CC BY
17
т ,
„л-: ■ _
взятии производных можно поставить х=г и у=0. Можно также ограничиться рассмотрением только первой, самой мощной гармоники колебаний: п=1.
При известных изгибающих моментах (7) радиальные и тангенциальные напряжения изгиба соответственно составят:
(8)
|сгт = Мт / W,
где W -h2 / 6 - погонный момент сопротивления налипшего слоя.
При напряжениях (8) по энергетической теории прочности [4] эквивалентное напряжение в налипшем слое равно:
= V^V •
Тогда критерий разрушения налипшего слоя выглядит следующим образом:
4
где [ст] - предельная (допускаемая) прочность материала налипшего слоя.
Библиографический список
1. Зимон А.Д. Адгезия пыли и порошков. - Л.: Химия, 1967.
2. Самарский A.A., Тихонов А.Н. Уравнения математической физики. - М,: Гостехиздат, 1953.
3. Бурдак Б.М., Самарский A.A., Тихонов А.Н. Сборник задач по математической физике, - М.: Физматгиз, 1956.
4. Искрицкий Д.Е. Строительная механика элементов машин. - Л.: Судостроение, 1970.
Статья принята к публикации 30.11.06
H.H. Ухова
Роль показателей химического состава глинистых грун тов при их инженерно-геологической оценке
Многочисленный набор показателей состава, микроструктуры и свойств глинистых грунтов можно разделить на три группы по их роли при инженерно-геологической оценке: корреляционно-генетические, прямые и прогнозные [2]. Данные валового химического состава относятся к числу корреляционно-генетических и прогнозных показателей. Реализация этих ролей показана на примере комплексного изучения глин из района Биробиджана на площадке проектируемой нефтегазоносной скважины.
Образцы глин и материалы отчета ЦГЭИ (автор A.B. Самусенко) были переданы в лабораторию грунтоведения Аналитического центра Института земной коры СО РАН. Исследовано 18 образцов из скважин 998, 1000 (глубина 12 м), 999, 1001, 1002 (3 м): проведено детальное описание глин, получены параметры микроструктуры, определены состав и содержание компонентов, формирующих структурные связи, изучен валовой химический состав пород и их глинистых (< 0,001 мм) фракций методом силикатного анализа [4]. В данной работе рассматриваются результаты последнего аналитического блока.
__В_вертжальном_разрезе толщи достаточно четко
фиксируются две зоны: верхняя (0-5 м) - глины шоколадные, жирные, вязкие (при проходке шурфов выделялась вода, глины были названы тиксотропными; эта особенность отмечалась еще в 1970 г. при проведении геологической и гидрогеологической съемки масштаба 1:200000) и нижняя (5-12 м) - глины песчаные, пестрые, ожелезненные, с характерной скорлуповато-брекчированной или плойчатой структурой, жирным блеском на срезе, в нижней части интервала с включениями дресвы, щебня и углистых кусочков. В основании глинистой толщи залегает брекчия.
Для решения корреляционно-генетических задач необходимо выявить особенности химического состава глин, оценить степень его однородности и рассчитать геохимические коэффициенты (для всей выборки образцов); проанализировать характер распределения оксидов в вертикальном разрезе толщи и использовать полученную информацию для расчленения разреза и обоснования возраста глин. Данные силикатного анализа тонкоглинистой фракции выполняли прогнозную роль -они применялись для расчета количественного содержания глинистых минералов по программе "DECOMPOSE" [3]; полученная информация использовалась для рас-
членения разреза и оценки факторов тиксотропии.
По данным химического состава глин можно констатировать обогащение их окисным железом и обед-ненность натрием, закисным железом и кальцием, Расчеты коэффициентов вариации показали, что наиболее однородным распределением (\/=5-10%) характеризуются кремний, алюминий и титан; разнородность воз-растает для калия, магния (12-14 %), окисного и закис-ного железа (18-19 %), а также Н20" и ППП (соответственно 16 и 12 %).
Рассчитаны геохимические коэффициенты (таблица). Суммарным показателем геохимических процессов, указывающим на степень выноса подвижных компонентов, является основной коэффициент (ВА); коэффициент зрелости (К2) также отражает степень химической переработки вещества. Полученные значения ВА (< 1) и К2 (13,7-62,8) свидетельствуют о высокой химической зрелости исследованных глин. К числу особенностей химического состава можно отнести очень низкий коэффициент окисления (0,05-0,13). По характеру изменения химического состава глин в вертикальном разрезе можно выделить три зоны: 0-5 м - это шоколадные тиксо-тропные глины, обогащенные алюминием, окисным железом, магнием и физически связанной водой (суммарное содержание Н20" и ППП достигает 9-12 %); 5-10 м -глины пестрые, песчаные, потенциально тиксотропные, снижается количество алюминия и рыхлосвязанной воды, фиксируются пики в содержании железа, кальция, на-
зрелости поступающей в область осадконакопления глинистой фракции [1]. По значениям этих индексов можно предположить, что четвертичные отложения скв. ГС-1 и скв.273 формировались в умеренной климатической обстановке без ярко выраженной климатической специфики, степень выветривания глинистой фракции и зрелость пород слабая (CIA: 64,51-73,76; CIW: 70,56-80,93; ICV; 1,03-0,84). «Биробиджанские» глины характеризуются другими показателями (CIA: 84,81; CIW: 94,93; ICV: 0,62), что говорит о других, более теплых и влажных условиях на стадиях седиментогенеза и постдиагенети-ческих преобразований, гумидный климат определил значительную степень выветривания и зрелость пород. Можно заключить, что возраст глин из района Биробиджана более древний - палеоген-неогеновый, что мы и предполагали ранее [4].
Химический состав фракции < 0,001 мм и данные фазового рентгеноструктурного анализа (аналитик Т.С. Филева) использовались для расчета содержания глинистых минералов. Установлено, что преобладающей минеральной ассоциацией является смектит-каолинитовая, при этом зафиксирована только железистая разновидность смектита (С8). Можно выделить три зоны: в верхней (0-5 м) содержится каолинит (69-72 %) и смектит (26-31); в средней (5-7 м) - гидрослюда трех разновидностей (85-98 %) и примесь кварца (15 %); в нижней зоне (8-12 м) снова отмечается смектит-каолинитовая ассоциация, появляется кварц. Структура
Геохимические коэффициенты (обобщенные данные; п =18)
Коэффициенты min - тах Хер а V
1<ч = $Ю2/А1203 (кремнекислый) 2,65-4,33 3,44 0,46 13,37
ВА=СаО+К20+№20)/А1203 (основной) 0,11-0,23 0,18 0,04 22,22
Ко = Ре203/Ре0 (окисления) 0,06-0,14 0,09 0,02 22,22
Кг = А120з/Ма20 (зрелости) 13,68-62,88 25,05 14,57 58,16
Кь = К20/Ма20 (щелочной) 1,96-6,88 3,08 1,47 47,72
Кк = СаО/МдО (карбонатный) 0,19-0,47 0,26 0,06 23,07
Примечание, х„г, Хтах, ХсР - минимальное, максимальное, среднее значение содержания компонентов (%); ст-среднеквадратическое отклонение (%); У-коэффициент вариации (%); п - количество образцов.
трия, возрастает калий; 10-12 м - глины с примесью щебня и дресвы, вероятнее всего, тиксотропными свойствами не обладают, суммарная величина Н20" и ППП снижается до 6 %.
Сравнение геохимических коэффициентов «биробиджанских» глин и лессовых и глинистых грунтов опорных скважин ГС-1 (д. Мальта) [5] и 273 (микрорайон Солнечный г. Иркутска) позволяет сделать вывод о большей химической зрелости глин по сравнению с лессовидными отложениями. Мы рассчитали геохимические индексы: химического изменения
(С1А= [А120з/А120з+СаО+Иа20+К20]х100), выветривания (С№/= [А120з/(А1203+Са0+Ма20)|х100), изменения состава [\СУ= (Ре203 + К20+Ма20+СаО+МдО+ТЮ2)/ /А1203), которые позволяют оценить преобладающий тип климата в областях размыва, степень выветривания и
глинистых минералов оказалась разрушенной, рефлексы на дифрактограмме размытые, они не восстанавливаются в органических жидкостях, что свидетельствует о дефектности структуры в начальной стадии образования.
Согласно геологическим данным (материалы отчета Ю.И. Потапова и др., 1970 г.), глины были отнесены к нерасчлененному элювиально-делювиальному комплексу (е-сЮ3.4), залегающему на породах ушумунской свиты палеоген-неогена, верхняя пачка которых представлена песками с прослоями алевролитов, глин и галечников. В районе пос. Димитрово (площадка, где проводились изыскания, расположена в 1,5 км) на поверхность выходят валунно-галечные отложения свиты, поэтому можно предположить, что вскрытые на площадке глины с необычными свойствами так же, как и галечники, относятся к палеоген-неогеновым отложениям. Кроме того, в пользу
этого предположения свидетельствует характерная скорлуповато-брекчированная (аргиллитоподобная) структура глин нижней зоны исследованных инженерно-геологических разрезов, так как подобная структура была отмечена при описании глин ушумунской свиты в разрезах геологических скважин. Предположение о более древнем возрасте глин подкрепляется также полученными данными - высокой химической зрелостью, обедненностью кальцием и обогащением окисным железом, присутствием в большом количестве каолинита, дефектами структуры глинистых минералов. Таким образом, если мы имеем дело с палеоген-неогеновыми глинами, то пользоваться справочными таблицами, предназначенными для определения сцепления, угла внутреннего трения и модуля общей деформации четвертичных отложений, не представляется возможным (в процессе проведенных изысканий эти таблицы применялись); для реальной оценки этих показателей необходимы лабораторные исследования.
Данные по химическому составу и полученные на его основе минеральные ассоциации фракции < 0,001 мм позволили выделить три зоны в глинистой толще, при этом верхняя проявляет тиксотропию в массиве (при вскрытии выделяется вода), для средней можно предполагать тиксотропное разупрочнение при вибрационных воздействиях, нижняя, более грубая по составу, возможно, к тиксотропии не склонна. Каолинит, гидрофильный смектит, скелетно-агрегированная микроструктура и высокое (40 %) содержание тонкоглинистой (< 0,001 мм) фракции с коэффициентом свободы 23 % создали необходимые предпосылки для проявления тиксотропных свойств.
В заключение остается добавить, что изучение химических показателей при инженерно-геологической оценке глинистых грунтов дает весьма полезную информацию, которая может явиться основанием для пе-
ресмотра использованного варианта справочного определения показателей прочностных и деформационных свойств и выяснения факторов, определяющих проявление такого опасного свойства, как тиксотропия.
Библиографический список
1. Маслов A.B., Гареев Э.З., Крупенин М.Т. и др. Использование петро- и геохимической информации для реконструкции условий формирования осадочных образований (на примере типового разреза рифея II Терри-генные осадочные последовательности Урала и сопредельных территорий: седименто- и литогенез, минералогия. Мат-лы 5 Антологического совещания. - Екатеринбург: Изд-во ИГГ УрО РАН, 2002.- С. 143-154.
2. Рященко Т.Г, Литогенез и инженерно-геологическая оценка четвертичных отложений (Восточная Сибирь). - Новосибирск: Наука, 1984.
3. Рященко Т.Г., Акулова В.В. Грунты юга Восточной Сибири и Монголии. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1998.
4. Рященко Т.Г., Хмелевская И.М., Ухова H.H. и др. Комплексные исследования состава, микростроения и свойств тиксотропных глин (площадка нефтегазоносной скважины в районе г. Биробиджана) II Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований- Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2002- С. 80-85.
5. Ухова H.H. Использование показателей химического состава грунтов при изучении инженерно-геологических разрезов (на примере опорного разреза скв,ГС-1) II Тез. докл. на XX Всеросс. молодежи, конф. «Строение литосферы и геодинамика». - Иркутск: ИЗК СОР АН, 2003. - С. 235-237.
Статья принята к публикации 30.11.06
H.H. Гринь
Центр геолого-экологических исследований ИрГТУ: интеграция результатов производственных изысканий и научных разработок
Путь к оптимизации инженерно-геологических изысканий в строительстве лежит через интеграцию производственных результатов, полученных в рамках нормативных документов, и научных разработок в данной области. Центр геолого-экологических исследований Иркутского государственного технического университета (ЦГЭИ ИрГТУ), организованный в 1994 г., является примером такой интеграции, В течение последних пяти лет
здесь разрабатывается проблема оценки просадочности лёссовых грунтов территории г. Иркутска.
Интеграция проводится на базе основных принципов регионального грунтоведения, которые включают генетический подход, комплексирование лабораторных исследований, разработку оптимальной для региона «методической корзины показателей», оценку наиболее опасных свойств грунтов, прогнозирование поведения грунтовых
