Исследование механизма формирования эрозионных деформаций лессовых пород
На підставі експериментальних досліджень оцінено зміни, що відбуваються в лесових породах при їх насиченні і фільтрації ґрунтового потоку. Виявлено стадії розвитку ерозійних розмивів....
Збережено в:
| Дата: | 2013 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2013
|
| Назва видання: | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57228 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследование механизма формирования эрозионных деформаций лессовых пород / И.А. Садовенко, Н.И. Деревягина // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 13, ч. 1. — С. 339-345. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-57228 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-572282014-03-06T03:01:31Z Исследование механизма формирования эрозионных деформаций лессовых пород Садовенко, И.А. Деревягина, Н.И. На підставі експериментальних досліджень оцінено зміни, що відбуваються в лесових породах при їх насиченні і фільтрації ґрунтового потоку. Виявлено стадії розвитку ерозійних розмивів. Based on the experimental studies changes in loesses when saturated and filtrated by groundwater flow are evaluated. Stages of erosion cavities are identified. 2013 Article Исследование механизма формирования эрозионных деформаций лессовых пород / И.А. Садовенко, Н.И. Деревягина // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 13, ч. 1. — С. 339-345. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1996-885X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57228 624.131 ru Наукові праці УкрНДМІ НАН України Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
На підставі експериментальних досліджень оцінено зміни, що відбуваються в лесових породах при їх насиченні і фільтрації ґрунтового потоку. Виявлено стадії розвитку ерозійних розмивів. |
| format |
Article |
| author |
Садовенко, И.А. Деревягина, Н.И. |
| spellingShingle |
Садовенко, И.А. Деревягина, Н.И. Исследование механизма формирования эрозионных деформаций лессовых пород Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| author_facet |
Садовенко, И.А. Деревягина, Н.И. |
| author_sort |
Садовенко, И.А. |
| title |
Исследование механизма формирования эрозионных деформаций лессовых пород |
| title_short |
Исследование механизма формирования эрозионных деформаций лессовых пород |
| title_full |
Исследование механизма формирования эрозионных деформаций лессовых пород |
| title_fullStr |
Исследование механизма формирования эрозионных деформаций лессовых пород |
| title_full_unstemmed |
Исследование механизма формирования эрозионных деформаций лессовых пород |
| title_sort |
исследование механизма формирования эрозионных деформаций лессовых пород |
| publisher |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| publishDate |
2013 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57228 |
| citation_txt |
Исследование механизма формирования эрозионных деформаций лессовых пород / И.А. Садовенко, Н.И. Деревягина // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 13, ч. 1. — С. 339-345. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| series |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT sadovenkoia issledovaniemehanizmaformirovaniâérozionnyhdeformacijlessovyhporod AT derevâginani issledovaniemehanizmaformirovaniâérozionnyhdeformacijlessovyhporod |
| first_indexed |
2025-07-05T08:28:12Z |
| last_indexed |
2025-07-05T08:28:12Z |
| _version_ |
1836794870824435712 |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
339
УДК 624.131
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ФОРМИРОВАНИЯ
ЭРОЗИОННЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ЛЕССОВЫХ ПОРОД
Садовенко И. А., Деревягина Н. И.
(ГВУЗ "НГУ", г. Днепропетровск, Украина)
На підставі експериментальних досліджень оцінено зміни,
що відбуваються в лесових породах при їх насиченні і фільтрації
ґрунтового потоку. Виявлено стадії розвитку ерозійних розмивів.
Based on the experimental studies changes in loesses when satu-
rated and filtrated by groundwater flow are evaluated. Stages of ero-
sion cavities are identified.
В работе [1] нами были оценены изменения, происходящие
в лессах при их насыщении и фильтрации техногенного грунто-
вого потока, которые провоцируют процесс перехода структуры
лесса в качественно новый с изменением характера структурных
связей и новыми геомеханическими показателями. По результа-
там экспериментов в приборе трехосного сжатия TriSCAN,
VJTech Великобритания, была установлена инверсия фильтраци-
онной анизотропии лессов в сравнении с ее природным положе-
нием. При радиальной нагрузке σ3 = 300 кПа наблюдалась суф-
фозия, переходящая в эрозионный размыв с предваряющей фазой
формирования гидравлически инертных полостей. Исходя из по-
лученных результатов была проведена дополнительная серия ис-
пытаний лессовых пород с целью установления механизма про-
текания перестройки структуры породы при фильтрации, а также
для представления количественного характера процесса выноса
грунтового материала и его изменениях в различных условиях.
Для этого также были проведены гранулометрические анализы
как породы в целом, так и выносимого материала.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
340
Аналогично [1] в процессе испытаний исследовалось воз-
действие на грунт фильтрационного потока в направлении сверху
вниз и перпендикулярно поверхностям наслоений, однако основ-
ное внимание уделялось фильтрации, которая формируется па-
раллельно напластованию. Учитывая отсутствие прямых доказа-
тельств того, что при схеме фильтрации сверху-вниз, не происхо-
дит формирования эрозионных размывов, были проведены испы-
тания для этой схемы фильтрации. Образцы лессовых пород чет-
вертичного возраста балок Тоннельная и Тополиная (г. Днепро-
петровск) исследовались в режиме трехосного сжатия. Для того
чтобы уточнить диапазоны нагрузки, при которой появляются
эрозионные промоины, геостатическое давление должно состав-
лять от 250-300 до350 кПа. Гидравлический градиент в образце –
20 кПа, что соответствовало реальным условиям грунтового мас-
сива. Строгих диапазонов времени не устанавливалось, экспери-
мент прерывался при установлении постоянного затухающего
характера объемных изменений в образце и затухании выноса ма-
териала или возникновения эрозионного размыва.
Первая серия испытаний отвечала условиям фильтрации по
схеме сверху-вниз. На рисунке 1 приведены результаты лабора-
торных испытаний, которые показывают изменение объемной
деформации во времени. Статистическая достоверность оценива-
ется значениями R2 = 0,98…0,99.
Отмечена суффозия с небольшим процентом вынесенных
частиц и наибольшей активностью в первые часы после начала
фильтрации (первые 4-5 часов). Как видно по значениям объем-
ной деформации, определенные импульсы выноса материала
пришлись на период до 2 часов, затем вынос приобрел мини-
мальный характер, с затуханием в течение 12 часов, что соответ-
ствовало постепенной перестройке структуры образца. При по-
следующем визуальном обследовании испытанных образцов
нарушений, каверн, пустот, а также видимых зон разрыхления
обнаружено не было.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
341
Рис. 1. Результаты испытаний лессовых пород четвертично-
го возраста при направлении фильтрации сверху –
вниз: 250, 300, 350 кПа – радиальные нагрузки
Существенно отличаются результаты, полученные при схе-
ме испытания параллельно напластованию. На рисунке 2 приве-
дены изменения объемной деформации во времени для нагрузок
250 и 300 кПа соответственно. Статистическая достоверность
оценивается значениями R2 = 0,92…0,96.
Для всех образцов, испытанных при σ3 = 300 кПа и для од-
ного при σ3 = 250 кПа, было визуально зафиксировано образова-
ние эрозионной промоины, выходящее на поверхность образца,
после 6–8 часов после начала фильтрации. Зафиксировано коли-
чество выходящих частиц во время опыта и проведен грануло-
метрический анализ (по Сабанину) как исходного, так и вынесен-
ного породного материала (рис. 3). Видимые изменения образцов
показаны на рисунке 4.
Наиболее интенсивный вынос частиц (72 % от общей массы)
происходил в период от 2,5 до 6,0 часов от начала фильтрации.
На рисунке 2 видно, что в большинстве случаев, на этот проме-
жуток времени приходятся заметные изменения значений объем-
ной деформации образца.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
342
Рис. 2. Результаты испытаний лессовых пород четвертично-
го возраста при фильтрации параллельно напласто-
ванию со значением геостатического давления
250 кПа (а), 300 кПа (б): 1, 2, 3 – номера образцов
Характер распределения вынесенных частиц в лессовых по-
родах можно объяснить следующим образом. В глинистых грун-
тах возникновение суффозии определяется размерами пор в этих
грунтах, а в лессах (прямыми микроскопическими исследования-
ми Астапова С. В.) выявлены отдельные поры, диаметр которых
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
343
может превышать 0,01 мм (в данном случае имеет значение также
то, что фильтрация формируется параллельно напластованию).
Рис. 3. Осредненные результаты гранулометрического ана-
лиза исследуемой лессовой породы в процессе суф-
фозии
Рис. 4. Эрозионные нарушения в образцах лессовых пород
для схемы фильтрации параллельно напластованию
Исходя из этого, вследствие недостаточных размеров пор,
агрегаты превышающие их, не могут быть вытолкнуты из толщи
грунта и для отрыва частиц меньших размеров требуются боль-
шие напряжения. Отрыв агрегатов частиц грунта (при значитель-
ном молекулярном сцеплении между агрегатами) может произой-
ти при градиентах значительно меньших, чем для явления выноса
из грунта отдельных частиц [2].
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
344
По гранулометрическому соотношению выходящих частиц,
а также их периодичности и изменениям объемных деформаций
можно сделать вывод, что в исследованных лессовых породах
имеет место отрыв агрегатов грунта, а не отдельных частиц. Это
становится возможным за счет образования микротрещин (начи-
ная с раскрытия трещин в 0,2-5 µ, а возможно и меньшего), филь-
трация по которым подчиняется гидравлическим закономерно-
стям напорного движения воды [3] и соответственно начинается
процесс размыва. Именно на начальных стадиях фильтрации
происходил вынос относительно одинаковой фракции грунта, а
впоследствии фракционный состав выноса соответствует сум-
марному, то есть, если бы имел место лишь отрыв отдельных ча-
стиц, то структура бы перестраивалась, образуя зону разрыхле-
ния, а не эрозионную полость.
Анализ полученных результатов изменения объемных де-
формаций, количественные диапазоны вынесенных частиц, а
также визуальные наблюдения дали возможность выделить про-
гнозную зону перехода суффозии в первую стадию размыва и об-
разования замкнутого канала с инертной стоковой поверхностью
(рис. 5).
Рис. 5. Обобщенные результаты испытаний лессовых пород
при направлении фильтрации параллельно напла-
стованию: 250, 300 кПа – диапазоны нагружения
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
345
Выводы. На основании экспериментальных исследований
фильтрационного движения воды в приборе трехосного сжатия
оценены изменения структуры, происходящие при этом, а также
установлен механизм образования эрозионных промоин в образ-
цах. Серия испытаний фильтрационных параметров пород прове-
дена в условиях трехосного сжатия при различных значениях
нагрузок и направлениях фильтрации, геостатическое давление
принималось в диапазоне 250-350 кПа, гидравлический градиент
контролировался давлением в образце 20 кПа. При фильтрации в
вертикальном направлении эрозионные процессы не формируют-
ся, а при фильтрации параллельно напластованию, по изменению
объемной деформации, а также количества и периодичности вы-
носа частиц, установлены прогнозные границы перехода суффо-
зионных процессов в эрозионные. Получены средние значения
выноса частиц, а также их гранулометрический состав для При-
днепровского лессового суглинка (2,801 % от веса образца). Про-
веденные испытания являются основой для прогнозирования т.н.
оползней течения, возникающих при техногенном фильтрацион-
ном нагружении склонов.
СПИСОК ССЫЛОК
1. И. А. Садовенко, Н. И. Деревягина Экспериментальные исс-
ледования суффозионных и эрозионных деформаций лессо-
вых пород. // Вісник Кременчуцького національного універ-
ситету імені Михайла Остроградського, 2013, № 4 (81). ––
С. 126––131.
2. Истомина В. С. Фильтрационная устойчивость грунтов /
В. С. Истомина. –– М. : Гос. изд-во лит-ры по строительству и
архитектуре, 1957. –– 295 с.
3. Ломизе Г. М. Фильтрация в трещиноватых породах. /
Г. М. Ломизе. –– М. : Госэнергоиздат, 1951. –– 127 с.
|