авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский ...»

-- [ Страница 2 ] --

Таблица 3. Результаты химического анализа водных вытяжек и содержание некоторых компонентов засоленности образцов глинистых пород (до выщелачивания) Катионы, г/100 г Анионы, г/100 г Железо Железо Аморф Минерализация сухой породы сухой породы (двухва- (трехва Лабор. Карбонат- ный (по сухому Гипс, Гумус, лентное) лентное) номер ность, кремне остатку) г/100 г г/100 г г/100 г % % HCO образца зем, Mg +2 K + + Na + Ca +2 Cl SO4 2 % сухой породы сухой сухой % породы породы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Образцы не содержащие пирит 1 0,3775 0,0322 0,0474 0,0265 0,0108 0,2469 0,0310 0,07 8,90 0,49 1,85 0,4700 0, 6 0,0700 0,0153 0,0053 0,0045 0,0052 0,0239 0,0400 0,05 13,24 0,79 1,37 0,5875 1, 8 0,0930 0,0106 0,0096 0,0128 0,0215 0,0185 0,0611 0,12 11,08 0,74 0,28 0,2949 1, 14 0,0700 0,0136 0,0058 0,0051 0,0080 0,0140 0,0410 0,04 12,47 1,23 0,25 0,1762 1, 18 0,1500 0,0300 0,0096 0,0111 0,0354 0,0436 0,0482 0,03 9,65 0.53 0,18 0,2145 0, 21 0,0800 0,0117 0,0077 0,0099 0,0139 0,0144 0,0625 0,07 9,53 0,65 0,16 0,1340 0, 28 0,1425 0,0450 0,0032 0,0019 0,0076 0,0658 0,0421 0,06 8,08 0,60 1,32 0,2644 0, 39 0,1150 0,0380 0,0021 0,0013 0,0060 0,0403 0,0520 0,02 0,00 1,33 0,32 0,1762 0, 62 0,2600 0,0574 0,0192 0,0076 0,0301 0,1152 0,0511 0,04 6,55 0,64 0,21 0,0804 0, 66 0,0900 0,0011 0,0144 0,0088 0,0129 0,0123 0,0530 0,03 1,71 1,52 0,35 0,1340 0, 69 0,0630 0,0056 0,0106 0,0070 0,0151 0,0082 0,0958 0,10 15,95 0,46 0,18 0,4021 0, 73 0,0910 0,0006 0,0164 0,0070 0,0161 0,0024 0,0558 0,04 4,96 0,67 0,65 0,1608 0, 75 0,0690 0,0084 0,0096 0,0058 0,0129 0,0053 0,0520 0,04 8,62 0,73 0,30 0,2681 0, 77 0,0670 0,0086 0,0144 0,0018 0,0108 0,0041 0,0520 0,07 4,64 0,51 0,05 0,1608 0, 99 0,2079 0,0375 0,0144 0,0076 0,0127 0,0922 0,0435 0,25 8,89 0,45 0,54 0,5496 0, 114 0,0980 0,0183 0,0119 0,0062 0,0061 0,0321 0,0573 0,43 23,30 0,32 0,69 0,0859 0, Окончание табл. 3. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Образцы не содержащие пирит 141 0,1382 0,336 0,0062 0,0060 0,0057 0,0411 0,0701 0,01 7,05 0,65 0,24 0,2336 0, 171 0,0900 0,0189 0,0091 0,0061 0,0102 0,0144 0,0668 0,27 16,65 0,47 0,14 0,2145 0, 221 0,3213 0,0280 0,0096 0,0245 0,0140 0,1703 0,0485 0,27 9,67 0,27 3,34 0,5898 0, 306 0,8722 0,0995 0,0827 0,0145 0,0140 0,5510 0,0653 0,95 9,76 0,43 1,54 0,3351 1, Образцы содержащие пирит 104 0,3410 0,0227 0,0021 0,0056 0,0098 0,1574 0,0763 0,05 14,81 0,31 0,49 2,0628 0, 113 0,1030 0,0040 0,0111 0,0062 0,0070 0,0366 0,0427 0,10 6,21 0,55 0,30 0,0573 0, 115 0,1210 0,0245 0,0169 0,0047 0,0057 0,0457 0,0577 0,27 40,75 0,63 0,71 0,0859 0, 119 0,0890 0,0124 0,0111 0,0057 0,0052 0,0222 0,0544 0,14 2,84 0,64 0,37 0,1432 0, 120 0,0980 0,0130 0,0127 0,0057 0,0057 0,0222 0,0644 0,18 9,78 1,06 0,91 0,1432 0, 153 0,1340 0,0278 0,0091 0,0080 0,0091 0,0668 0,0489 0,03 10,96 0,39 0,95 0,4381 0, 168 0,0860 0,0125 0,0091 0,0055 0,0151 0,0144 0,0427 0,11 20,54 0,44 0,08 0,0762 0, 236 0,2120 0,0716 0,0136 0,0065 0,0092 0,1029 0,0520 0,00 9,05 0,42 0,37 0,3152 1, 237 0,1120 0,0301 0,0086 0,0027 0,0092 0,0255 0,0634 0,02 13,74 0,29 0,44 0,1719 1, 247 0,6480 0,0775 0,0720 0,0332 0,0223 0,3835 0,0563 0,42 12,44 0,21 3,60 1,1174 0, Таблица 3.

Результаты химического анализа водных вытяжек и содержание некоторых компонентов засоленности сарматских глин Образцы не содержащие Образцы содержащие пирит Показатели засоленности пирит N= N= Минерализация (по сухому 0,17 0, остатку) г/100 г сух. пор. 1, 1, Катионы, г/100 г сух. пор.

0,041 0, K + + Na + 1,75 0, 0,015 0, Ca + 1,35 1, 0,009 0, Mg + 1,14 1, Анионы, г/100 г сух. пор.

0,013 0, Cl 0,74 1, 0,076 0, SO4 1,72 1, 0,054 0, HCO 0,18 0, 0,15 0, Содержание гипса, % 1,49 0, 9,54 14, Карбонатность, % 0,55 0, 0,68 0, Аморфный кремнезем, % 0,48 0, 0,70 0, Содержание гумуса, % 1,17 1, Железо двухвалентное, г/100 г 0,28 0, сух. пор. 0,58 1, Железо трехвалентное, г/100 г 0,78 0, сух. пор. 0,53 0, Примечание: см. табл. 3. Таблица 3. Емкость поглощения и состав обменных катионов образцов глинистых пород (до выщелачивания) Лабор. Емкость Состав обменных катионов, мг-экв/100 г сух.пор.

номер поглощения, образца мг-экв/100 г Mg + Na + Ca + K+ сух. пор.

Образцы не содержащие пирит 1 17,50 0,44 0,56 7,78 6, 6 18,70 0,31 0,35 5,89 8, 8 22,61 0,51 0,56 4,92 7, 14 17,80 0,22 0,35 5,15 6, 18 23,45 0,44 0,48 8,53 9, 21 21,17 0,33 0,69 5,23 17, 28 16,87 0,22 1,69 6,21 5, 39 28,50 0,18 2,69 14,09 9, 62 27,99 0,41 2,92 6,96 15, 66 22,68 0,36 0,83 10,77 6, 69 28,96 0,21 0,46 12,86 5, 73 20,39 0,18 0,76 8,47 7, 75 17,58 0,15 0,74 9,51 5, 77 13,59 0,14 0,84 7,21 3, 99 19,36 0,63 1,52 7,97 8, 114 30,07 0,36 0,44 14,16 7, 141 27,05 0,23 2,87 10,47 13, 171 18,42 0,33 1,00 7,37 8, 221 17,42 0,46 3,91 6,24 8, 306 22,84 0,61 2,17 5,18 11, Образцы содержащие пирит 104 16,50 0,52 3,70 6,57 6, 113 27,59 0,49 0,65 12,72 12, 115 20,86 0,35 0,35 10,26 5, 119 27,07 0,31 0,57 11,80 7, 120 34,47 0,39 0,35 15,29 8, 153 12,02 0,33 0,83 5,28 5, 168 15,07 0,13 0,52 5,64 5, 236 21,59 0,51 2,61 10,16 8, 237 18,34 0,39 1,57 6,46 8, 247 24,27 1,21 1,96 8,00 9, Таблица 3. Емкости поглощения и состава обменных катионов сарматских глин Образцы не содержащие Образцы Показатели пирит содержащие пирит N=20 N= Емкость поглощения, 21,65 21, мг-экв/100 г сух. пор. 0,22 0, Состав обменных катионов, мг-экв/100 г сух. пор.

0,34 0, K+ 0,45 0, 1,29 1, Na + 0,82 0, 8,25 9, Ca + 0,35 0, 8,64 7, Mg + 0,41 0, Примечание: см. табл. 3. Емкость поглощения и состав обменных катионов. Одной из важнейших характеристик глинистых пород служит емкость поглощения, являющаяся интегральным показателем их минерального состава, дисперсности и химических особенностей. Средние значения емкости поглощения обеих изучаемых образцов сарматских глин примерно равны: 21,65 и 21,78 мг-экв/ г сух. пор. для образцов не содержащих и содержащих пирит соответственно.

Колебания этого показателя достаточно существенно для обеих групп:

12,02 – 34,47 мг-экв/100 г сух. пор. (таб. 3.6). В составе обменных катионов у образцов обеих групп преобладают ионы Na+ и K+: 0,35-3,91 мг-экв/100 г сух.

пор. и 0,13 – 1,21 мг-экв/100 г сух. пор. соответственно (табл. 3.6). Однако у образцов, не содержащих пирита обменные катионы выстраиваются в ряд:

Mg+2Ca+2Na+K+, а у образцов, содержащих пирит в ряд Ca+2 Mg+Na+ K+ (табл. 3.7).

Таким образом, в поглощенном комплексе глин в целом преобладают ионы Mg+2 и Ca+2 на их долю приходится в среднем 8,64 – 7,75 мг-экв/100 г сух.

пор. и 8,25 – 9,22 мг-экв/100 г сух. пор. соответственно для образцов не содержащих и содержащих пирит. Существенного различия по этим показателям для обоих образцов глин не наблюдается.

Таблица 3. Показатели состояния и физических свойств образцов глинистых пород (до выщелачивания) Лабор. г г, d, номер JL Wp Jp n, % Kd WL e Sr W см 3 см образца Образцы не содержащие пирит 1 0,23 0,50 0,24 0,26 38,6 0,629 2,05 1,67 1,00 0 1, 6 0,25 0,47 0,27 0,20 40,1 0,671 2,05 1,64 1,00 0 1, 8 0,23 0,53 0,25 0,28 37,4 0,596 2,02 1,71 1,00 0 1, 14 0,23 0,45 0,23 0,22 38,6 0,629 2,04 1,67 0,97 0 0, 18 0,20 0,39 0,23 0,16 47,8 0,478 2,18 1,82 1,00 0 1, 21 0,23 0,49 0,26 0,23 40,0 0,667 1,99 1,62 0,93 0 1, 28 0,16 0,34 0,17 0,17 33,7 0,508 2,13 1,83 0,90 0 0, 39 0,25 0,65 0,30 0,35 41,9 0,720 2,01 1,61 0,98 0 1, 62 0,27 0,66 0,30 0,36 41,0 0,695 2,03 1,60 1,00 0 1, 66 0,25 0,51 0,30 0,21 40,1 0,669 2,00 1,60 1,00 0 1, 69 0,18 0,56 0,28 0,28 33,7 0,508 2,13 1,81 0,97 0 1, 73 0,16 0,32 0,17 0,16 31,3 0,457 2,14 1,84 0,97 0 1, 75 0,14 0,33 0,17 0,16 28,1 0,392 2,21 1,94 0,96 0 1, 77 0,18 0,30 0,15 0,15 34,3 0,523 2,08 1,76 0,92 0 0, 99 0,24 0,53 0,24 0,29 38,9 0,673 2,05 1,65 0,98 0 0, 114 0,49 0,78 0,41 0,37 56,5 1,301 1,78 1,95 1,00 0,22 0, 141 0,24 0,60 0,24 0,37 41,1 0,695 2,02 1,62 1,00 0,01 0, 171 0,18 0,32 0,18 0,14 36,7 0,580 1,99 1,69 0,83 0 0, 221 0,24 0,50 0,23 0,27 40,9 0,691 2,02 1,62 0,97 0,06 0, 306 0,29 0,63 0,27 0,36 46,5 0,871 1,91 1,47 0,93 0,10 0, Образцы содержащие пирит 104 0,20 0,41 0,20 0,21 41,0 0,696 1,95 1,61 1,00 0 0, 113 0,27 0,58 0,26 0,32 43,8 0,779 1,95 1,54 0,95 0 0, 115 0,45 0,69 0,35 0,34 55,1 1,228 1,79 1,23 1,00 0,28 0, 119 0,46 0,79 0,41 0,38 59,3 1,455 1,64 1,12 0,88 0,15 0, 120 0,51 0,76 0,39 0,38 59,6 1,477 1,68 1,11 0,95 0,32 0, 153 0,20 0,39 0,19 0,20 36,3 0,569 2,10 1,74 0,98 0,07 0, 168 0,21 0,55 0,22 0,23 34,4 0,528 2,17 1,79 1,00 0 1, 236 0,26 0,57 0,24 0,33 41,1 0,698 2,04 1,62 1,00 0,06 0, 237 0,21 0,47 0,23 0,24 36,3 0,569 2,10 1,74 1,00 0 1, Таблица 3. Показатели состояния и физических свойств сарматских глин до выщелачивания Образцы Образцы Показатели состояния и свойств не содержащие пирит содержащие пирит N=20 N= 0, 0, Природная влажность, W 0,30 0, 0,49 0, Влажность предела текучести, WL 0,26 0, 0,24 0, Влажность предела раскатывания, W p 0,25 0, 0,25 0, Число пластичности, J p 0,32 0, 39,4 45, Пористость, n % 0,16 0, 0,65 0, Коэффициент пористости, e 0,29 0, г 2,04 1, Плотность, см 3 0,04 0, г 1, 1, Плотность «сухого» грунта, d см 3 0,10 0, 0,97 0, Степень влажности, S 0,04 0, 0,10 0, Показатель текучести, J L 0,9 Коэффициент естественной 1,03 0, уплотненности, K d 0,16 0, Примечание: см. табл. 3. Физические свойства. Изучались следующие основные показатели, отражающие состояние и физические свойства сарматских глин: природная влажность, влажность предела текучести, влажность предела раскатывания, число пластичности, пористость, коэффициент пористости, плотность в состоянии природной влажности, плотность «сухой» породы, степень влажности, показатель текучести, коэффициент естественной уплотненности.

Результаты лабораторных анализов образцов глин приведены в табл. 3.8, статистические характеристики выборок глин не содержащих и содержащих пирит - в табл. 3.9.

Природная влажность W. Являясь одной из важнейших характеристик, природная влажность отражает степень дисперсности, минеральный состав, химические особенности, условия залегания глинистых пород и др. Значения влажности у образцов не содержащих пирит варьирует в пределах 0,14 – 0,49, у образцов содержащих пирит – 0,20 – 0,51, при средних значениях 0,23 и 0, соответственно. Такое распределение влажности является следствием различной дисперсности двух групп образцов (у образцов не содержащих пирит дисперсных частиц меньше).

Показатели пластичности WL, Wp, J p. Показатели пластичности в отличие от природной влажности являются интегральным показателем глинистости пород и их засоления. Влажность предела текучести у образцов глин, не содержащих пирит изменяется от 0,30 до 0,78, у образцов содержащих пирит – 0,39 – до 0,79, при средних значениях 0,49 и 0,58 соответственно.

Причина этому – различное содержание у образцов дисперсной фракции – меньше у образцов, не содержащих пирита, а больше – у образцов, содержащих пирит. Изменение влажности предела раскатывания аналогичное - меньше у образцов, не содержащих пирит, больше – у образцов содержащих пирит, или соответственно: 0,24 и 0,28 (средние значения). Число пластичности образцов соответствует критерию глин (по ГОСТ 25100-95) и составляет 0,25 и 0, соответственно для образцов двух вышеуказанных групп. Некоторые образцы не содержащие пирит по числу пластичности могут именоваться суглинками (0,14 J p 0,17).

Пористость и коэффициент пористости n, e. Эти показатели глин являются одним из показателей степени ее уплотнения и зависят от ряда причин, таких, как: условия осадконакопления и литогенеза, механический и минеральный составы осадков, влажность и др. Влияние этих факторов различно по абсолютной величине и часто противоположно по знаку. Однако важнейшим показателем, определяющим пористость глин, является их влажность. Меньшую влажность имеют образцы глин не содержащих пирит, соответственно и пористость у них меньше: 28,1 – 56,5 % (среднее 39,4 %). Большая влажность у образцов содержащих пирит – и пористость у них больше: 34,4 – 59,6 % (среднее 45,2 %). Аналогичная зависимость имеет место и для коэффициентов пористости. Несмотря на различие в пористости обеих групп образцов, степень влажности S r у них одинаковая – 0,97.

Плотность глин природной влажности является следствием их пористости и влажности, а следовательно большая у образцов глин не содержащих пирит: 1,78 – 2,14 г/см3 (среднее 2,09 г/см3) и меньшая у образцов глин содержащих пирит: 1,64 – 2,17 г/см3 (среднее 1,94 г/см3). Аналогично изменяется и плотность «сухого» грунта d : у первой группы образцов – 1,47 – 1,95 г/см3 (среднее 1,67 г/см3), у второй – 1,11 - 1,79 г/см3 (среднее 1,50 г/см3).

По показателю текучести J L все образцы могут быть отнесены к твердым и полутвердым (с преобладанием первых). По коэффициенту естественной уплотненности К d обе группы образцов различаются достаточно отчетливо. У образцов, не содержащих пирит коэффициент естественной уплотненности больше – 0,73 – 1,34 (среднее 1,03), у образцов содержащих пирит - меньше 0,61 – 1,55 (среднее 0,91), что указывает на более высокую степень литификации первой группы образцов.

Механические свойства и набухаемость. Изучены следующие свойства:

величина свободного набухания и влажность набухания, давление набухания, модуль деформации и коэффициент сжимаемости, удельное сцепление, угол внутреннего трения, срезающее усилие при вертикальной нагрузке 0,1 МПа.

Набухаемость, это способность дисперсных пород увеличивать объем при взаимодействии с водой или растворами под действием адсорбционных, осмотических и капиллярных сил. Изучены два основных показателя набухаемости: величина свободного набухания и давление набухания.

Величина свободного набухания при взаимодействии глинистых пород с водой изучалась в приборе ПНГ – 1 за критерий условной стабилизации деформации свободного набухания принята (в соответствии с ГОСТ 24143-80) деформация не более 0,01мм за 16 часов.

Таблица 3. Показатели механических свойств и размокаемости образцов глинистых пород до выщелачивания Природного сложения и влажности Лабор. Pm авод.

sw номер Евод. 105 Па Wн 10 5 Па образца 0,1 10 5 Па с 105 Па град 1 2 3 4 5 6 7 8 Образцы не содержащие пирит 1 0,09 0,31 0,86 18 1,18 4, 6 0,04 0,26 0,015 110 0,97 11 1,18 2, 8 0,05 0,29 0,007 220 1,24 18 1,58 6, 14 0,02 0,31 0,008 200 1,02 9 1,20 3, 18 0,06 0, 21 0,08 0,27 1,19 10 1,35 6, 28 0,32 0,38 0,009 160 1,36 20 5, 39 0,14 0,38 0,004 430 1,65 15 1,95 6, 62 0,16 0,36 0,008 210 1,52 10 5, 66 0,11 0,34 0,008 200 0, 69 0,37 0,41 0,009 160 4,18 18 16, 73 0,11 0,28 0,012 140 1,04 22 5, 75 0,20 0,27 0,006 230 0,72 38 6, 77 0,07 0,24 1,50 11 4, 99 0,06 0,31 0,019 90 1,50 0 1,50 2, 114 0,06 0,49 0,37 27 0,90 4, 141 0,11 0,33 0,011 150 1,10 12 1,30 5, 171 0,22 0,34 0,020 70 1,37 29 1,10 4, 221 0,09 0,28 3, 306 0,15 0,38 0,007 270 0,96 15 1, Образцы содержащие пирит 104 0,28 0,39 0,005 340 1,17 32 1,75 6, 113 0,07 0,33 0,005 370 0,91 16 1,20 3, 115 0,01 0,45 0,55 12 0,75 4, 119 0,03 0,58 0,012 120 0,74 6 0,85 1, 120 0,07 0,60 0,032 50 0,61 14 0,85 4, 153 0,07 0,28 0,008 190 1,18 15 1,45 5, 168 0,08 0,26 0,010 150 1,36 9 1,45 5, 236 0,21 0,36 0,012 150 1,22 13 1, 237 0,27 0,36 0,012 140 1,69 10 1,69 3, 247 0,18 0,42 0,019 90 1,32 3 1,40 6, Результаты измерений по всем образцам приведены в табл. 3.10, статистические характеристики показателей – в табл. 3.11. По величине свободного набухания sw почти все изученные образцы являются набухающими (только у трех образцов sw – менее 0,04). Максимальные значения показателя достигают значений 0,32 – 0,37. При средних значениях для обеих групп образцов равном 0,13, что свидетельствует о преобладании образцов средне – и сильно набухающих (по ГОСТ 24143-80). Однако, влажность набухания у обеих групп образцов разная: минимальная 0,22 – 0, (среднее 0,32) – для образцов глин не содержащих пирит и максимальная 0,26 – 0,58 (среднее 0,40) – для образцов содержащих пирит.

Давление набухания Рн замерялось в соответствии с ГОСТ 24143-80 без применения арретира. Обе изученные группы образцов существенно различаются по этому показателю. Более плотные сильно литифицированные менее влажные образцы глин не содержащие пирит развивают давление набухания (1,25 – 13,00)х105 Па, среднее – 4,41х105 Па;

менее плотные более влажные образцы с включением пирита развивают давление набухания (0,25 8,00)х105 Па, среднее 2,37х105 Па.

По показателям сжимаемости: модулю деформации Е и коэффициенту сжимаемости а обе изученные группы образцов довольно близки. Среднее значение модуля деформации у первой группы образцов равно 186,6х105 Па, у второй – 177,8х105 Па.

Прочность на срез изучалась по показателям удельного сцепления с и угла внутреннего трения. В целом можно однозначно утверждать, что менее влажные, более плотные глины, не имеющие в своем составе пирита, обладают более высокой прочностью, чем более влажные и менее плотные образцы глин, содержащие пирит. Значение удельного сцепления для первых составляет (0, – 4,18)х105 Па, среднее 1,32 х105 Па;

для вторых (0,61 – 1,69)х105 Па, среднее 1,08х105 Па. Значение угла внутреннего трения соответственно равны: 9 – град (среднее 16,6 град.) и 3 - 32 град (среднее 13,0 град).

Таблица 3. Показатели механических свойств сарматских глин Образцы Образцы не содержащие Показатели свойств содержащие пирит пирит N= N= 0,13 0, Свободное набухание, sw 0,72 0, 0,32 0, Влажность набухания, Wsw 0,19 0, 4,41 2, Давление набухания, Pн 10 5 Па 1,05 1, 0,010 0, Коэффициент сжимаемости, а 0,49 0, 186,6 177, Модуль деформации, Е 10 5 Па 0,47 0, 1,32 1, Удельное сцепление, с 10 5 Па 0,6 0, 16,6 13, Угол внутреннего трения, град 0,54 0, Удельное сопротивление пенетрации, 5,27 4, Pm 10 Па 0,63 0, 1,31 1, Срезающее усилие, 0,1 10 5 Па 6,81 0, Примечание: см. табл. 3. Комплексным показателем, отражающим прочность грунта на срез, является величина срезающего усилия 0,1, определенная при вертикальной нагрузке 0,1 МПа. Значения этого показателя подтверждает вывод о большей прочности образцов глин, не имеющих включения пирита (среднее значение 0, равно 1,31х105 Па), чем образцов глин с включением пирита (среднее значение 0,1 равно 1,29х105 Па).

Пластическая прочность образцов определялась по показателю удельного сопротивления пенетрации P m1. Значения этого показателя подтверждает сделанные ранее выводы о прочности обеих групп образцов. У первых (не имеющих пирита P m1 равно 5,27х105 Па), у вторых (содержащих включения пирита) P m1 равно 4,62 х105 Па (средние значения).

Таким образом, анализ показателей физико - механических свойств образцов сарматских глин показал, что образцы не имеющие в своем составе включений пирита являются более плотными, менее влажными, более прочными и развивают большое давление набухания по сравнению с образцами другой группы, содержащих в своем составе включения пирита включений пирита.

3.3. Изменение состава свойств при выщелачивании Микроагрегатный состав. Результаты определения микроагрегатного состава образцов глин после диффузионного выщелачивания приведен в табл.

3.12 и на рис. 3.7, статистические характеристики величин содержания фракций даны в табл. 3.13. Анализ данных свидетельствует о том, что длительное диффузионное выщелачивание привело к существенному изменению степени дисперсности образцов сарматских глин. Причем, качественно и количественно эти изменения в обеих группах образцов (не содержащих и содержащих пирит) существенно различаются. Изменения коснулись практически всех фракций.

До выщелачивания среди изучаемых образцов преобладали разности со смешанными коагуляционно - цементационными связями, среднее значение коэффициентов агрегированности для обеих групп образцов были примерно равны (1,97 и 1,93). После выщелачивания у образцов, не имеющих в своем составе пирита значительно, увеличилось содержание глинистой фракции (в среднем на 15,6 %), в то время как у образцов, имеющих включения пирита, содержание глинистой фракции изменилось мало, а в среднем даже уменьшилось на 0,9 %. В следствие этого, коэффициенты агрегированности у образцов первой группы уменьшились в среднем на 0,65, а у образцов второй группы даже увеличились на 0,02.

0% 50 ь Гл л Пы ин а 0% 0 10 20 50 80 30 40 100% 60 Песок Рис. 3.7 График - треугольник микроагрегатного состава сарматских глин после выщелачивания:

o - не содержащих пирит;

- содержащих пирит У образцов, не содержащих пирит, при выщелачивании уменьшилось так же содержание песчаной и пылеватой фракций (в среднем на 1,9 % и 13,8 %).

Что является следствием разрушения внутри агрегатных связей. В целом дисперсность таких образцов повысилась.

У образцов, содержащих пирит, при выщелачивании содержание крупных фракций практически не изменилось (табл. 3.22). Следовательно, диффузионное выщелачивание образцов глин с включением пирита практически не привело к изменению степени их дисперсности. Очевидно, одновременно с растворением и выносом солей, обуславливающих структурные связи, происходит образование новых связей за счет возникновения новых химических соединений.

Ионно - солевой комплекс. Результаты химических исследований образцов выщелоченных глин даны в табл. 3.14, 3.15 и 3.16, изменения показателей приведены в табл. 3.22.

Минерализация образцов обеих групп уменьшилась на 0,04 – 0,08 г/100 г сух. пор. (среднее). Содержание практически всех ионов уменьшилось, за исключением иона HCO3. У образцов, содержащих пирит, его содержание несколько повысилось (в среднем на 0,009 г/100 г сух. пор.). Наибольшие изменения коснулись содержания гипса, общей карбонатности и аморфного кремнезема.

Таблица 3. Микроагрегатный состав образцов глинистых пород после выщелачивания в условиях свободного набухания Микроагрегатный состав, % Лабор.

номер песок пыль глина образца ( 0,05 мм) ( 0,05 - 0,005 мм ) ( 0,005 мм) Образцы не содержащие пирит 1 1,54 39,30 59, 6 0,74 36,36 62, 8 2,94 59,01 38, 14 0,60 33,85 65, 18 2,92 66,01 31, 21 0,60 43,69 55, 28 3,95 40,69 55, 39 1,66 12,41 85, 62 0,68 15,29 84, 66 9,66 64,41 25, 69 9,39 58,25 32, 73 47,80 18,36 33, 75 28,93 31,14 39, 77 46,42 45,05 8, 99 5,16 44,77 50, 114 3,46 58,07 38, 141 13,54 49,70 36, 171 7,71 54,65 37, 221 6,77 53,20 40, Образцы содержащие пирит 104 4,86 58,97 36, 113 8,24 42,92 48, 115 11,17 46,94 41, 119 7,68 75,68 16, 120 8,83 41,31 49, 153 4,98 67,51 27, 168 13,49 58,83 27, 236 9,29 66,67 24, 247 8,83 47,08 44, Таблица 3. Микроагрегатный состав сарматских глин после диффузионного выщелачивания Образцы Образцы Показатели свойств не содержащие пирит содержащие пирит N=20 N= Микроагрегатный состав, % 10,2 8, песок ( 0,05 мм) 1,43 0, 43,4 56, пыль ( 0,05 - 0,005 мм ) 0,37 0, 46,4 35, глина ( 0,005 мм) 0,42 0, Коэффициент агрегированности дисперсной фракции (рассчитанный 1,32 1, по средним значениям) Примечание: см. табл. 3. Содержание гипса у образцов глин без пирита при выщелачивании уменьшилось в среднем на 0,04 %, а у образцов с пиритом – повысилось на 0, %. Аналогичные изменения характерны и для карбонатности. У первой группы образцов она уменьшилась в среднем на 1,09 %, а у второй – повысилась на 1,49 %. Примерно такие же тенденции имеют место и для содержания аморфного кремнезема. Для первой группы образцов произошло его уменьшение в среднем на 0,07 %, а для второй – увеличение на 0,19 %.

Емкость поглощения в процессе диффузионного выщелачивания изменилась незначительно (табл. 3.22), а обменные катионы выстроились в ряд Са+2 Mg+2 K+ Na+ - для образцов, не содержащих пирит и в ряд:

Ca+2 Mg+ Na+ K+ - для образцов содержащих пирит.

Изменение химического состава фильтрата при выщелачивании образцов, не содержащих включения пирита и для образцов с пиритом приведены на рис.

3.10 – 3.15.

Таблица 3. Результаты химического анализа водных вытяжек и содержание некоторых компонентов засоленности образцов глинистых пород (после выщелачивания) Катионы, г/100 г Анионы, г/100 г Аморф- Железо Железо Минерализация Лабор. сухой породы сухой породы Карбонат- ный (двухва- (трехва (по сухому Гипс, Гумус, номер ность, кремне- лентное) лентное) остатку), г/100г % % HCO Mg +2 образца зем, г/100 г г/100 г K + + Na + Ca +2 Cl SO4 2 % сухой породы сух.пор. сух.пор.

% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Образцы не содержащие пирит 1 0,1480 0,0113 0,0228 0,0138 0,0096 0,0580 0,0668 0,11 6,51 0,32 1,92 0,9148 0, 6 0,0980 0,0099 0,0114 0,0102 0,0129 0,0103 0,0716 0,08 13,06 0,55 1,14 0,5336 1, 8 0,0720 0,0070 0,0084 0,0076 0,0088 0,0189 0,0388 0,06 13,10 0,54 0,39 0,2629 1, 14 0,1000 0,0083 0,0105 0,0138 0,0113 0,0078 00059 0,08 13,76 0,62 0,27 0,2795 1, 18 0,0600 0,0050 0,0082 0,0061 0,0075 0,0053 0,0477 0,09 13,08 0,64 0,32 0,2541 1, 21 0,0540 0,0052 0,0064 0,0077 0,0054 0,0082 0,0501 0,06 13,33 0,32 0,20 0,3558 0, 28 0,1040 0,0140 0,0137 0,0116 0,0086 0,0374 0,0596 0,09 10,12 0,26 1,62 0,6861 0, 39 0,0560 0,0105 0,0073 0,0066 0,0065 0,0115 0,0549 0,03 0,75 1,00 0,34 0,1271 1, 62 0,6780 0,0113 0,0082 0,0089 0,0086 0,0082 0,0668 0,06 4,41 0,94 0,27 0,0762 0, 66 0,0740 0,0087 0,0089 0,0057 0,0072 0,0181 0,0388 0,07 0,00 1,03 0,12 0,2337 0, 69 0,0760 0,0063 0,0126 0,0051 0,0072 0,0173 0,0443 0,06 9,78 0,46 0,24 0,2337 1, 73 0,0720 0,0032 0,0091 0,0100 0,0065 0,0074 0,0596 0,04 0,95 0,81 0,78 0,0762 0, 75 0,0680 0,0062 0,0082 0,0083 0,0075 0,0078 0,0549 0,04 9,10 0,47 0,20 0,0254 0, 77 0,0640 0,0025 0,0094 0,0057 0,0048 0,0156 0,0376 0,06 5,32 0,43 0,03 0,0000 0, 99 0,1280 0,0130 0,0144 0,0058 0,0127 0,0304 0,0425 0,13 8,26 0,82 0,64 0,5629 0, Окончание табл. 3. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 114 0,0800 0,0124 0,0134 0,0069 0,0066 0,0189 0,0653 0,32 14,04 0,98 0,55 0,1719 1, 141 0,0871 0,0050 0,0096 0,0058 0,0064 0,0230 0,0373 0,09 9,85 0,49 0,39 0,1608 0, 171 0,1566 0,0111 0,0182 0,0050 0,0077 0,0107 0,0939 0,08 5,62 0,37 1,62 0,3217 0, 221 0,1800 0,0128 0,0385 0,0029 0,0064 0,0634 0,0560 0,21 8,48 0,28 3,86 0,5362 0, 306 0,2779 0,0210 0,0481 0,0146 0,0191 0,1424 0,0436 0,44 9,87 0,85 0,88 0,6434 1, Образцы содержащие пирит 104 0,1100 0,0185 0,0103 0,0062 0,0044 0,0317 0,0639 0,28 12,22 0,34 0,55 1,4898 0, 113 0,0670 0,0073 0,0113 0,0056 0,0042 0,0160 0,0586 0,59 7,21 0,67 0,38 0,1948 0, 115 0,0840 0,0128 0,0164 0,0044 0,0066 0,0259 0,0635 0,52 34,51 0,72 1,10 0,1432 0, 119 0,0940 0,0133 0,0058 0,0043 0,0066 0,0238 0,0668 0,26 31,03 1,46 0,38 0,0573 0, 120 0,1120 0,0130 0,0185 0,0050 0,0055 0,0259 0,0763 0,24 19,49 1,35 0,76 0,0573 0, 153 0,1281 0,0121 0,0182 0,0047 0,0089 0,0197 0,0635 0,20 10,55 0,24 0,95 0,6836 1, 168 0,0810 0,0065 0,0134 0,0069 0,0044 0,0173 0,0635 0,66 5,64 0,37 0,26 0,1432 1, 236 0,0690 0,0126 0,0134 0,0031 0,0055 0,0115 0,0544 0,37 9,39 0,64 0,50 0,1719 1, 237 0,0780 0,0123 0,0050 0,0053 0,0055 0,0205 0,0544 0,40 13,08 0,63 0,36 0,0859 1, 247 0,2330 0,0297 0,0349 0,0100 0,0088 0,0897 0,0811 0,54 13,24 0,35 4,00 1,6617 0, Таблица 3. Результаты химического анализа водных вытяжек и содержание некоторых компонентов засоленности сарматских глин после диффузионного выщелачивания Образцы Образцы не содержащие Показатели засоленности содержащие пирит пирит N= N= Минерализация 0,13 0, (по сухому остатку), г/100 г сух. пор. 1,06 0, Катионы, г/100 г сух. пор.

0,009 0, K + + Na + 0,43 0, 0, 0, Ca + 0, 0, 0,008 0, Mg + 0,37 0, Анионы, г/100 г сух. пор.

0,009 0, Cl 0,35 0, 0,026 0, SO4 1,19 0, 0,052 0, HCO 0,35 0, Содержание гипса, % 0,11 0, 0,92 0, Карбонатность, % 15, 8, 0, 0, Аморфный кремнезем, % 0,61 0, 0,43 0, Содержание гумуса, % 0,79 0, 1,15 1, Железо двухвалентное (г/100 г сух. пор.) 0, 0, 1, 0, Железо трехвалентное (г/100 г сух. пор.) 0,81 0, 0,59 0, Примечание: см. табл. 3. Таблица 3. Емкость поглощения и состав обменных катионов образцов сарматских глин (после выщелачивания) Лабор. Емкость Состав обменных катионов мг-экв/100 г сухой породы номер поглощения образца (мг-экв/100 г Mg + Na + Ca + K+ сухой породы) Образцы не содержащие пирит 1 10,72 0,41 0,39 9,56 5, 6 16,48 0,38 0,26 7,37 5, 8 18,53 0,26 0,35 6,69 8, 14 17,59 0,26 0,22 6,46 10, 18 21,24 0,15 0,30 6,92 10, 21 17,06 0,23 0,22 5,10 11, 28 16,82 0,00 0,39 8,65 4, 39 31,21 0,31 0,70 12,19 15, 62 31,34 0,51 0,61 12,01 17, 66 30,35 0,41 0,44 12,71 8, 69 28,93 0,31 0,44 17,75 9, 73 18,13 0,23 0,26 7,46 9, 75 16,48 0,00 0,26 9,65 5, 77 18,85 0,23 0,39 11,54 7, 99 18,71 1,07 0,39 9,71 6, 114 31,70 0,46 0,48 16,01 8, 141 22,34 0,73 0,31 12,47 7, 171 23,39 0,69 0,44 21,28 0, 221 14,45 0,66 0,26 7,63 5, 306 14,28 0,92 0,39 7,13 4, Образцы содержащие пирит 104/I 20,47 0,59 0,65 12,48 3, 113 28,74 0,51 1,13 11,49 15, 115 24,08 0,46 1,09 13,03 5, 119 20,75 0,21 0,44 11,49 5, 120 30,63 0,46 1,09 14,26 6, 153 15,75 0,41 0,28 8,55 2, 168 25,16 0,18 0,30 11,70 10, 236 22,63 0,39 1,04 11,49 7, 237 17,86 0,83 0,35 6,87 7, 247 22,86 0,92 1,13 10,98 6, Данные изменения химического состава фильтрата использованы для построения кривых выщелачивания (по выносу водорастворимых солей) – рис.

3.8.

Анализ этих кривых показывает, что химические процессы, сопровождаемые диффузионное выщелачивание глин у образцов, не имеющих в своем составе пирита и у образцов у которых он есть, протекают по - новому.

У образцов, не имеющих в своем составе пирита (рис. 3.9, обр.1, 221 и 306), количество выносимых солей увеличивается прямо пропорционально времени выщелачивания по линейному закону с очень высокими значениями коэффициентов корреляции r=0,98 – 0,99. Кривые изменения химического состава фильтрата для таких образцов даны на рис. 3.10, 3.11, 3.15.

Таблица 3. Емкость поглощения и состав обменных катионов сарматских глин после диффузионного выщелачивания Образцы не Образцы содержащие Показатели содержащие пирит пирит N=20 N= Емкость поглощения, 20,93 22, мг-экв/100 г сух. пор. 0,31 0, Состав обменных катионов, мг-экв/100 г сух. пор.

0,41 0, а) K + 0,68 0, 0,38 0, а) Na + 0,35 0, 10,41 11, б) Ca + 0,4 0, 8,14 6, в) Mg + 0,47 0, Примечание: см. табл. 3. Рис. 3.8 Кривые выщелачивания сарматских глин, вынос водорастворимых солей. Цифры – лабораторные номера образцов глин.

У образцов, содержащих включения пирита, (рис. 3.9: обр. 104, 115, 236, 247) количество выносимых водорастворимых солей так же прямо пропорционально времени выщелачивания, однако кривые регрессии имеют более сложный характер с коэффициентами корреляции r=0,77 – 0,80. Кривые изменения химического состава фильтрата для таких образцов даны на рис.

3.12, 3.13, 3.14. Таким образом, при диффузионном выщелачивании незасоленных сарматских глин, не имеющих в своем составе пирита, с течением времени наблюдается непрерывное уменьшение засоленности образцов за счет выноса сильно и среднерастворимых солей натрия, калия, кальция и др. Одновременно с этим, происходит выщелачивание (в присутствии СО 2 ) слаборастворимых солей карбонатов кальция и магния с преобразованием их в сильнорастворимые соединения типа Са(НСО 3 ) 2 и вынос их из образца. Общее содержание карбонатов в глинах при этом уменьшается, структурные связи между грунтовыми частицами разрушаются, степень агрегированности глин уменьшается, дисперсность увеличивается. Степень выщелоченности образцов таких глин на конец опыта составила 0,17 - 0,82, среднее 0,43 (табл. 3.17).

Рис. 3.9 Графики выщелачивания сарматских глин.

Зависимость количества вынесенных солей с от времени t При диффузионном выщелачивании незасоленных сарматских глин содержащих в своем составе пирит, химические процессы протекают несколько иначе. На вышеописанные химические преобразования по растворению, выщелачиванию и выносу солей из образцов глин накладываются другие процессы, обусловленные окислением пирита. При этом образуется серная кислота, которая, воздействуя на карбонаты кальция, способствует образованию гипса. Содержание карбонатов при этом падает и частично разрушаются структурные связи между грунтовыми частицами, обусловленные этими солями. Однако, накапливающийся при этом гипс и ярозит способствуют возникновению новых структурных связей между грунтовыми элементами.

Исследованиями Ф.Д. Овчаренко и др. (1973 г.) установлено, что серная кислота, образующаяся при окислении пирита, разрушает трехслойные пакеты монтмориллонита, растворяет значительную часть окислов железа, магния и алюминия и способствует образованию высокодисперсного кремнезема, который может создавать прочные водорастворимые связи между грунтовыми частицами.

Такие химические процессы, происходящие в глинах при выщелачивании, приводят к тому, что в поровых водах накапливается ион SO а в твердой фазе исчезает полностью натрий, но появляются окисное железо, гипс, ярозит. Возникающие при этом новые подвижные равновесия, способствуют растворению карбонатов и гипса. За счет этого ионы SO42 и Са + поступают дополнительно в поровый раствор, а реакция обмена между катионами поровых вод и обменным комплексом глин способствует вытеснению обменного и поступлению его в поровые воды.

Na + Преобладающему в поровой воде иону SO42 продолжает оставаться противоион Na +. Исследованиями Н.П. Затенацкой [22] установлено, что дальнейшее рассоление вплоть до рассолонцевание глин приводит к почти полному удалению из поровых вод ионов Cl и Na +. Поровые воды приобретают HCO3 Ca +2 Mg +2 и HCO3 Na + (содовый) состав. В обменном комплексе при этом накапливается поглощенный Са +2, поступающий из поровых вод.

Степень выщелоченности таких образцов на конец опыта составила 0,09 - 0,67, среднее 0,38 (табл. 3.17).

Образец мг/л 4 8 13 16 21 23 37 46 52 59 69 77 86 сутк и мг/л 4 8 13 16 21 23 37 46 52 59 69 77 86 сутк и 1 - Ca+2, 2 - Mg+2, 3 - Na+, 4 - K+, 5 - Cl-, 6 - SO 4 -2, 7 - HCO 3 Рис. 3.10 Изменение химического состава фильтрата при выщелачивании образцов сарматских глин, не содержащих пирит. Исходная минерализация образца 0,38 г/100 г сух. пор.

Образец 6 мг/л сутк и мг/л 60 сутк и 1 - Ca+2, 2 - Mg+2, 3 - Na+, 4 - K+, 5 - Cl-, 6 - SO 4 -2, 7 - HCO 3 Рис. 3.11 Изменение химического состава фильтрата при выщелачивании образцов сарматских глин не содержащих пирит. Исходная минерализация образца 0,093 г/100 г сух. пор.

Образец 30 мг/л 3 6 14 21 33 51 65 78 85 сутк и мг/л 50 40 3 6 14 21 33 51 65 78 85 сутк и 1 - Ca+2, 2 - Mg+2, 3 - Na+, 4 - K+, 5 - Cl-, 6 - SO 4 -2, 7 - HCO 3 Рис. 3.12 Изменение химического состава фильтрата при выщелачивании образцов сарматских глин содер жащих пирит. Исходная минерализация образца 0,34 г/100 г сух. пор.

образец мг/л 40 2 5 16 45 66 80 87 сутк и 250 мг/л 200 2 5 16 45 66 80 87 сутк и 1-Ca+2, 2 - Mg+2, 3 - Na+, 4 - K+, 5 - Cl-, 6 - SO 4 -2, 7 - HCO 3 Рис. 3.13 Изменение химического состава фильтрата при выщелачивании образцов сарматских глин содер жащих пирит. Исходная минерализация образца 0,12 г/100 г сух. пор.

Образец 30 мг/л 3 6 20 34 49 63 73 86 сутк и 500 мг/л 400 3 6 20 34 49 63 73 86 сутк и 1 -Ca+2, 2 - Mg+2, 3 - Na+, 4 - K+, 5 - Cl-, 6 - SO 4 -2, 7 - HCO 3 Рис. 3.14 Изменение химического состава фильтрата при выщелачивании образцов сарматских глин содер жащих пирит. Исходная минерализация образца 0, 098 г/100 г сух. пор.

Образец 30 мг/л 13 28 41 54 64 77 91 107 сутк и мг/л 100 80 13 28 41 54 64 77 91 107 сутк и 1 - Ca+2, 2 - Mg+2, 3 - Na+, 4 - K+, 5 - Cl-, 6 - SO 4 -2, 7 - HCO 3 Рис. 3.15 Изменение химического состава фильтрата при выщелачивании образцов сарматских глин, не содержащих пирит. Исходная минерализация образца 0,87 г/100 г сух. пор.

Таблица 3. Степень выщелоченности образцов сарматских глин на конец опыта Общее содержание солей, Лабор. Время г/100 г сух. пор. Степень номер выщелачивания, выщелоченности до после образца сут.

выщелачивания выщелачивания Образцы не содержащие пирит 1 0,378 0,148 94 0, 8 0,093 0,072 184 0, 18 0,150 0,060 96 0, 21 0,080 0,054 81 0, 28 0,143 0,104 96 0, 39 0,115 0,056 98 0, 66 0,090 0,074 100 0, 73 0,091 0,072 98 0, 99 0,208 0,128 93 0, 141 0,138 0,087 89 0, 221 0,321 0,180 122 0, 306 0,872 0,278 128 0, Образцы содержащие пирит 104 0,341 0,110 92 0, 113 0,103 0,067 98 0, 115 0,121 0,084 94 0, 153 0,134 0,128 112 0, 168 0,086 0,081 93 0, 236 0,212 0,069 108 0, 237 0,112 0,078 99 0, 247 0,648 0,233 85 0, Физические свойства. Анализ изменения физических характеристик и состояния глин при выщелачивании выполнен для образцов в условиях максимального их разуплотнения при свободном набухании. В табл. 3.18 и 3. даны характеристики показателей физических свойств глин для групп образцов: не содержащих пирит и содержащих пирит. В табл. 3.22 показано изменение показателей указанных свойств при выщелачивании в абсолютных значениях.

Таблица 3. Показатели состояния и физических свойств образцов сарматских глин (после выщелачивания) Лабор. г г d,, номер. Wp Jp n, % Kd JL WL e W см см образца 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Образцы не содержащие пирит 1 0,45 0,49 0,20 0,29 55,1 1,229 1,77 1,22 0,85 0, 6 0,40 0,48 0,23 0,25 52,2 1,092 1,85 1,32 0,68 0, 8 0,46 0,53 0,22 0,31 55,7 1,256 1,75 1,20 0,77 0, 14 0,43 0,51 0,25 0,26 54,0 1,174 1,79 1,25 0,71 0, 18 0,30 0,41 0,21 0,20 45,0 0,819 1,92 1,48 0,45 0, 21 0,40 0,48 0,25 0,23 52,2 1,092 1,82 1,30 0,66 0, 28 0,44 0,44 0,22 0,22 54,6 1,201 1,79 1,24 1,0 39 0,45 0,64 0,32 0,32 55,1 1,229 1,81 1,25 0,39 0, 62 0,47 0,52 0,26 0,26 56,0 1,274 1,75 1,19 0,81 0, 66 0,54 0,53 0,29 0,24 59,6 1,474 1,65 1,07 1,02 69 0,53 0,56 0,26 0,30 59,1 1,447 1,71 1,12 0,90 0, 73 0,32 0,32 0,16 0,16 46,3 0,861 1,91 1,45 1,00 75 0,36 0,33 0,16 0,17 49,3 0,972 1,88 1,38 1,18 77 0,31 0,31 0,13 0,18 45,6 0,837 1,90 1,45 1,00 99 0,39 0,54 0,17 0,37 51,8 1,076 1,85 1.33 0,60 0, 114 0,56 0,80 0,39 0,41 60,5 1,534 1,67 1,07 0,42 0, 141 0,27 0,53 0,25 0,28 40,7 0,688 2,04 1,63 0,07 0, 171 0,60 0,79 0,38 0,41 61,6 1,602 1,64 1,02 0,55 0, 221 0,45 0,53 0,23 0,30 55,2 1,233 1,78 1,23 0,73 0, 306 0,60 0,66 0,32 0,34 62,2 1,650 1,66 1,04 0,82 0, Образцы содержащие пирит 104 0,63 0,48 0,22 0,26 63,2 1,720 1,65 1,01 1,55 113 0,38 0,58 0,28 0,30 51,0 1,041 1,84 1,34 0,33 0, 115 0,60 0,69 0,37 0,32 62,1 1,638 1,66 1,04 0,72 0, 119 0,61 0,76 0,44 0,32 62,5 1,664 1,66 1,03 0,53 0, 120 0,57 0,70 0,38 0,32 61,1 1,568 1,68 1,07 0,59 0, 153 0,48 0,43 0,23 0,20 56,7 1,310 1,75 1,18 1,25 168 0,35 0,56 0,26 0,30 48,9 0,956 1,89 1,40 0,30 0, 236 0,57 0,55 0,26 0,29 61,0 1,562 1,68 1,07 1,07 237 0,52 0,47 0,23 0,24 58,7 1,420 1,70 1,12 1.21 247 0,53 0,61 0,30 0,31 59,0 1,442 1,30 0,85 0,74 0, Таблица 3. Показатели состояния и физических свойств сарматских глин после диффузионного выщелачивания Образцы Образцы Показатели состояния и свойств не содержащие пирит содержащие пирит N=20 N= 0,44 0, Природная влажность, W 0,23 0, Влажность предела текучести, 0,52 0, WL 0,25 0, Влажность предела 0,25 0, раскатывания, W p 0,29 0, 0,27 0, Число пластичности, J p 0,25 0, 53,6 58, Пористость, n % 0,11 0, 1,19 1, Коэффициент пористости, e 0,23 0, г 1,80 1, Плотность, см 3 0,06 0, Плотность «сухого» грунта, 1,26 1, г d 3 0,13 0, см 0,73 0, Показатель текучести, J L 0,37 0, Коэффициент естественной 0,31 0, уплотненности, K d 0,8 0, Примечание: см. таблицу 3. Анализ результатов показывает, что при водонасыщении и диффузионном выщелачивании произошли изменения практически всех показателей физических свойств грунта. Наиболее существенные изменения зафиксированы для влажности, она повсеместно увеличилась. Для образцов, не имеющих в своем составе пирита, влажность составила 0,27 – 0,60, среднее – 0,44;

для образцов содержащих пирит – 0,35 - 0,63, среднее 0,52. Влажность повсеместно увеличилась в среднем в 1,7 – 1,9 раза. Однако, абсолютное приращение влажности при водонасыщении и выщелачивании у обеих групп образов осталось одинаковым – в среднем 0,21 (табл. 3.22).

Показатели пластичности при водонасыщении и диффузионном выщелачивании глин изменились незначительно. У группы образцов, не содержащих пирита, увеличились показатели предела текучести, в среднем на 0,03, а у группы образцов, содержащих пирит, этот показатель практически не изменился. Влажность предела раскатывания при выщелачивании в основном увеличилась для всех образцов, но не значительно – в среднем на 0,01 – 0, для двух указанных групп. Показатель текучести всех образцов увеличился примерно на одинаковую величину - 0,63 – 0,65, вследствие чего, образцы из твердого и полутвердого состояния перешли в мягко и текуче - пластичное.

Существенные изменения наблюдаются у показателей, характеризующих степень уплотнения и плотность грунта. Пористость у образцов не содержащих пирит достигла 40,7 – 62,2 %, Среднее 53,6 %, у образцов содержащих включения пирита – 48,9 – 63,2 %, среднее – 58,4 %. Приращение пористости составило 14,2 и 13,2 % соответственно для указанных групп образцов. Изменение пористости по показателю коэффициента пористости составило плюс 0,54. Такое разуплотнение глин при увлажнении и выщелачивании обусловили существенное уменьшение плотности «сухого»

грунта, которая уменьшилась на 0,41 – 0,39 г/см3 – для двух указанных групп образцов и составила в среднем 1,67 и 1,50 г/см3, что соответствует общей плотности 2,04 и 1,94 г/см3.

Таким образом, вследствие увлажнения и диффузионного выщелачивания образцов глин, произошло их разуплотнение. Несколько больше – это разуплотнение наблюдается для групп образцов, не содержащих пирит, по сравнению с другой группой образцов. Это обусловлено более значительным изменением «глинистости» указанной группы образцов при выщелачивании, что нашло свое проявление в их большей набухаемости.

и набухаемость. Изучение величины Механические свойства свободного набухания в условиях выщелачивания, проводилось по следующей методике. Из образца грунта ненарушенного сложения вырезались два образца – близнеца для испытаний в приборе ПНГ – 1 и в диффузионном приборе.

Испытание на набухание в приборе ПНГ – 1 осуществлялось по методике рекомендованной ГОСТ 24143-80. Испытания в диффузионном приборе выполнялись по следующей схеме.

Таблица 3. Показатели механических свойств образцов сарматских глин после выщелачивания Удельное Лабор.

сцепление sw номер Pm2 10 5 Па 105 Па W град образца с 10 5 Па 1 2 4 5 6 7 Образцы не содержащие пирит 1 0,08 0, 6 0,04 0,28 0,45 13 0, 8 0,08 0,26 0,42 7 0, 14 0,06 0,25 0,51 6 0, 18 0,14 0,21 0,56 27 1, 21 0,08 0,27 0,48 16 0, 28 0,18 0,26 0,31 16 0, 39 0,29 0,32 0,26 12 0, 62 0,15 0,31 0,52 11 0, 66 0,33 0,34 0,23 25 0,70 0, 69 0,55 0,30 0,43 13 0,55 0, 73 0,11 0,24 0,28 27 0, 75 0,15 0,21 0,16 29 0, 77 0,04 0,20 0,36 20 0, 99 0,28 0,53 10 0,70 0, 114 0,10 0,42 0,34 9 0,50 0, 141 0,04 0,26 0,41 14 0,65 0, 171 0,01 0,40 0,27 14 0,55 0, 221 0,13 0,30 0,36 9 0, 306 0,36 0,57 8 0,70 0, Окончание табл. 3. 1 2 4 5 6 7 Образцы содержащие пирит 104 0,35 0,33 0,24 13 0,5 0, 113 0,02 0,31 0,84 12 0,95 0, 115 0,13 0,53 0,36 18 0,60 0, 119 0,03 0,53 0,21 21 0,55 0, 120 0,03 0,50 0,5 12 0,75 0, 153 0,08 0,25 0,5 15 0, 168 0,06 0,27 0,57 4 0,65 0, 236 0,18 0,30 0,41 10 0,55 0, 237 0,22 0,28 0,41 10 0,60 0, 247 0,13 0,34 0,70 2 0,65 0, После зарядки образца и его замачивания дистиллированной водой проводились наблюдения за развитием деформации набухания (без условий водообмена) до ее условной стабилизации, за величину которой принималась деформация не более 0,01 мм за сутки, продолжающаяся 5 - 6 суток. После этого в приборе создали условия непрерывного выщелачивания путем постоянного водообмена и проводились наблюдения за дополнительной деформацией образца. Это позволило более объективно оценить роль выщелачивания в развитии разуплотнения глинистых пород.

Результаты исследований показали, что при диффузионном выщелачивании наблюдается различная величина дополнительного разуплотнения глин и характер ее развития во времени. После завершения опыта по выщелачиванию зафиксирована следующая величина относительного набухания: 0,01 – 0,55, среднее - 0,14 и 0,02 – 0,35, среднее – 0,12, соответственно для групп образцов, не содержащих и содержащих пирит (табл.

3.20).

Сравнение данных по величине набухания (табл. 3.22) показало, что вследствие диффузионного выщелачивания образцов, не содержащих пирит у некоторых образцов имеет место дополнительное разуплотнение образца, что в среднем по группе образцов составило плюс 0,01.

У другой группы образцов дополнительного разуплотнения почти не наблюдалось, а в целом отмечается даже снижение величины относительного набухания минус 0,01.

А.М. Монюшко и Ю.И. Олянским изучалось деформационное поведение сарматских глин при выщелачивании в зависимости от типа структурных связей [51]. Установлено, что высокодисперсные образцы глин при выщелачивании на протяжении до 100 суток дают наибольшее приращение величины относительного набухания - до 15 %, а в отдельных случаях – до %. Более агрегированные глинистые породы со смешанным коагуляционно цементационным типом структурных связей при выщелачивании на протяжении до 100 суток дают меньшее приращение деформации или оно отсутствует вообще (рис. 3.16).

Таблица 3. Статистические характеристики показателей механических свойств сарматских глин после диффузионного выщелачивания Образцы Образцы не содержащие Показатели свойств содержащие пирит пирит N= N= 0, 0, Свободное набухание, sw 0, 0, 0, 0, Влажность набухания, W sw 0,20 0, 0,39 0, Удельное сцепление, с 10 5 Па 0, 0, Угол внутреннего трения, 15,0 12, град 0,48 0, Удельное сопротивление пенетрации, 0,20 0, 0,66 0, Pm 2 10 5 Па 0,67 0, Срезающее усилие, 0,1 10 5 Па 0, 0, Примечание: см. таблицу 3. Рис. 3.16 Графики зависимости набухания (S) образцов сарматских глин от времени (lg t). 1 – замачивание, 2 – выщелачивание. [51] Удельное сцепление образцов глин при водонасыщении и диффузионном выщелачивании уменьшилось повсеместно. Для группы образцов, не содержащих пирита, оно составило (0,16 - 0,57)х105 Па, среднее 0,39х105 Па, для другой группы – (0,21 - 0,84)х105 Па, среднее 0,47х105 Па. Наиболее существенно снизилось удельное сцепление у группы образцов, не имеющих в своем составе пирита – в среднем на 0,93х105 Па, для другой группы это уменьшение составило в среднем 0,61х105 Па.

Угол внутреннего трения при выщелачивании образцов обеих групп изменился аналогично. Для образцов первой группы угол внутреннего трения составил 6 - 29 град, среднее 15,0 град, для образцов второй группы: 2 - 21 град, среднее 12,7 град. Наибольшее снижение величины угла внутреннего трения произошло у образцов глин, не имеющих в своем составе пирита – минус 1, град, для другой группы – минус 0,3 град.

Выявленная зависимость по изменению показателей прочности глин на срез при их диффузионном выщелачивании хорошо подтверждается таким комплексным показателем сдвиговой прочности как срезающее усилие. По этому показателю прочность глин при диффузионном выщелачивании составила: (0,50 - 1,15)х105 Па, среднее 0,67х105 Па и (0,50 - 0,95)х105 Па среднее 0,66х105 Па, соответственно для образцов первой и второй групп.

Таблица 3. Изменение показателей состава и свойств сарматских глин при диффузионном выщелачивании Образцы Образцы не Показатели состава и Характер содержащие Характер содержащие свойств изменения пирит изменения пирит N= N= 1 2 3 4 Микроагрегатный состав, % песок ( 0,05 мм) 12,1 7, -1,9 +1, 10,2 8, пыль (0,05 - 0,005 мм ) 57,2 56, -13,8 -0, 43,4 56, 30,8 36, глина ( 0,005 мм) +15,6 -0, 46,4 35, Коэффициент 1, 1, агрегированности -0,65 +0, 1, 1, дисперсной фракции Минерализация (по сухому 0,17 0, -0,04 -0, остатку) г/100 г сух. пор. 0,13 0, Катионы, г/100 г сух. пор.

K + + Na + 0,040 0, -0,031 -0, 0,009 0, Ca +2 0,015 0, -0,001 -0, 0,014 0, Mg +2 0,009 0, -0,001 -0, 0,008 0, Анионы, г/100 г сух. пор.

Cl 0,013 0, -0,004 -0, 0,009 0, 0,076 0, SO4 -0,050 -0, 0,026 0, Продолжение табл. 3. 1 2 3 4 0,054 0, HCO -0,002 +0, 0,052 0, Содержание гипса, % 0,15 0, -0,04 +0, 0,11 0, Карбонатность, % 9,54 14, -1,07 +1, 8,47 15, Аморфный кремнезем, % 0,68 0, -0,07 +0, 0,61 0, Содержание обменных катионов, мг-экв/100 г сух. пор.

0,34 0, K+ +0,07 +0, 0,41 0, Na + 1,29 1, -0, -0, 0,38 0, Ca +2 8,25 9, +2,16 +2, 10,41 11, Mg +2 8,64 7, -0,05 -0, 8,14 6, Природная влажность, W 0,23 0, +0,21 +0, 0,44 0, Влажность предела 0,49 0, +0,03 текучести, WL 0,52 0, Влажность предела 0,24 0, +0,01 +0, раскатывания, W p 0,25 0, Число пластичности, J p 0,25 0, +0,02 0,27 0, Пористость, n % 39,4 45, +14,2 +13, 53,6 58, Коэффициент пористости, 0,65 0, e +0,54 +0, 1,19 1, г 2,04 1, Плотность, -0,24 -0, см 1,80 1, Плотность «сухого» грунта, 1,67 1, г -0,41 -0, d 1,26 1, см Окончание табл. 3. 1 2 3 4 Показатель текучести, J L 0,10 0, +0,63 +0, 0,73 0, 0,13 0, Свободное набухание, sw +0,01 -0, 0,14 0, Удельное сопротивление 5,27 4, пенетрации, -5,07 -4, 0,20 0, Pm 10 5 Па Удельное сцепление, 1,32 1, -0,93 -0, с 10 5 Па 0,39 0, Угол внутреннего трения, 16,6 13, -1,6 -0, град 15,0 12, Примечание: в числителе - среднее значение до диффузионного выщелачива ния, в знаменателе – после выщелачивания;

«+» - значение показателя увеличилось на указанную величину, «-» - уменьшилось, «0» - осталось без изменений.

По абсолютной величине снижение срезающего усилия составило 0,64х105 Па и 0,63х105 Па, для образцов первой и второй групп, соответственно.

Значения показателя удельного сопротивления пенетрации в целом подчеркивает выявленную зависимость. Среднее его значение после выщелачивания образцов первой группы составило 0,20х105 Па, образцов второй группы – 0,28х105 Па. Снижение показателя при выщелачивании составило минус 5,07х105 Па и минус 4,34х105 Па – для образцов обеих групп.

Таким образом, выполненные исследования позволили, установить, что при взаимодействии с водой сарматских незасоленных глин проходит выщелачивание, в них резко расслабляются и нарушаются структурные связи.

При этом глины проявляют дополнительную способность к гидратации и набуханию за счет диффузионно - осмотических процессов, вследствие чего прочностные характеристики выщелоченных разностей по сравнению с исходными образцами до выщелачивания резко понижается. Большие значения увлажнения и разуплотнения характерны для слабоагрегированных, чем для сильноагрегированных разностей глин.


4. СОСТАВ И СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ ТИПОВ ЗАСОЛЕННЫХ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД И ИХ ИЗМЕНЕНИЕ ПРИ ДИФФУЗИОННОМ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ 4.1. Вещественный состав и свойства глинистых пород Исследованием засоленных глинистых пород различного возраста и происхождения в условиях длительного взаимодействия с водой по методике ПНИИИСа в разные годы занимались: Н.П. Затенацкая, Н.С. Реутова, Н.А.

Окнина, С.И. Пахомов, А.М. Монюшко и др. Изменение вещественного состава и физико - механических свойств при диффузионном выщелачивании изучены для: сарматских глин Центрального Предкавказья, майкопских глин Северного Прикаспия, толщи глин верхнего и нижнего неогена Центрального Предкавказья, сыртовых глин Заволжья, четвертичных глин Центрального Предкавказья, хвалынских глин Северного Прикаспия, четвертичных глин Центрального Предкавказья, перекрывающие майкопские отложения, ниже дана характеристика состава и свойств указанных глинистых пород по данным различных авторов.

4.1.1. Сарматские глины Центрального Предкавказья включают:

среднесарматские отложения ясеновской свиты ( N 1S2 с r ) и криптомактровые глины ( N 13 S2 с r );

нижнесарматские отложения ( N 13 S1 ) [22].

Среднесарматские глины представляют собой серые и темно - серые разности, плотные, слоистые. По поверхности напластования присутствует алеврит.

серый Содержание дисперсной фракции от 38,5 до 82,0 %, пылеватой 44,0 %, мелкого песка 17,3 %. По результатам электронно микроскопических исследований глинистая фракция полидисперсная представлена монтмориллонитом в виде тонких мелких чешуек и агрегатов с нечеткими контурами;

гидрослюдой изометрично - пластинчатой формы;

из примесей присутствуют: галлуазит, гидроокислы железа, кальцит палыгорскит.

В некоторых образцах наблюдается смешанно - слойные образования монтмориллонит – гидрослюда. Дисперсная фракция состоит преимущественно из монтмориллонита – 42 - 57 %, гидрослюды – 25 - 30 %, каолинита – 14 - %, из примесей присутствуют: хлорит, гётит и иногда смешанно слойные минералы ряда монтмориллонит – гидрослюда.

Содержание водорастворимых солей 0,30 - 8,36 г/100 г породы, преобладает сульфат натрия, кальция и магния. Содержание гипса 0,1 - 8,5 %;

пирита 0,15 - 1,01 %;

кальцита 0,1 - 6,0 %. Емкость обмена 13,9 - 23,5 мг экв/100 г породы. Поглощенный комплекс имеет преимущественно кальциево магниевый или кальциево - натриевый состав.

Природная влажность 0,30 - 0,40, плотность 1,69 - 1,94 г/см3, пористость 43,3 - 57,8 %. Глина ясеневской свиты набухающая, а криптомактровые глинистые отложения преимущественно средненабухающие. Величина свободного набухания 0,09 - 0,11, давление набухания 0,075 - 0,229 МПа.

Величина удельного сцепления 0,065 - 0,165 МПа, угол внутреннего трения 3, - 12,6 град. Удельное сопротивление пенетрации 0,31 - 0,94 МПа.

Нижнесарматские отложения представлены глинами серыми плотного сложения, слоистыми с алевритом по напластованию. Глины тугопластичные, содержание дисперсной фракции 45 - 75 %. Глинистая фракция полидисперсная представлена монтмориллонитом в виде мелких чешуек, часто собранных в агрегаты;

гидрослюдой изометрично - пластинчатой формы агрегатов;

из примесей присутствует галлуазит, кальцит, гидроокислы железа, гетит.

Содержание монтмориллонита в дисперсной фракции 35 – 45 %, гидрослюды – 31 – 39 %, каолинита – 18 – 31 %.

Общее содержание водорастворимых солей 0,20 - 1,92 г/100 г породы, гипса: 0,1 - 7,2 %, кальцита: 1,6 - 8,9 %, пирита 1,45 - 1,71 %. Емкость обмена 12,0 - 2,8 мг-экв/100 г пор., поглощенный комплекс преимущественно кальциево - магниевый и кальциево - натриевый.

Природная влажность: 0,20 - 0,44 %, плотность 1,79 – 2,03 г/см3, пористость: 36,4 - 54,2 %;

глина сильнонабухающая. Величина свободного набухания 0,13 - 0,17, давление набухания – 0,125 - 0,225 МПа. Удельное сцепление 0,052 - 0,205 МПа, угол внутреннего трения 6,5 - 21,6.Удельное сопротивление пенетрации 0,242 - 2,175 МПа.

4.1.2. Майкопские глины Северного Прикаспия [22] преимущественно темно - серые, плотные, аргиллитоподобные, сланцеватые, тугопластичные. Не содержат карбонатов кальция, от воздействия 10 % раствора HCl не вскипают.

Переотложенные глинистые отложения майкопской свиты представляют собой глины светло - коричневые, бурые или светло – серые, слоистые с включением мелкокристаллического гипса, по микротрещинам – присыпки ожелезненного алеврита. Глины туго и мягкопластичные. Содержание дисперсной фракции - 80 % [40].

Глинистая фракция преимущественно монтмориллонитового состава в виде мелких чешуек местами в виде агрегатов. Гидрослюда обычно представлена в виде изометрических пластинок с угловатыми или сглаженными краями. Каолинит представлен псевдогексагональными частицами. Из примесей иногда встречается галлуазит и гидроокислы железа. По данным рентгеноструктурного анализа, гидрослюда и каолинит в большей части майкопских глин находятся примерно в равных количествах. Для большинства образцов характерно повышение содержания монтмориллонита при переходе от коренных отложений к элювию.

Содержание водорастворимых солей 0,31 - 1,54 г/100 г породы;

гипса – 0,2 - 2,0 %;

кальцита – 0,5 - 3,6 %;

пирита 0,07 – 2,31 %;

емкость обмена составляет 15,2 - 26,3 мг-экв/100 г породы. Поглощенный комплекс преимущественно натриево - магниевый и натриево – кальциевый.

Природная влажность от 15 до 39 %;

плотность – 1,86 - 2,20 г/см3;

пористость 0,30 - 0,49, глина слабонабухающая, величина свободного набухания составляет 0,03 - 0,08, давление набухания – 0,179 - 0,463 МПа.

Удельное сцепление 0,032 - 0,090 МПа, угол внутреннего трения 0 - 18,5°.

Удельное сопротивление пенетрации 0,248 - 1,959 МПа.

4.1.3. Глины верхнего и нижнего неогена Центрального Пред кавказья [80] представлены армавирской свитой ( N 2 ар к ), караганскими отложениями ( N 12 к ) и отложениями чокракского горизонта ( N 12 с ).

Глинистые породы армавирской свиты ( N 2 ар к ) представляют собой глину, коричневато - оранжевую с гнездами зеленых глин. Структура комковатая, микротрещиноватая. Содержание глинистой фракции 42,5 %, пылеватой – около 40 %. По данным электронно – микроскопического анализа глинистая фракция полидисперсная представлена гидрослюдой изометрично – пластинчатой формы, частицы от непрозрачных до почти прозрачных для электронов;

монтмориллонитом в виде тонких, мелких чешуек и агрегатов с расплывчатыми нечеткими краями;

каолинитом псевдагексагональной формы;

из примесей встречается и гидроокислы железа, иногда палингорский и галлуазит. По результатами рентгеноструктурных и дериватографических анализов содержание гидрослюды от 49 до 61 %, монтмориллонита от 16 до %, кальцита около 20 %, хлорита и гетита до 1 %. Глина набухающая, величина свободного набухания 0,02.

Караганские глинистые породы и глинистые отложения чокракского горизонта. Глины темно - серые до черных, плотные, слоистые. Сильно карбонатизированные, вскипают под действием 10 % соляной кислоты. В глинах встречаются известковые включения. Содержание глинистой фракции от 50 до 70 %. По результатам электронно микроскопических исследований глинистая фракция полидисперсная представлена гидрослюдой изометрично - пластинчатой;

монтмориллонит - в виде тонких мелких чешуек или агрегатов с нечеткими контурами;

каолинит псевдагексагональной формы.

По результатам рентгеноструктурных и дериватографических исследований в глинистой фракции преобладает гидрослюда, ее содержание изменяется от до 78 %;

на втором месте преимущественно монтмориллонит – 24 – 32 %;

содержание хлорита – от 6 до 12 %.

Содержание водорастворимых солей у караганских отложений 0,10 - 0, г/100 г пор. и 0,50 - 2,04 г/100 г породы – у глин чокракского горизонта.

Преобладают гидрокарбонатные, сульфатно - гидрокарбонатные и натриевые (у караганских отложений) и сульфатно - натриевые (у глин чокракского горизонта). Содержание гипса 0,04 - 8,31 %;

кальцита 0,3 - 9,5 %;

пирита 0,02 1,88 %. Емкость обмена составляет 13,4 - 26,4 мг-экв/100 г породы, поглощенный комплекс магниево - кальциевый и кальциево - магниевый.

Природная влажность от 0,19 до 0,38, плотность 1,71 - 2,08 г/см3, пористость 35,6 - 52,4 %. Глина от слабонабухающей (караганские отложения) до сильно набухающей (чокракские слои). Величина свободного набухания составляет 0,05 - 0,66, а давление набухания 0,225 - 0,500 МПа – соответственно. Удельное сцепление 0,082 - 0,189 МПа, угол внутреннего трения 11,1 - 22,4 град. Удельное сопротивление пенетрации 0,404 - 1,50 МПа.

4.1.4. Сыртовые глины Заволжья [22] распространены в районе Саратовского и Куйбышевского Заволжья, глины желто - бурого цвета, подстилают современную почву. До глубины 25 м, глины состоят из равномерной смеси глинистого вещества, карбонатов и алеврита. Алевритовый материал составляет около 20 - 25 %. Структура - алевролито - пелитовая, текстура комковатая, беспорядочная.

По данным термического и рентгеноструктурного анализа содержание глинистых минералов в дисперсной фракции глин северо восточной части Саратовского Заволжья следующее: монтмориллонита – 32 – 58 %, иллита - 16 – 37 %, хлорита - 7 – 35 %, каолинита - 4 – 16 %. У глин центральной и южной части Саратовского Заволжья монтмориллонит отсутствует, содержание иллита – 33 – 38 %, хлорита – 52 - 53%, каолинита – – 14 %. Таким образом, по минеральному составу сыртовые глины неоднородные: гидрослюдисто - монтмориллонитовые или гидрослюдисто – хлоритовые. Глины сильно карбонатизированные, содержание карбонатов в них 8 – 14 %, гипса – 0,04 -6,0 %, аморфного кремнезема 1,0 – 1,7 %, гумуса 0, – 1,15 %. По степени засоления глины незасоленные (сухой остаток менее 0,3 %) и засоленные (сухой остаток 0,3 - 0,6 %). Вид засоления от сульфатно хлоридного и хлоридно - сульфатного до гидрокарбонатно - натриевого.


Обменные катионы располагаются в ряд Mg+2 Ca+2 Na+ K+. Сумма обменных катионов 22 - 28 мг-экв. на 100 г пор.

Сыртовые глины по результатам гранулометрического анализа относятся к высокодисперсным разностям с содержанием глинистых частиц до 63 %.

Коэффициент агрегированности фракции менее 0,001 мм изменяется от 2,9 до 20, фракции менее 0,005 мм – от 1,5 до 9,0. В соответствии с классификацией И.М. Горьковой глины имеют смешанные коагуляционно – кристаллизационные структурные связи.

Пластические свойства глин следующие: влажность на границе текучести 30 – 38 %, на границе пластичности – 17 – 22 %, число пластичности 0,11 - 0,18.

Показатель текучести глинистых пород меньше 0, породы находятся в твердом состоянии. По величине набухания породы от ненабухающих до сильно набухающих ( SW - от 2 до 17 %). Плотность «сухого» грунта d изменяется от 1,47 до 1,69 г/см3, пористость – 33 – 46 %. Величина удельного сцепления в зависимости от плотности и влажности пород составляет 0,05 - 0,13 МПа, угол внутреннего трения – 24 – 32 град.

4.1.5. Четвертичные глины Центрального Предкавказья включая софиевский горизонт [101] представляют собой глины коричневые, желто коричневые, плотные, по микротрещинам наблюдается оглеение с черными пятнами железомарганцевых соединений размером 1-2 мм с включением гипса.

Глина от полутвердой до тугопластичной. Содержание дисперсной фракции 48,5 - 55,4 %, пылеватой – 44,2 %.

По результатам дериватографических и рентгеноструктурных анализов содержание монтмориллонита колеблется от 20 до 60 %, гидрослюды от 48 до 88 %, каолинита от 30 до 40 %. Глинистая фракция полидисперсная преимущественно гидрослюдистая, гидрослюда в виде изометричных пластинок с угловатыми и сглаженными краями, монтмориллонит представлен тонкими мелкими чешуйками, собранными в агрегаты с нечеткими контурами;

каолинит псевдагексагональной формы;

имеются примести: галлуазита, кальцита, гидроокислов железа.

Содержание водорастворимых солей 0,17 - 0,35 г/100 г пор, преобладает сульфат натрия, гипса – 2,12 %. Емкость обмена составляет 10,91 - 13,92 % мг экв./100 г пор., поглощенный комплекс преимущественно кальциево магниевого состава.

Природная влажность 0,15 - 0,20, плотность 1,98 - 2,11 г/см3, пористость 33,0 - 35,6 % глина набухающая, величина свободного набухания 0,03, давление набухания 0,025 МПа. Величина удельного сцепления 0,086 - 0,195 МПа, угол внутреннего трения 10,5 - 36,0 гад. Удельное сопротивление пенетрации до 0,857 МПа.

По данным гранулометрического анализа глины относятся к высокодисперсным разностям с содержанием глинистой ( 0,005 мм) фракции до 60 %. Коэффициент агрегированности указанной фракции 1,5 - 1,7. Наиболее опесчаненными являются глины у которых глинистая фракция не содержит монтмориллонита, а состоит в основном из иллита и хлорита (до 82 %).

Исследуемые глины по характеру дисперсности и агрегированности сходны с сыртовыми глинами.

По плотности породы относятся к средне и сильно уплотненными ( d =1,62 - 1,77 г/см3): по прочности – к средне и сильно литифицированными ( Рm =0,2 - 0,7 МПа). Предел текучести глин – 0,31, предел раскатывания – 0,18, число пластичности – 0,13. Показатель текучести изменяется от 0,03 до 0,2 – глины находятся в полутвердом состоянии. Природная влажность невысокая – 0,19 - 0,23;

степень влажности 0,87 – 0,95. По величине свободного набухания глины относятся к ненабухающим или слабонабухающим SW = 0,02 – 0,05. При нарушении структуры величина набухания повышается, до двух раз отсутствует содержание в образцах карбонатов, гипса и аморфного кремнезема равно: 12,1 - 17,0 %;

0,02 - 0,18 %;

0 – 13 % соответственно.

Хвалынские глины Северного Прикаспия Засоленные 4.1.6.

хвалынские верхнечетвертичные глины распространены в северной части Прикаспийской низменности в пределах водораздела рек Малый и Большой Узень южнее г. Новузенска по трассе канала Волга - Урал. Образцы для исследований отобраны с глубины 1,5 - 6,0 м.

Петрографическое изучение [3] шлифов хвалынских глин показало, что основная масса породы состоит из глинистого вещества. Содержание карбонатов и алевритов около 15 – 20 %. Глинисто - карбонатное вещество распространено равномерной смесью тончайших глинистых чешуек, расположенных беспорядочно и пелитоморфного кальцита, распределенного равномерно среди основной глинистой массы. В породе встречаются поры неправильной формы, полые, размером 0,1 - 0,3 мм, общее их количество около 10 %. По всему шлифу наблюдается тонкорассеянные рудные минералы.

Структура породы – алевропелитовая. По данным рентгенографического и термического анализов минеральный состав дисперсной фракции состоит из:

иллита (около 46 %), хлорита (около 40 %), монтмориллонита – не более 25 % или в отельных образцах плотностью. По минеральному составу глинистой фракции хвалынские и сыртовые глины практически не различаются.

По результатам изучения водных вытяжек хвалынские глины являются засоленными. Содержание водорастворимых солей составляет 0,5 - 1,0 %.

Характер засоления: хлоридно - натриевый и сульфатно - натриевый. Емкость поглощения глин 21 - 26 мг-экв/100 г породы. В обменных катионах преобладают Na+ (30 - 47 мг-экв/100 г пор.) и Mg+2 (25 - 33 мг-экв/100 г пор.) такое соотношение преобладающих катионов натрия и магния связана как с генезисом глин, так и со степенью и характером засоленности пород.

Хвалынские глины в отличии от сыртовых – морского происхождения, поэтому в поглощающем комплексе преобладает Na+.

По результатам испытания на сдвиг показатели прочности глин природного сложения и влажности следующие: удельное сцепление – 0,015 0,05 МПа, реже до 0,1 МПа;

угол внутреннего трения =78 – 29 град., иногда в сильно опесчаненных разностях – до 32 град. Удельное сопротивление пенетрации Рm - 0,24 - 0,71 МПа.

4.1.7. Четвертичные глины Центрального Предкавказья, перекрыва ющие майкопские отложения [22] залегают на майкопских глинистых отложениях и представлены элювиальным, элювиально - делювиальными, делювиальными и аллювиально - делювиальными бурыми, желтовато - бурыми вязкими неслоистыми сильно загипсованными известковистыми глинами. Гипс заполняет трещины усыхания или образует гнезда до 20 см диаметром.

Микроскопические исследования показали, что порода состоит из глинистого вещества с примесью алеврита (8 – 10 %). Глинистое вещество представлено мельчайшими чешуйками глинистых минералов, образующих слои. В состав алеврита входят угловато - окатанные обломки кварца, полевых шпатов, карбонатов, рудных минералов и зерна глауконита.

Содержание водорастворимых солей примерно такое же, как у майкопских глин – 1,2 - 2,8 %, общая карбонатность 2,25 - 8,5 %, содержание гипса – 0,1 - 21,0 %, аморфного кремнезема – 0,09 – 4 %, гумуса – 0,2 - 1,9 %.

Минеральный состав глинистой фракции изучался термическим электронно микроскопическим и рентгенографическим методами. Глины преимущественно монтмориллонитовые содержащие этого минерала в дисперсной фракции от до 89 %, на втором месте – каолинит – 7 – 17 % и иллит –3 – 15 %.

Коэффициент агрегированности дисперсной фракции 1,4 – 160, повышенные значения приурочены к загипсованным разностям породы со смешанным коагуляционно – цементационным типом структурных связей.

Физические свойства глин следующие: природная влажность – 0,16 - 0,28;

предел текучести – 0,44 - 0,53;

число пластичности – 0,20 – 0,22, плотность «сухого» грунта 1,52 – 1,74 г/см3. Удельное сцепление – 0,12 - 0,30 МПа;

угол внутреннего трения – 16 – 26 град;

удельное сопротивление пенетрации – 1,10 – 3,10 МПа.

4.2. Изменение состав и свойства пород при выщелачивании Ионно - солевой комплекс. Накопление в глинах водорастворимых солей приводит к их засолению. Глины, содержащие более 1 % легко и среднерастворимых солей относятся к засоленным [22]. По характеру своего засоления, глинистые породы могут иметь первичный (морской) характер засоления - глины отлагались в засоленных морских бассейнах (майкопские, сарматские, хвалынские) или континентальный (вторичный) – за счет выветривания и континентального соленакопления (четвертичные глины, сыртовые глины). Соли в глинах накапливаются как в твердом виде (карбонаты, гипс, ярозит, окислы железа, аморфный кремнезем), так и в поровых водах. В последних у засоленных глин концентрируются легкорастворимые соли хлоридов и сульфатов натрия и магния и сода. Характерная особенность засоленных глинистых пород – их бурая и красно - бурая окраска, за счет накопления в процессе окислов железа (Fe 2 O 3 ).

По степени растворимости в воде простые соли, наиболее часто встречающиеся в породах, подразделяются на легко, средне, труднорастворимые. К легкорастворимым солям относятся: NaCl, MgCl 2, CaCl 2, MgSO 4, к слаборастворимым гипс (CaSO4 ·2Н 2 О) и ангидрит (CaSO 4 );

к труднорастворимым: карбонаты кальция (CaСO 3 ) и магния (MgСO3 ). По составу легкорастворимые соли разделяются на три группы: хлоридные, сульфатные и углекислые (содовые).

Хлоридные соли (CaСl 2, MgСl 2, NaCl) характеризуются ярко выраженной гигроскопичностью, повышающей общую влажность породы. При кристаллизации из растворов хлористые соли не увеличивают своего объема.

Солончаковые глины, содержащие натриевые соли (NaCl, Na 2 SO 4 ), при рассолении переходят в солонцы, в поглощенном комплексе которых содержится адсорбированный натрий. При рассолении кальциевых и магниевых солончаков, солонцы не образуются, и в поглощающем комплексе преобладает адсорбированный кальций. Сернокислые соли (Na 2 SO 4, Mg SO4 ) не обладают свойством гигроскопичности, но при кристаллизации способны присоединять определенное количество воды, что сопровождается увеличением объема соли (Na 2 SO 4 ·10Н 2 О, Mg SO4 ·7Н 2 О).

Углекислые соли (сода - NaНСО 3 и Na 2 СO 3 ), в засоленных породах встречаются реже, чем соли двух предыдущих групп. Водные растворы соды имеют сильнощелочную реакцию. Процесс растворения солей зависит от свойств воды: ее минерализации, состава, концентрации водорода (рН). Так растворимость гипса повышается в зависимости от содержания в воде солей хлористого натрия и магния и увеличивается от 2 г/л – для дистиллированной воды до 6,5 г/л и 10,0 г/л – для растворов хлоридов натрия и магния высокой концентрации. Растворимость карбонатов зависит от содержания в воде таких ионов, как: НСО3, Cl, SO42, которые с ионами кальция и магния могут давать хорошо растворимые соединения. Растворимость карбоната кальция СаСO 3 в воде, лишенной СО 2 составляет 14 мг/л, а при содержании СО 2 в воздухе до 10 %, растворимость повышается до 470 мг/л.

Н.П. Затенацкой [22, 25, 26] изучались поровые воды майкопских и четвертичных глин элювиально-делювиального, алювиально-делювиального и делювиального генезиса Центрального Предкавказья. Длительное (до 280 сут.) выщелачивание майкопских глин привело к резкому снижению минерализации поровых вод с 49 до 0,4 г/л;

к снижению содержания сульфат иона с 381 мг-экв до 0,6 мг-экв;

хлор - иона с 417 мг-экв до 1 мг-экв. Состав поровых вод при этом изменился от сульфатно - хлоридного до гидрокарбонатно - кальциевого.

Поровые воды отжатые из засоленных четвертичных глин естественного состояния, сильно минерализованы – общая минерализация их составляет 23, – 103,9 г/л, по составу это сульфатно - хлоридные и хлоридносульфатные воды, реже магниево - натриевые и натриево - магниевые. При выщелачивании четвертичных засоленных глин степень и характер изменения солености и состав вод контролируются в основном продолжительностью опыта – временем взаимодействия дистиллированной воды с породой. Чем больше продолжительность опыта, тем сильнее выщелочена порода, для выполненных исследований это составило снижение минерализации поровых вод до 0,5 – 2,5 г/л.

Содержание хлор – иона уменьшилось с 360 - 440 мг-экв/л до 0,6 - 0,9 мг-экв/л.

Выполненные исследования позволили Н.П. Затенацкой сделать следующие выводы: минерализация и состав поровых вод выщелоченных разностей глин зависят от многих факторов, среди которых наиболее важен – продолжительность процесса выщелачивания засоленных глин, их вещественный состав и, в частности, содержание в глинах гипса, различная скорость диффузионной подвижности ионов порового раствора, физического состояния породы (плотности, влажности и др.). Глины, содержащие поровые воды очень высокой минерализации (до 104 г/л) хлоридно - сульфатного и натриево - магниевого состава, образуются за счет вторичного засоления глин в условиях слабого водообмена – поступающая в засоленные глины пресная ирригационная вода активизирует процесс растворения гипса за счет чего в поровых водах накапливается сульфат - ион, а обменные реакции способствуют накоплению в поровых водах магний - иона.

Емкость поглощения и состав обменных катионов. Катионы порового раствора находятся в подвижном физико - химическом равновесии с обменными катионами, адсорбированными коллоидными частицами породы.

Емкость поглощения майкопских глин составляет 24,7 мг-экв/100 г породы. В состав обменного комплекса входят: магний – 48 %;

Na+ - 32 %;

кальций – 17 %.

Такое расположение ионов свидетельствует о морском происхождении глины У четвертичных элювиально-делювиальных и аллювиально [22]. делювиальных глин емкость поглощения изменяется от 21 до 33 мг-экв/100 г породы. Наибольшая емкость поглощения наблюдается у слабоагрегированных разностей элювиальных четвертичных глин, обменные катионы которых расположены в ряд: Mg+2 Na+ Ca+2 K+.

При выщелачивании засоленных глин, содержащих в твердой фазе гипс, карбонаты кальция и магния, происходит перестройка в составе обменных катионов. В выщелоченных глинах (по сравнению с засоленными) резко увеличивается содержание обменного натрия – происходят обменные реакции между катионами поровых вод и обменными катионами - из поровых вод поглощается Ca+2, а в поровые воды переходит обменный Na+. Содержание обменного натрия у большинства образцов увеличивается и только у сильно выщелоченных разностей его содержание понижается. Обменные катионы выстраиваются в ряд: Ca+2 Mg+2 Na+ K+ - в сильно выщелоченных глинах, а на промежуточных стадиях выстраиваются в ряд: Mg+2 Ca+2 Na + K+ и Mg +2 Na+ Ca +2 K+ Емкость поглощения при выщелачивании сильноагрегированных делювиальных глин понижается с 24 - 25 мг-экв/100 г пор. до 19 - 21 мг экв/100 г пор., при выщелачивании слабоагрегированных элювиальных засоленных четвертичных глин, емкость поглощения увеличивается на 2 - мг-экв/100 г породы. Исследования позволили Н.П. Затенацкой сделать выводы о том, что емкость поглощения не постоянная величина и контролируется как концентрацией поровых вод равновесного состава, так и степенью дисперсности. Изменение поглощающего комплекса происходит параллельно и в том же направлении, что и изменение равновесного порового раствора, подчиняясь закону действия масс.

Степень засоления глинистых пород определяется в соответствии с ГОСТ 25100-95. Засоленными считаются глинистые грунты, содержащие не менее 0,3 % солей. Степень засоления рассчитывается по результатам водных и солянокислых вытяжек. Сюда входят соли поровых вод, растворенных карбонатов и гипса, находящиеся в породе в твердой фазе, а так же часть обменных катионов. Результаты многочисленных анализов водных вытяжек засоленных глин по трассе Большого Ставропольского канала, были проанализированы Н.П. Затенацкой [22]. Четвертичные глины имеют засоленность 1,2 - 2,8 %, характер засоления в основном сульфатно - натриевой.

При взаимодействии с водой глины выщелачиваются, что приводит к снижению их минерализации до 0,4 - 1,2 %. Степень выщелоченности составляет 0,25 - 0,60. При выщелачивании майкопских, сыртовых и хвалынских глин, степень засоления которых меньше и составляет 0,4 - 1,1 %, степень выщелоченности несколько больше и составляет 0,36 - 0,75, а содержание водорастворимых солей уменьшается до 0,3 - 0,6 % (табл. 4.1).

При выщелачивании устанавливаются новые подвижные равновесия с проявлением процессов растворения карбонатов и гипса за счет чего ионы SO и Cа +2 поступают дополнительно в поровый раствор, а реакции обмена между катионами поровых вод и обменным комплексом глин способствуют вытеснению обменного Na+ и поступлению его в поровые воды.

SO42 продолжает Преобладающему в поровых водах иону оставаться противоион Na+, и состав поровых вод остается, как и до опыта, сульфатно натриевый.

Таблица 4. Изменение состава и свойств засоленных глинистых пород при диффузионном выщелачивании (по Н.П. Затенацкой [22]) Удельное сцепление, дисперсной фракции выщелачивания, сут.

Число пластичности Продолжительность выщелоченности, % генетический порог (микроагрегатный Угол внутреннего агрегированности Плотность сухого водорастворимых Предел текучести солей и степень Коэффициент Пластическая Регионально Содержание Содержание трения, град фракции, % дисперсной Глубина, м Влажность прочность, P m, МПа анализ) грунта, с МПа г/см 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Монтмориллонитовые глины 0, 1,74 0,46 0,22 2,4 16,0 0,30 1, 4 0, 9,0 0, 1,46 0,49 0,23 0,6 20,0 0,02 0, Четвертичные 0, 1,52 0,53 0,22 1,2 1,4 0,12 1, 50 глины 0, 11,0 0, Центрального 1,21 0,62 0,31 0,4 1,3 0,02 0, Предкавказья 0, залегающие на 1,58 2,0 14,0 0,19 1, 0,44 0,20 майкопских 0, 3,0 0, 1,62 1,2 12,0 0,03 0, глинах 0, 1,59 2,8 3, 0,45 0,20 0, 10,0 0, 1,32 0,8 0,06 0, 16 0, Майкопские 1,59 0,56 0,24 1,1 1,3 0,30 2, 50 0, 12,0 0, глины 1,32 0,65 0,33 0,4 1,6 0,02 0, Окончание табл. 4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Илит-хлоритовые глины 1,57 0,31 0,12 0,4 1,7 0,07 0, 0, Сыртовые глины 35 0,75 5, Заволжья 0,25 1,56 0,31 0,12 0,3 1,9 0,02 0, 30 1,69 0,31 0,13 0,7 1,7 0,10 0, 0,17 34 0,57 6, Хвалынские 0,21 1,64 0,31 0,12 0,4 1,7 0,04 0, 35 глины Северного 0,22 1,65 0,30 0,13 1,1 1,6 0,04 0, 33 Прикаспия 0, 33,5 0, 1,71 0,30 0,13 0,6 1,5 0,02 0, 36 Примечание: в числителе – значения показателей для природного образца;

в знаменателе – для выщелоченного образца;

справа – степень выщелоченности образца Дальнейшее рассоление вплоть до рассолонцевания глин приводит почти к полному удалению из поровых вод иона хлорида и сульфатов, накоплению ионов НСО3 и Na+. Поровые воды приобретают гидрокарбонатно – кальциево магниевый и гидрокарбонатно - натриевый (содовый) состав, а в обменном комплексе глин накапливаются поглощенный кальций, поступающий из поровых вод.

Дисперсность засоленных глин определялась двумя способами: с минимальным и максимальным разрушением агрегатов. По данным гранулометрического анализа. Изученные засоленные глины относятся к высокодисперсным породам. Содержание фракции 0,005 мм для четвертичных аллювиально - делювиальных, делювиальных и элювиальных глин изменяется от 56 до 77 %, фракции 0,001 мм – от 36 до 57 %. В майкопских глинах фракции 0,005 мм содержится от 54 до 79 %, 0,001 мм – от 28 до 50 % (табл. 4.1). По данным микроагрегатного анализа засоленные глины разделяются на сильно - и слабоагрегированные. Сильноагрегированные – это наиболее выветрелые загипсованные четвертичные делювиальные глины, содержащие от 3 до 9 % фракции 0,005 мм коэффициент агрегированности 7 23 (для фракции 0,005 мм). Слабозагипсованные майкопские глины и четвертичные элювиально-делювиальные и аллювиально - делювиальные глины с коэффициентом агрегированности – 1,1 - 1,8 (фракции 0,005 мм).



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.