ИКД
5013 Информационная
карта диссертации
04 кандидатская
05 докторская
5418 Исходящий номер.
дата.
 
5715 Язык
диссертации
 русский
5715 Инвентарный
номер
 
5409 Дата защиты
 20 июня  2008 г. 
6444 Шифр научной
специальности
 25.00.08
7425 На соискание
степени
 кгмн
2061 Предствлено к защите:
61 Рукопись, в т.ч. научный доклад
52 Монография
43 Учебник
6147 Фамилия, Имя, Отчество соискателя
Лукина Валерия Станиславовна
Фамилия, инициалы
Ученая степень
Шифр научной специальности
6156 Научные руководители
Королёв В. А
Соколов В. Н
6165 Официальные оппоненты
Зиангиров Р. С
Галицкая И. В

6255
дгмн
дгмн
4662
дгмн
кгмн

6453

4626

5733 Кол‑во томов
5742 Кол‑во стр.
1
24
Номер тома
Кол‑во стр.
1
24

5751 Приложений
5787 Источников
0

5778 Таблиц
5760 Иллюстраций
7
5
Сведения об организации, в совете которой проходила защита
2457 Код ОКПО

2934 Телефон

2394 Телефакс

2754 Город
Москва
1332 Сокращенное наименование министерства (ведомства)

7452 Шифр совета
Д 501.001.30
2151 Полное наименование организации
Диссертационный совет Д 501.001.30
2358 Сокращенное наименование организации

2403 Код ВНТИЦ

2655 Адрес организации (индекс, республика, область, город, улица, дом)
Геологический факультет МГУ
Сведения об организации, в которой работает соискатль
2988 Телефон

3087 Телефакс

2781 Город

2187 Наименование организации

2385 Сокращенное наименование организации

2682 Адрес организации (индекс, республика, область, город, улица, дом)

9045 Наименование диссертации
Взаимосвязь микроструктурных, диффузионных и осмотических параметров глинистых грунтов
9117 Реферат
Объект исследования и цель работы. Методы исследования и аппаратура. Теоретические и практические результаты и их новизна. Степень и эффективность внедрения. Область применения.
Актуальность темы. Вопросы диффузионного переноса в глинистых грунтах имеют научно‑прикладное значение в инженерной геологии, гидрогеологии, геокриологии и экологической геологии.  
Несмотря на значительное количество работ, посвященных исследованию закономерностей протекания диффузионно‑осмотических процессов, большинство из них описывают лишь некоторые  
факторы диффузионного и осмотического переноса в отдельных грунтах. В то же время остается малоосвещённым изменение диффузионной и осмотической проницаемости под воздействием  
комплекса факторов в глинистых грунтах разного состава и строения, а также их систематизация по диффузионной и осмотической проницаемости. Поэтому выявление взаимосвязи микростроения  
различных глинистых грунтов и их диффузионной и осмотической проницаемости является актуальной задачей.  
 
В настоящей работе реализуется комплексный подход к оценке параметров диффузионно‑осмотических явлений в глинистых грунтах разного состава и структуры. Основным элементом  
предлагаемого подхода является микроструктурно‑минеральная разновидность глинистого грунта, выделяемая по классификации глинистых пород по составу ассоциаций глинистых минералов  
и микроструктуре В.Н.Соколова, В.А.Королёва и В.Г.Шлыкова, 1997 (табл.1). Классификация учитывает совокупность микроструктурно‑минеральных особенностей всех глинистых грунтов  
и в конечном итоге определяет набор показателей свойств грунтов, зависящих от их состава и строения, включая диффузионные и осмотические.  
 
Цели и задачи работы. Целью диссертационной работы являлось выявление, исследование и количественное описание взаимосвязи диффузионных и осмотических параметров в глинистых  
грунтах с их микростроением для широкого спектра микроструктурно‑минеральных разновидностей.  
 
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи.  
 
1. Обосновать возможность расчета диффузионных параметров глинистых грунтов на основе стандартно определяемых, расчетных и модельных показателей их свойств, а также по принадлежности  
грунтов к определенной микроструктурно‑минеральной разновидности;  
 
2. Установить и описать взаимосвязи показателей свойств грунтов, а также их диффузионных и осмотических параметров в рамках отдельных микроструктурно‑минеральных разновидностей;  
 
3. Выявить закономерности изменения диффузионных параметров отдельных микроструктурно‑минеральных разновидностей глинистых грунтов в условиях неполного водонасыщения;  
 
4. Провести типизацию микроструктурно‑минеральных разновидностей глинистых грунтов по их диффузионной и осмотической проницаемости.  
 
Объекты исследования. При выборе объектов исследования в работе ставилась цель охватить максимально широкий круг существующих микроструктурно‑минеральных разновидностей глинистых  
грунтов. С учетом некоторых допущений данная задача была выполнена. В этой связи массив исследованных глинистых грунтов был представлен грунтами различного возраста и генезиса.  
Исследованные грунты принадлежали к широкому спектру глинистых отложений от супесей до аргиллитов. Изучались образцы грунтов как естественного, так и нарушенного сложения.  
 
Общее количество исследованных образцов грунтов составило 241 единицу, относящиеся к 24 микроструктурно‑минеральным разновидностям. Образцы грунтов отбирались автором самостоятельно  
в Москве, Московской области и Крыму, а также были получены при помощи сотрудников кафедры инженерной и экологической геологии из разных регионов России.  
 
Методика исследований и достоверность результатов. Исследование состава, строения и микростроения, состояния и свойств грунтов в естественном и нарушенном сложениях проводилось  
с помощью стандартных методов. Определение диффузионных и осмотических параметров грунтов проводилось двумя методами в диффузионно‑осмотической двухкамерной ячейке и в полуограниченной  
трубке (метод Чернова). Лабораторные определения коэффициентов диффузии и осмоса проводились с 2‑3‑кратными повторениями, обеспечивающими воспроизводимость и достоверность  
получаемых параметров. Микроструктурные характеристики грунтов рассчитывались по данным растровой электронной микроскопии (РЭМ). Минеральный состав грунтов определялся при  
помощи рентгено‑структурного анализа. Обработка данных проводилась стандартными статистическими методами с использованием прикладных математических программ, что позволило  
получить достоверные результаты.  
 
Научная новизна работы. В процессе исследования закономерностей диффузионно‑осмотического переноса в глинистых грунтах были получены следующие новые научные результаты:  
 
1. Обоснована возможность расчета коэффициента извилистости поровых каналов на основе стандартно определяемых величин (пористости) и численными методами по РЭМ‑изображениям  
для отдельных микроструктурно‑минеральных разновидностей глинистых грунтов.  
 
2. Впервые обоснована возможность расчета диффузионных параметров глинистых грунтов по простым расчетным или стандартно определяемым величинам (коэффициенту молекулярной диффузии,  
пористости, коэффициенту извилистости поровых каналов), с учетом комплекса микроструктурно‑минеральных особенностей данного грунта.  
 
3. Впервые выявлены и описаны закономерности диффузионного и осмотического переноса для широкого спектра микроструктурно‑минеральных разновидностей глинистых грунтов.  
 
4. Впервые установлены и описаны закономерности изменения диффузионных параметров глинистых грунтов неполной степени водонасыщения под влиянием изменяющегося компонентного  
состава.  
 
5. Разработана типизация глинистых грунтов по диффузионной и осмотической проницаемости, основанная на выделении их микроструктурно‑минеральных разновидностей и позволяющая  
прогнозировать их диффузионные и осмотические параметры.  
 
Практическая значимость работы. Работа обосновывает возможность расчета коэффициента диффузии глинистых грунтов на основе простых стандартно определяемых параметров и по принадлежности  
грунтов к определенной микроструктурно‑минеральной разновидности. Подобные оценки не сложны и занимают мало времени в отличие от весьма длительного экспериментального определения  
диффузионных или осмотических параметров. Выделение микроструктурных типов грунтов может проводиться с минимальными ресурсозатратами по косвенным признакам: возрасту и генезису  
грунтов и нескольким стандартно определяемым в грунтоведении показателям (влажности, пористости, гранулометрическому составу и ряду других).  
 
Предложенная типизация грунтов позволяет оценивать диффузионные и осмотические параметры любых глинистых грунтов на основании комплекса их микроструктурных и минеральных особенностей.  
Типизация может широко использоваться в практических целях, различных модельных построениях для оценки параметров диффузионно‑осмотического переноса в глинистых грунтах на  
основании их принадлежности к той или иной микроструктурно‑минеральной разновидности.  
 
Защищаемые положения. Результаты исследований сформулированы в виде следующих положений, выносимых на защиту.  
 
1. Установлена и статистически обоснована неизвестная ранее взаимосвязь коэффициентов извилистости поровых каналов, определенных экспериментально и рассчитанных по пористости,  
а также полученных моделированием на основе РЭМ‑изображений микростроения, дающая возможность корректных оценок коэффициента извилистости грунтов отдельных микроструктурно‑минеральных  
разновидностей и обусловленная особенностями микростроения их порового пространства.  
 
2. Установлена и статистически обоснована неизвестная ранее возможность расчета диффузионных параметров глинистых грунтов на основе простых экспериментально определяемых показателей  
(коэффициента извилистости поровых каналов, пористости) и табличных величин (коэффициента молекулярной диффузии). Она заключается в том, что предлагаемые эмпирические формулы  
хорошо применимы для большинства микроструктурно‑минеральных разновидностей глинистых грунтов (за исключением смектитового типа) с соответствующими установленными нами переходными  
коэффициентами, учитывающими микроструктурно‑минеральные особенности. Она обусловлена однородностью физико‑структурных характеристик грунтов в пределах одного микроструктурного  
типа, а также усложнением структуры порового пространства в грунтах с преобладанием гидрофильных смешанослойных минералов.  
 
3. Выявлены неизвестные ранее закономерности изменения диффузионных и осмотических параметров глинистых грунтов в зависимости от их физико‑химических свойств, минерального  
состава и микроструктурных особенностей, заключающиеся в следующем:  
 
a. Влияние факторов диффузионно‑осмотического переноса наиболее сильно проявляется в рамках отдельных микроструктурно‑минеральных разновидностей;  
 
b. При переходе от тонкодисперсных классов микроструктуры к крупнодисперсным и от каолинитового типа минеральной ассоциации к смектитовому коэффициент диффузии грунтов при  
фиксированных значениях влажности и плотности имеет тенденцию к повышению.  
 
Эти закономерности обусловлены однородностью физико‑структурных характеристик грунтов в пределах одной микроструктурно‑минеральной разновидности.  
 
4. Установлена неизвестная ранее закономерность изменения коэффициента диффузии глинистых грунтов в зависимости от степени водонасыщения с учетом микроструктурных характеристик,  
заключающаяся в следующем: увеличение коэффициента диффузии глинистых грунтов в рамках отдельных микроструктурно‑минеральных разновидностей под влиянием степени водонасыщения  
(Kw) характеризуется интервалами его относительно быстрого роста (при Kw < 0,5), разделенными зоной медленного роста. Зона медленного роста соответствует значениям Kw = 0,50‑0,80  
для микроструктурно‑минеральных разновидностей крупнодисперсного класса и Kw = 0,90‑0,95 для микроструктурно‑минеральных разновидностей тонкодисперсного класса. Это обусловлено  
влиянием разных категорий связанной воды на диффузию и конкретным соотношением твердой, жидкой и газовой фаз при изменении степени водонасыщения.  
 
5. Установленные закономерности позволили предложить типизацию глинистых грунтов по степени диффузионной и осмотической проницаемости на основании микроструктурных характеристик  
и минерального состава.  
 
Источники и личный вклад автора. Диссертация выполнялась на кафедре инженерной и экологической геологии геологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова во время обучения  
в очной (2003‑2004) и заочной (2004‑2007 гг.) аспирантуре. В основу диссертации положены материалы, полученные лично автором в лабораторных исследованиях, а также база данных  
по глинистым грунтам кафедры инженерной и экологической геологии. Всего автором было проведено около 180 лабораторных опытов по определению диффузионных и осмотических параметров,  
порядка 150 определений комплекса показателей свойств грунтов и коэффициента извилистости.  
 
Апробация работы и публикации. По теме диссертации автором опубликованы 24 работы. Основные защищаемые положения и результаты исследований были доложены на международных конференциях  
и совещаниях: Новые идеи в науках о Земле, РГГРУ (2001, 2003), Техногенная трансформация геологической среды, Екатеринбург, УГГА (2002, 2006), Многообразие грунтов: морфология,  
причины, следствия, МГУ (2003), Вулканизм, биосфера и экологические проблемы, Туапсе (2003), Геохимия биосферы, Ростов‑на‑Дону (2001), на годичной сессии Научного совета  
РАН по проблебам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии Сергеевские чтения, ИГЭ РАН (2002, 2003, 2004), Актуальные проблемы экологии и безопасности жизнедеятельности,  
РУДН (2002), а также на различных молодежных студенческих конференциях: Ломоносов, МГУ (2001, 2002, 2003, 2004), Школа экологической геологии, Санкт‑Петербург (2001, 2002,  
2003, 2004), Геологи ‑ XXI век, Саратов (2001, 2003), Геология и геоэкология Северо‑Запада России, Петрозаводск (2003).  
 
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы общим объемом 147 страниц машинописного текста. Содержит 76 рисунков и 41 таблицу.  
Список использованной литературы включает 129 наименований, в том числе 117 опубликованных и 12 фондовых источников.  
 
Автор искренне признателен своим научным руководителям, доктору г.‑м.н., профессору В.А.Королёву и доктору г.‑м.н., профессору В.Н.Соколову за всестороннюю поддержку на всех  
этапах выполнения работы. Автор признателен Т.В.Андреевой за предоставление фондовых материалов и образцов грунтов. Благодарит за консультации профессора А.В.Лёхова и доцента  
Е.Н.Самарина. Также выражает благодарность всему коллективу кафедры инженерной и экологической геологии за помощь, рекомендации и советы при подготовке работы, и особенно  
В.Г. Шлыкову, В.Д.Харитонову, С.К.Николаевой, В.М.Ладыгину, М.А.Викторовой, М.Чернову.
5436
Фамилия, инициалы
Должность
Уч. степень
Подпись МП
Руководитель организации
6111 
6311 
6210   кархн

Председатель
диссертационного совета
6264 
6320 
6462   кархн

5634 Индексы УДК
7434 Дата
7506 Входящий номер

5616 Коды тематических рубрик

5643 Ключевое слово