 63,83
Сухой остаток до
выщелачивания
Сухой остаток
после выщелачи-
вания
Сумма солей при
выщелачивании
Емкость обмена до
выщелачивания
Рис. 1. Графики выщелачивания солей из супеси (М92) в зависимости от:
а) количества воды; в) времени; с) скорость фильтрации 1 - труднорастворимые соли; 2 - среднерастворимые соли; 3 - легкорастворимые соли
Рис. 2. Графики выщелачивания солей из суглинка (М144) в зависимости от:
а) количества воды; в) времени; с) скорость фильтрации 1 - труднорастворимые соли; 2 - среднерастворимые соли; 3 - легкорастворимые соли
Рис. 3. Графики выщелачивания солей из глин (М80) в зависимости от:
а) количества воды: в) времени; с) скорость фильтрации 1 - труднорастворимые; 2- среднерастворимые; 3 - легкорастворимые
0 55 I» £
55 т П
о ы
а
Анализ процесса выщелачивания во времени показал (рис. 4, 5, 6), что наибольшее содержание солей в фильтрате наблюдается в первые сутки в основном за счет хлоридов, далее прирост понижается и кривые выравниваются. Второй относительный максимум появляется на 1520 сутки за счет растворения среднераствори-мых солей. Стабилизация выщелачивания глин наступает на 32-40 день, суглинков на 28-34 день, супесей - на 22-28 день [13, 14, 15].
The dry residue, % Ч>:
04
Рис. 4. Динамика выщелачивания солей из супесей по анализам фильтратов: 1 - М65; 2 - М62; 3 - М66
ТИе гЗгу гезгг^ие, % (0)
Рис. 5. Динамика выщелачивания солей из суглинков по анализам фильтратов: 1 - М89; 2 - М93; 3 - М93; 4 - М90
5
«
а
6
Рис. 6. Динамика выщелачивания солей из глин при анализе фильтратов:
1 - М103; 2 - М95А; 3 - М95; 4 - М80
Выщелачивание образцов грунта проводили до тех пор, пока содержание солей в фильтрате при выщелачивании не изменялось, несмотря на увеличение водоподачи. В одних случаях, для суглинков, он носит достаточно активный процесс выноса солей, обеспечивая удовлетворительное солевое состояние грунта после рассоления (слабое засоление), в других, для супеси, процесс выноса солей протекает пассивно, почти не изменяя состояния грунта после рассоления. Наконец, для глин и тяжелых суглинков вынос солей нарастает, но процесс рассоления грунта более сложный, чем у предыдущих, и после рассоления грунты остаются среднезасо-ленными. В фильтратах при рассолении суглинков имеется высокая концентрация ионов бикарбоната и кальция HCO3 и Ca [16, 17, 18].
Выводы:
1. Установлено, что грунты активно выщелачиваются, обогащая фильтрат солями. При этом наряду с растворением и выносом солей в грунтах активно протекают обменные реакции между катионами поровых вод и обменными катионами ППК.
2. В процессе рассоления происходит перераспределение всех ионов относительно начала опыта, среди катионов резко преобладает натрий, среди анионов сульфаты (rNa: rCI>1, rSO4: rCI > 1).
3. Высокая начальная минерализация фильтратов характерна для глин, отобранных с опытных участков, например М80. Фильтраты состоят из солей сульфатно-хлоридного и маг-ниево-натриевого типа: (rSO4: rCI = 0,1 - 0.6: r Na: CI = 0,7 - 0,9).
4. Фильтраты супесчаных грунтов, например, М62 имеют в начале опыта невысокую минерализацию и хлоридно-сульфатный и кальциево-натриевый типы. Естественно также, что более легкий по механическому составу образец супесчаного грунта может быть промыт от солей на большую глубину, чем образец глинистого грунта.
5. В процессе выщелачивания грунты хорошо вымываются от легкорастворимых солей: по всей глубине до 5м, сухой остаток не превышает 0,15%.
Литература
1. Сангаджиев М.М. Особенности недропользования на территории Республики Калмыкия [текст] / М.М. Сангаджиев. - Элиста. Изд-во Калм. ун-та, 2015. - 144 с: ил.
2. Харченко В.М., Дорджиев А.Г., Сангаджиев М.М., Дорджиев А.А. Инженерно-геологическое районирование территории Калмыкии [текст] / В.М. Харченко, А.Г. Дорджиев, М.М. Сангаджиев, А.А. Дорджиев. - Элиста: Изд-во Калм. ун-та, 2012. - 212 с.
3. Болдырев Г.Г. Механика грунтов. Основания и фундаменты (в вопросах и ответах) [Текст]: учеб. пособие / Г.Г. Болдырев, М.В. Малышев. 4-е изд., перераб. и доп.- Пенза: ПТУ АС, 2009. - 412 с.
4. Ананьев В.П. Водорастворимые минералы (соли) в лессовых породах. - В кн.: Воп. исслед. Лессовых грунтов / В.П. Ананьев. - Ростов-на-Дону: РГУ, 1973. - С. 35-40.
5. Гольдштейн М. Н. Расчеты осадок и прочности оснований зданий и сооружений [Текст] / М. Н. Гольдштейн, С. Г. Кушнер, М. И. Шевченко. - Киев : Изд-во «Будивельник», 1977. - 208 с.
6. Грунтоведение. Под ред. В.Т.Трофимова -6-е изд., перераб. и дополн. (серия "Классический университетский учебник"). Издательство МГУ, Москва, 2005 г. - 1024 с.
7. Дорджиев, А. А. Изменение влажностного режима лессовых грунтов на застроенных территориях [Текст] / А. А. Дорджиев, Г. М. Скибин, А. Г. Дорджиев // Инженерно-экологические аспекты развития АПК Прикаспийского региона : материалы Междунар. науч.-практ. конф., 21-22 окт. 2008 г. - Элиста : Изд-во КалмГУ, 2008. - С. 121-124.
8. Дорджиев А. Г. Инженерно-геологические свойства карбонатосодержащих просадочных грунтов Северо-Западного Прикаспия [Текст] / А. Г. Дорджиев. - Элиста: ЗАОр НПП «Джангар», 2006. - 220 с.
9. Борликов Г.М. Геохимическая карта почв и почвообразующих пород Калмыкии [Текст] / Г. М. Борликов, А.Г. Дорджиев [и др.]: к. в м-бе 1:500000. - Пятигорск: Изд-во Роскартографии, 1998.
10. ГОСТ 25100-2011. Грунты. Классификация [Текст]. - Москва: Стандартинформ, 2013, 1996.-42 с.
11. Ильичев В.А., Мангушев Р.И. Справочник геотехника. Основания, фундаменты, подземные сооружения. Справочник, под общей ред. В.А. Ильичева и Р.А Мангушева, Москва, АСВ, 2014. - 728 с.
12. Скибин Г.М., Дорджиев А.А., Дорджиев А.Г, Сангаджиев М.М. СГИС г. Элисты. Свидетельство о гос. регистрации прогр. для ЭВМ. - № 2012612836.
13. Друкер Д., Прагер В. Механика грунтов и пластический анализ или предельное проектирование // Механика. Новое в зарубежной науке. Вып. 2. Определяющие законы механики грунтов. - М.: Мир, 1975 - С. 166-177.
14. Терцаги К., Пек Р. Механика грунтов в инженерной практике. - М.: Госстройиздат, 1958. -608 с.
15. Трофимова В.Т. Лабораторные работы по грунтоведению: учебное пособие [Текст] / под ред. В. Т. Трофимова, В. А. Королева. - Москва: Высш. шк., 2008. - 519 с.
16. Dracker D. С. Extended limitt design teorems for continuous media [Text] / D. С Drucker, W. Prager, H. J. Greenberg // Quart. Appl. Math. -1951. - V.9. - 381 p.
17. Дорджиев А.А. Характеристика фильтрации жидкости в слабопроницаемых грунтах на примере г. Элиста [Текст] / А. А. Дорджиев, А. Г. Дорджиев, М. М. Сангаджиев // Геология, география и глобальная энергия. - 2012. - № 4 (47). - С. 223-230.
18. Борликов Г.М. Карта почвообразующих пород Калмыкии, их использование и охрана [Текст] / Г. М. Бороликов, А.Г. Дорджиев [и др.]: к. в м-бе 1:500000. - Пятигорск: Изд-во Роскартографии, 1998.
Ionly-Salt complex of clay primes and its changes in liquid leaping
Dordzhiev A.A., Dordzhiev A.G., Sangadzhiev M.M., Arashaev A.V., Erdniev O.V., Kiseleva AM.
Kalmyk State University. B.B. Gorodovikova The main goal of the presented work is to obtain an analysis of the ion-salt complex of clay soils and its change in the leaching of salts as a result of long-term water filtration. The method of carrying out the experiments is to study water samples taken during the spreading of soil samples to determine the chemical heterogeneity of the filters in the laboratory.
The mineralization and composition of the leachate of leached soil differences depend on the factors, among which the most important are the duration of the process of leaching clay soils, their material composition, the content of light-, medium- and sparingly soluble salts, the different rate of diffuse mobility of ions (maximum in chlorion) , physical condition of soils. On the basis of the obtained laboratory studies, it was revealed that in the process of desalination there is an inhomogeneous redistribution of ions and for different mineral features it is not the same. The results obtained will allow prospectors, designers and practitioners to use the results presented in their professional activities. Keywords: filtrates; desalinization; mineralization of the solution;
the stage of leaching; clay soils; ion-salt complex. References
1. Sangadzhiev M.M. Features of subsoil use in the territory of the Republic of Kalmykia [text] / М.М. Sangadzhiev. -Elista. Publishing house of Kalm. Univ., 2015. - 144 p: ill.
2. Kharchenko V.M., Dordzhiev A.G., Sangadzhiev M.M., Dordzhiev A.A. Engineering-geological zoning of the territory of Kalmykia [text] / V.M. Kharchenko, A.G. Dordzhiev, M.M. Sangadzhiev, A.A. Dordzhiev. - Elista: Publishing house of Kalm. University, 2012. - 212 p.
3. Boldyrev G.G. Soil mechanics. Foundations and foundations (in questions and answers) [Text]: Proc. allowance / G.G. Boldyrev, MV Malyshev. 4 th ed., Pererab. and additional - Penza: PTU AS, 2009. - 412 p.
4. Ananiev V.P. Water-soluble minerals (salts) in loess rocks. - In the book: Vop. Issled. Loess soils / V.P. Ananiev. - Rostov-on-Don: RSU, 1973. - pp. 35-40.
5. Goldstein, M.N. Calculations of the sediment and strength of the foundations of buildings and structures [Text] / M.N. Goldstein, S.G. Kushner, M.I. Shevchenko. - Kiev: Publishing house "Budivelnik", 1977. - 208 p.
6. Ground science. Ed. V.T. Trofimova - 6 th ed., Pererab. and add. (series "Classical university textbook"). Moscow State University Publishing House, Moscow, 2005 - 1024 p.
7. Dordzhiev A.A. The change in the moisture regime of loess soils in built-up areas [Text] / A.A. Dordzhiev, G.M. Skibin, A.G. Dordzhiev // Engineering-ecological aspects of the agro-industrial complex development in the Caspian
О R U
£
R
n
region: scientific-practical. Conf., October 21-22. 2008 -Elista: Publishing house of KalmSU, 2008. - pp. 121-124.
8. Dordzhiev A.G. Engineering-geological properties of carbonate-bearing subsidence soils of the North-Western Caspian region [Text] / A.G. Dordzhiev. - Elista: ZAOp NPP "Dzhangar", 2006. - 220 p.
9. Borlikov G.M. Geochemical map of soils and soil-forming rocks of Kalmykia [Text] / G.M. Borlikov, A.G. Dordzhiev [and others]: k. In m-bet 1: 500000. - Pyatigorsk: Publishing house of Roskartografiya, 1998.
10. GOST 25100-2011. Soils. Classification [Text]. -Moscow: Stan-dartinform, 2013, 1996.-42 p.
11. Ilyichev V.A., Mangushev R.I. Reference book of geotechnics. Grounds, foundations, underground structures. Directory, under the general ed. V.A. Ilyacheva and R.A. Mangusheva, Moscow, ACB, 2014. - 728 p.
12. Skibin G.M., Dordzhiyev A.A., Dordzhiyev A.G, Sangadzhiyev M.M. SGIS Elista. Certificate of state. registration of the program. for computers. - No. 2012612836, reg. in the Register of Programs for computers. 21.03.12.
13. Druker D., Prager V. Soil mechanics and plastic analysis or limiting design // Mechanics. New in foreign science. Issue. 2. Determining laws of soil mechanics. - Moscow: Mir, 1975 - pp. 166-177.
14. Tertsagi K., Peck R. Soil mechanics in engineering practice. - Moscow: Gosstroyizdat, 1958. - 608 p.
15. Trofimova V.T. Laboratory works on soil science: textbook [Text] / ed. VT Trofimova, V.A. Korolev. - Moscow: Высш. shk., 2008. - 519 p.
16. Dracker D. S. Extended limitt design teorems for continuous media [Text] / D. With Drucker, W. Prager, H. J. Greenberg // Quart. Appl. Math. -1951. - V.9. - 381 p.
17. Dordzhiev A.A. Characteristics of fluid filtration in weakly penetrated soils by the example of Mr. Elista [Text] / A.A. Dordzhiev, A.G. Dordzhiev, M.M. Sangadzhiev // Geology, geography and global energy. - 2012. - No. 4 (47). - P. 223230.
18. Borlikov, G.M. Map of the soil-forming rocks of Kalmykia, their use and protection [Text] / G.M. Borolikov, A.G. Dordzhiev [and others]: k. In m-bet 1: 500000. - Pyatigorsk: Publishing house of Roskartografiya, 1998.
Q U
a
s
«
a б
