Взаимосвязь микроструктурных, диффузионных и осмотических параметров глинистых грунтов

Основные выводы.

1. В работе реализован комплексный подход к экспериментальному исследованию диффузионно-осмотических свойств грунтов, выражающийся в использовании нескольких методик для определения диффузионно-осмотических параметров. Это позволило преодолеть недостатки отдельных методик и исследовать широкий спектр глинистых грунтов как естественной, так и нарушенной структуры, как полностью водонасыщенных, так и с неполной степенью водонасыщения. Использование в работе экспериментальных, численных (на основе ПО) и расчетных методов оценки диффузионно-осмотических и структурных параметров грунтов дало возможность сравнивать результаты, полученные разными методами, и определить оптимальные условия применения каждого из методов.

2. Обоснованы границы применения эмпирической формулы Викке для расчета коэффициента извилистости. Данная формула не может быть использована для грунтов со смектитовым типом минеральной ассоциации. Приведены и обоснованы переходные коэффициенты, учитывающие микроструктурно-минеральные особенности грунтов, для расчета коэффициентов извилистости в грунтах с типами минеральных ассоциаций, отличными от смектитового. Обоснованы и описаны возможности расчета коэффициентов извилистости по РЭМ-изображениям грунтов, в том числе определены переходные коэффициенты, учитывающие микроструктурно-минеральные особенности грунтов. Детально описана область оптимальных масштабов РЭМ-изображений для каждой микроструктурно-минеральной разновидности.

3. Приведены и обоснованы переходные коэффициенты для расчета коэффициента диффузии по 1) экспериментальным коэффициентам извилистости и пористости; 2) по коэффициентам извилистости, получаемым в ходе количественного анализа РЭМ-изображений грунтов, и значениям пористости; 3) по пористости. Использование экспериментальных значений пористости для расчета коэффициента диффузии невозможно в грунтах смектитовых типов минеральной ассоциации.

4. Исследование взаимосвязи показателей свойств грунтов и диффузионной проницаемости в отдельности по микроструктурно-минеральным разновидностям грунтов дает более ясные и представительные результаты, не искаженные отличиями структурно-минеральных особенностей грунтов.

Взаимосвязь коэффициента диффузии и коэффициента осмоса со структурными показателями (коэффициент извилистости, пористость) определяется комплексом структурно-минеральных особенностей грунтов, а именно: структурой порового пространства и гидрофильностью глинистых минералов. Взаимосвязь коэффициента диффузии (коэффициента осмоса) и относительного содержания глинистых минералов в грунтах тонкодисперсных классов микроструктуры и среднедисперсного класса слабоориентированного подкласса является наиболее сильной для каолинита, и менее сильной - для смектита.

Выявлены закономерности диффузионного процесса в грунтах неполной степени водонасыщения. Увеличение диффузионной проницаемости глинистых грунтов под влиянием роста степени водонасыщения (K_w) характеризуется зоной медленных изменений коэффициента диффузии (D) при значениях степени водонасыщения K_w = 0,50-0,80 для микроструктурно-минеральных разновидностей крупнодисперсного класса и K_w = 0,90-0,95 для микроструктурно-минеральных разновидностей тонкодисперсного класса. Влияние микроструктурно-минеральных различий грунтов выражается в сдвиге точки перелома графика D = f (K_w) к началу координат от тонко- к крупнодисперсным классам микроструктуры. Совместное влияние степени влажности и пористости для грунтов с одинаковыми микроструктурными характеристиками выражается в увеличении коэффициента диффузии с ростом данных показателей. Уплотнение грунтов приводит к увеличению степени водонасыщения, необходимой для инициации диффузионного процесса.

5. На основе результатов экспериментальных исследований обоснована типизация микроструктурно-минеральных разновидностей глинистых грунтов по их диффузионной и осмотической проницаемости.