Проворова Елена Сергеевна
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук
|
содержание |
Нижнемеловые грунты характеризуются высокой неоднородностью по показателям физических свойств, причем проявляется эта неоднородность как среди грунтов внутри стратиграфических подразделений, так и между одинаковыми гранулометрическими разновидностями различных подразделений, а также по макростроению (рис. 3).
 |
| Рис. 3. Изменение плотности скелета: а - в суглинках легких различных стратиграфических подразделений; б - по встречающимся гранулометричес-ким разновидностям; в - в супесях и суглинках легких групп 2-4, выделенных по макростроению (см. выше) |
Установлено, что вариации показателей физических свойств максимальны для горизонтально и линзовидно переслаивающихся песчаных и глинистых грунтов (группа 3 по макростроению), что связано с особенностями строения: в зависимости от преобладания в составе песчаных либо глинистых прослоев, от их мощности и выдержанности будут существенно меняться показатели свойств.
Для глауконитсодержащих глинистых грунтов получены высокие значения плотности твердой фазы (2,75-2,79 г/см3), что объясняется развитием в них процесса <лимонитизации> (с образованием железистых минералов с высокой плотностью твердых частиц) в результате высвобождения Fe при вторичных изменениях зерен глауконита.
Значения коэффициента фильтрации, полученные в лабораторных условиях изменяются в песках пылеватых от 0,02 до 1,2 м/сут (причем наихудшей водопроницаемостью характеризуются пески бутовской толщи, что обусловлено присутствием в них частиц < 0,2 мкм), в песках мелких - от 0,4 до 2,5 м/сут.
Была установлена корреляционная взаимосвязь между экспериментальными и расчетными (определенными по формуле Слихтера) значениями коэффициента фильтрации нижнемеловых песков, позволяющая оценивать их водопроницаемость на основании данных гранулометрического состава и эмпирического коэффициента, зависящего от пористости. Расчетная модель (с коэффициентом корреляции 0,82) имеет вид: кф=0,174кфрасч+0,142, где кф и кфрасч - оценочное и расчетное (по Слихтеру) значения коэффициента фильтрации нижнемеловых песков г. Москвы.
В результате проведения множественного регрессионного анализа были установлены корреляционные взаимосвязи (тесные и весьма тесные) между показателями плотности (ρ) и плотности скелета грунтов (ρd), влажностью (W), плотностью твердых частиц (ρs), медианным диаметром (d50) и содержанием фракций 0,05-0,25 мм (М0,05-0,25). Полученные зависимости описываются уравнениями регрессии степенного вида: ρ, ρd=a*Ab*Вc, где А, В - перечисленные выше показатели состава, строения и свойств, а а, b и c - коэффициенты. Приведенные в табл. 3 регрессионные уравнения могут быть использованы для ориентировочных оценок плотности и плотности скелета нижнемеловых песков и супесей в случаях, когда не удается отобрать образцы ненарушенного сложения (нижнемеловые пески за редким исключением отбираются при инженерных изысканиях в нарушенном сложении).
В результате исследования физико-химических свойств нижнемеловых грунтов установлено, что максимальными средними значениями влажностей нижнего и верхнего пределов пластичности среди всех изученных супесей и суглинков характеризуются грунты савельевской свиты, что, вероятно, связано с присутствием в них органического вещества, обуславливающего их более высокую адсорбционную способность и гидрофильность по сравнению с грунтами других подразделений. Высокогидрофильными являются также глауконитовые грунты парамоновской свиты района Ясенево, что обусловлено присутствием в их составе смешанослойных и РАВ в значимых количествах. Для легких глин были получены близкие значения верхнего предела пластичности из-за сходного состава и содержания глинистых минералов.
Большая часть исследованных глинистых грунтов является ненабухающими, лишь суглинки тяжелые и глины парамоновской свиты района Ясенево характеризуются как слабо- и средненабухающие, благодаря особенностям состава (см. выше).
Для нижнемеловых глинистых грунтов в основном характерна низкая и средняя коллоидная активность. Присутствие аморфного кремнезема и оксидов железа способствует увеличению связности и водоустойчивости. Но чаще глинистые грунты проявляют низкую водопрочность из-за повышенного количества песчаных частиц, наличия песчаных гнезд и прослоев, слабых взаимодействий между структурными элементами.
В результате исследования физико-механических свойств нижнемеловых грунтов установлены диапазоны изменения деформационных и прочностных характеристик (модуля общей деформации, отношения остаточной деформации к упругой, коэффициента сжимаемости, угла внутреннего трения и сцепления) по выделенным на основе особенностей макростроения группам, а также в пределах встречающихся гранулометрических разновидностей. Сравнивая между собой показатели физико-механических свойств глинистых грунтов различного макростроения, можно заключить следующее: 1) наибольшие модули деформации (меньшая сжимаемость) отмечаются в грунтах со сложными текстурами, вероятно благодаря <армированию> объема грунта песчаными включениями, наоборот, наихудшие показатели - у относительно однородных глинистых грунтов;
2) наиболее низкие показатели сопротивления сдвигу характерны для переслаивающихся песчаных и глинистых грунтов, потому что сдвиг в них реализуется по ослабленным зонам - контактам песчаных и глинистых слоев.
Поскольку в практике инженерно-геологических изысканий деформационные и прочностные испытания зачастую проводятся в ограниченном объеме в силу того, что процесс лабораторного определения физико-механических свойств грунтов довольно трудоемкий и дорогостоящий, актуальным является получение корреляционных зависимостей между показателями физико-механических свойств грунтов и показателями их физических свойств, которые просто, быстро и надежно определяются в лаборатории.
Для решения этой задачи нами был поведен множественный регрессионный анализ, в результате которого были установлены тесные и весьма тесные корреляционные взаимосвязи между показателями деформационных и прочностных свойств нижнемеловых грунтов, их плотностью скелета (ρd) и показателем консистенции (IL) и получены уравнения множественной регрессии степенного вида: y=a*b(IL)*ρdc, где y - показатель деформационных либо прочностных свойств (модуль общей деформации в диапазоне нагрузок 0,1-0,2 МПа (Е), модуль общей деформации компрессионный (Ек), коэффициент сжимаемости (а), сцепление (с)), а, b и с - коэффициенты (табл. 3). Установленные корреляционные зависимости отражают закономерное возрастание модуля общей деформации и сцепления и уменьшение коэффициента сжимаемости с ростом плотности скелета и снижением показателя консистенции. Также были получены уравнения парной регрессии экспоненциального вида, связывающие значения показателей физико-механических свойств с плотностью скелета либо показателем консистенции.
Полученные зависимости могут быть использованы на практике для ориентировочной оценки значений показателей физико-механических свойств по характеристикам, легко определяемых в лабораторных условиях.
На основании систематизации и обобщения материалов собственных исследований, а также фондовых материалов нескольких изыскательских организаций для трех выделенных областей (А, В и С) в последнем разделе главы даны примеры строения толщ нижнемеловых пород и краткая инженерно-геологическая характеристика грунтов по нескольким районам г. Москвы. Для области А выбраны районы: Троице-Лыково, Ново-Переделкино, Чертаново Южное и Центральное, Ясенево, Южное Бутово, Черемушки; для области В - Митино; для области С - район Беговой.
| Таблица 3. Уравнения регрессии для выборок по нижнемеловым песчаным и глинистым грунтам |
| Вид грунта | Уравнение регрессии | Коэффициент корреляции |
| пески мелкие и пылеватые маловлажные | ρ=0,291*W-0,045*ρs1,793 | 0,79 |
| пески мелкие и пылеватые водонасыщенные | ρ=2,127*W-0,176*ρs0,488 | 0,82 |
| пески мелкие и пылеватые | ρd=1,007*10-4*d50-0,073*ρs9,662 | 0,82 |
| ρd=1,632*10-4*M0,05-0,25-0,333ρs10,869 | 0,81 |
| a=1,153*0,998W*ρd-5,744 | 0,83 |
| супеси | ρ=0,097*W0,146*ρs2,585 | 0,75 |
| ρd=0,097*d500,101*ρs3,023 | 0,79 |
| ρd=0,005*M0,05-0,250,350ρs4,302 | 0,87 |
| ρ=1,384*d500,094*W0,175 | 0,77 |
| ρ=0,446*M0,05-0,250,191ρs0,213 | 0,74 |
| a=0,892*1,677IL*ρd-4,273 | 0,87 |
| a=28,784*exp(-3,289*ρd) | 0,81 |
| суглинки легкие | E=2,371*0,410IL*ρd2,456 | 0,84 |
| Eк=6,970*0,373IL*ρd1,752 | 0,80 |
| a=0,813*1,625IL*ρd-3,625 | 0,92 |
| с=61,280*0,237IL*ρd-0,303 | 0,71 |
| E=8,586*exp(-1,123*IL) | 0,75 |
| E=0,079*exp(2,584*ρd) | 0,73 |
| Eк=17,317*exp(-1,135*IL) | 0,75 |
| a=0,121*exp(0,958*IL) | 0,84 |
| a=121,813*exp(-4,067*ρd) | 0,84 |
| суглинки тяжелые | a=0,189*2,952IL*ρd0,506 | 0,91 |
Для каждого из районов даны рекомендуемые (нормативные) значения показателей свойств грунтов по выделенным в составе толщ нижнемеловых грунтов инженерно-геологическим элементам (ИГЭ).
|
