mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2025.1.84-94mgssuvest-474Research ArticleГидравлика. Геотехника. Гидротехническое строительствоHydraulics. Geotechnique. Hydrotechnical constructionКоличественная оценка суффозионной устойчивости доломитовой муки при карстологическом прогнозеQuantitative assessment of dolomite powder suffusion resistance in karstological prognosishttps://orcid.org/0009-0004-2833-8983УткинМ. М.UtkinM. M.

Михаил Михайлович Уткин — кандидат технических наук, главный специалист карстологических исследований

603000, г. Нижний Новгород, ул. Костина, д. 3, пом. П 53

РИНЦ AuthorID: 857594, ResearcherID: КМ-4828-2024

Mikhail M. Utkin — Candidate of Technical Science; chief specialist of karstological research

P 53 room, 3 Kostina st., Nizhny Novgorod, 603000

RSCI AuthorID: 857594, ResearcherID: КМ-4828-2024

geokarst@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0007-1700-850XУткинаТ. А.UtkinaT. A.

Татьяна Александровна Уткина — кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник лаборатории геологии месторождений полезных ископаемых

614007, г. Пермь, ул. Сибирская, д. 78А

РИНЦ AuthorID: 40720, Scopus: 36641978900, ResearcherID: JBB-2684-2023

Tatyana A. Utkina — Candidate of Geological and Mineralogical Sciences, Researcher at the Laboratory of Geo-logy of Mineral Deposits

78А Sibirskaya st., Perm, 614007

RSCI AuthorID: 40720, Scopus: 36641978900, ResearcherID: JBB-2684-2023

tatyanaak89@mail.ruГео ПалитраРоссияGeo PalitraRussian FederationГорный институт Уральского отделения Российской академии наук — филиал Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделения Российской академии наук («ГИ УрО РАН»)РоссияMining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences is a branch of the Perm Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2025310120252018494Copyright © Уткин М.М., Уткина Т.А., 20252025Уткин М.М., Уткина Т.А.Utkin M.M., Utkina T.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/474Введение

Введение. В строительстве большое количество объектов возводится в условиях, когда в основании залегают разрушенные до состояния муки карбонатные породы. На конкретном объекте, возводимом в г. Казани, для доломитовой муки детально изложено планирование, подготовка и проведение лабораторного экспериментального испытания, заключающегося в количественной оценке суффозионной устойчивости муки.

Материалы и методы

Материалы и методы. Изучение суффозионной устойчивости доломитовой муки проводилось на специальном фильтрационно-суффозионном приборе. При планировании и подготовке эксперимента учитывались все основные факторы, влияющие на механическую и химическую суффозию. Для механической — физические и фильтрационные характеристики породы, ее напряженно-деформированное состояние, а также объем зоны-приемника для вынесенных фильтрационным потоком продуктов суффозии (мелких частиц); для химической — химический состав и состояние породы, химический состав и скорость движения воды.

Результаты

Результаты. Доломитовая мука не подвержена процессу растворения, поэтому она отнесена к элювиальному грунту, а не к карстующейся породе. В части механической суффозионной устойчивости выполнено сравнение результатов аналитических решений и экспериментального испытания, согласно которым в первом случае мука является суффозионной, а во втором — практически несуффозионной (суффозия — неопасной).

Выводы

Выводы. Площадка строительства отнесена к неопасной категории в карстовом и карстово-суффозионном отношении. При этом не исключена механическая суффозия, не связанная с карстом. Применительно к доломитовой муке рекомендовано вместо скорости растворения породы, регламентируемой действующими нормативными документами, использовать скорость протекания механической или в исключительных случаях комплексной (химико-механической) суффозии, под которой понимается скорость роста суффозионной осадки. В дальнейшем эту величину рекомендовано использовать при прогнозировании размеров суффозионных деформаций.

Introduction

Introduction. In construction, a large number of objects are erected in conditions where the foundation consists of carbonate rocks that are destroyed to the state of powder. The paper provides materials on the planning, preparation and conduct of a laboratory experimental test for dolomite powder lying at the base of a building in the Kazan. The experiment is presented to quantify the suffusion resistance of powder.

Materials and methods

Materials and methods. The study of the suffusion resistance of dolomite powder was carried out using a special filtration-suffusion device. When planning and preparing the experiment, all the main factors were simultaneously taken into account. For mechanical suffusion, these are the physical and filtration characteristics of the rock, its stress-strain state (SSS) and also the volume of the receiving zone for the suffusion products carried out by the filtration flow. For chemical suffusion these are the chemical composition and condition of the rock, the chemical composition and speed of water movement.

Results

Results. It was established that dolomite powder is not subject to the dissolution process, therefore it is classified as eluvial soil and not as karst rock. In terms of mechanical suffusion stability, a comparison was made of the results of analytical solutions and experimental tests, according to which in the first case the dolomite powder is suffusion, and in the second — practically non-suffusion.

Conclusions

Conclusions. The construction site is classified as non-hazardous in terms of karst and karst-suffusion. At the same time, mechanical suffusion not related to karst cannot be excluded. When assessing the suffusion resistance of dolomite powder, it is recommended to use the rate of mechanical or complex (chemical-mechanical) suffusion instead of the rate of rock dissolution. In the future it is recommended to use the obtained value when predicting the size of suffusion deformations.

карсткарбонатный карстдоломитовая мукаскорость растворения карстующихся породмеханическая суффозияхимическая суффозияоценка суффозионной устойчивости грунтовскорость роста суффозионной осадкиkarstcarbonate karstdolomite powderdissolution rate of karst rocksmechanical suffusionchemical suffusionassessment of soil’s suffusion stabilitygrowth rate of suffusion subsidenceИсследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственного задания (рег. номер НИОКТР 124020500052-9) «Процессы рудообразования и гипергенной трансформации эвапоритов Пермского Предуралья».The study was carried out with the financial support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation within the framework of the state assignment (reg. number R&D 124020500052-9) “Processes of ore formation and hypergene transformation of evaporites of the Perm Cis-Urals”.ReferencesBischoff J.L., Julia R., Shanks W.C., Rosenbauer R.J. Karstification without carbonic acid: Bedrock dissolution by gypsum-driven dedolomitization // Geology. 1994. Vol. 22. Issue 11. P. 995. DOI: 10.1130/0091-7613(1994)022<0995:kwcabd>2.3.co;2Bischoff J.L., Julia R., Shanks W.C., Rosenbauer R.J. Karstification without carbonic acid: Bedrock dissolution by gypsum-driven dedolomitization. Geology. 1994; 22(11):995. DOI: 10.1130/0091-7613(1994)022<0995:kwcabd>2.3.co;2Drever J.I., Stillings L.L. The role of organic acids in mineral weathering // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 1997. Vol. 120. Pp. 167–181. DOI: 10.1016/s0927-7757(96)03720-xDrever J.I., Stillings L.L. The role of organic acids in mineral weathering. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 1997; 120:167-181. DOI: 10.1016/s0927-7757(96)03720-xGabet E.J., Edelman R., Langner H. Hydrological controls on chemical weathering rates at the soil-bedrock interface // Geology. 2006. Vol. 34. Issue 12. P. 1065. DOI: 10.1130/G23085A.1Gabet E.J., Edelman R., Langner H. Hydrological controls on chemical weathering rates at the soil-bedrock interface. Geology. 2006; 34(12):1065. DOI: 10.1130/G23085A.1Dong X., Cohen M., Martin J.B., McLaughlin D.L., Murray A.B., Ward N.D. et al. Ecohydrologic processes and soil thickness feedbacks control limestone-weathering rates in a karst Landscape // Chemical Geology. 2019. Vol. 527. P. 118774. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2018.05.021Dong X., Cohen M., Martin J.B., McLaughlin D.L., Murray A.B., Ward N.D. et al. Ecohydrologic processes and soil thickness feedbacks control limestone-weathering rates in a karst Landscape. Chemical Geology. 2019; 527:118774. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2018.05.021Gao J., Chen G., Wang Z., Li L., Mitani Y., Li C. et al. Numerical modeling of the failure process of the heterogeneous karst rock mass using the DDA–SPH method // Underground Space. 2023. Vol. 13. Pp. 1–22. DOI: 10.1016/j.undsp.2023.02.015Gao J., Chen G., Wang Z., Li L., Mitani Y., Li C. et al. Numerical modeling of the failure process of the heterogeneous karst rock mass using the DDA–SPH method. Underground Space. 2023; 13:1-22. DOI: 10.1016/j.undsp.2023.02.015Jin W., Qiu Z., Zhang D. Experimental study on the influence evaluation of deep alluvium foundation suffusion on soil skeleton deformation in Luding Hydropower Station foundation // Chinese Journal of Geotechnical Engineering. 2023. Pp. 2–11.Jin W., Qiu Z., Zhang D. Experimental study on the influence evaluation of deep alluvium foundation suffusion on soil skeleton deformation in Luding Hydropower Station foundation. Chinese Journal of Geotechnical Engineering. 2023; 2-11.Zhang X., Benamar A., Oueidat M., Luo Y. Experimental study on suffusion and contact erosion in double-layered alluvial foundation with a cut-off wall // Acta Geotechnica. 2023. Vol. 18. Issue 11. Pp. 6077–6095. DOI: 10.1007/s11440-023-02033-wZhang X., Benamar A., Oueidat M., Luo Y. Experimental study on suffusion and contact erosion in double-layered alluvial foundation with a cut-off wall. Acta Geotechnica. 2023; 18(11):6077-6095. DOI: 10.1007/s11440-023-02033-wLatypov A., Zharkova N., Ter-Martirosyan A. Calculation of the stress-strain state of soil massifs with karst-suffusion cavities // IOP Conference Series : Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 365. P. 042058. DOI: 10.1088/1757-899X/365/4/042058Latypov A., Zharkova N., Ter-Martirosyan A. Calculation of the stress-strain state of soil massifs with karst-suffusion cavities. IOP Conference Series : Materials Science and Engineering. 2018; 365:042058. DOI: 10.1088/1757-899X/365/4/042058Строкова Л.А., Леонова А.В. Оценка суффозионной опасности на территории г. Томска // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021. Т. 332. № 5. С. 49–59. DOI: 10.18799/24131830/2021/05/3185. EDN CVPEGR.Strokova L.A., Leonova A.V. Assessment of suffosion hazard on the territory of Tomsk. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. 2021; 332(5):49-59. DOI: 10.18799/24131830/2021/05/3185. EDN CVPEGR. (rus.).Латыпов А.И., Гараева А.Н., Лунева О.В. Характеристика суффозионной опасности территории Бугульминского плато Бугульминско-Белебеевской возвышенности // Грунтоведение. 2022. № 1 (18). С. 31–42. DOI: 10.53278/2306-9139-2022-1-18-31-42. EDN PTKQCD.Latypov A.I., Garaeva A.N., Luneva O.V. Characteristics of the suffosion hazard of the territory of the Bugulma plateau of the Bugulma-Belebey upland. Gruntovedenie. 2022; 1(18):3-42. DOI: 10.53278/2306-9139-2022-1-18-31-42. EDN PTKQCD. (rus.).Саваренский И.А., Миронов Н.А. Руководство по инженерно-геологическим изысканиям в районах развития карста. М. : ПНИИИС, 1995. 167 с.Savarensky I.A., Mironov N.A. Guide to engineering-geological surveys in areas of karst development. Moscow, PNIIIS, 1995; 167. (rus.).Хоменко В.П. Противокарстовая и противосуффозионная защита в России: история и современность // Вестник МГСУ. 2018. Т. 13. № 4 (115). С. 482–489. DOI: 10.22227/1997-0935.2018.4.482-489. EDN XOUHHF.Khomenko V.P. Antikarst and antisuffosion protection in Russia: history and present situation. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2018; 13(4):482-489. DOI: 10.22227/1997-0935.2018.4.482-489. EDN XOUHHF. (rus.).Уткин М.М., Уткин М.В. Оценка суффозионной устойчивости меловых пород при их водонасыщении атмосферными осадками // Гидрогеология и карстоведение : межвузов. сб. науч. тр. 2023. С. 119–128. EDN AIDIIZ.Utkin M.M., Utkin M.V. Assessment of suffosion stability of chalky rocks when their water saturation with atmospheric precipitation. Hydrogeology and Karstology : interuniversity collection of scientific papers. 2023; 119-128. EDN AIDIIZ. (rus.).Жаркова Н.И. Закономерности формирования инженерно-геологических условий г. Казани : дис. … канд. геол.-мин. наук. Екатеринбург, 2006. 197 с.Zharkova N.I. Patterns of formation of engineering-geological conditions of the city of Kazan : PhD thesis. Ekaterinburg, 2006; 197. (rus.).Болиховская Н.С. Эволюция лессово-почвенной формации Северной Евразии. М. : Изд-во Московского университета, 1995. 270 с.Bolikhovskaya N.S. Evolution of the loess-soil formation of Northern Eurasia. Moscow, Moscow University Publishing House, 1995; 270. (rus.).Муравьев Ф.А., Жаркова Н.И., Латыпов А.И. Карбонатный элювий на территории г. Казани // Инженерная геология. 2013. № 4. С. 34–42. EDN RMUAUZ.Muravyov F.A., Zharkova N.I., Latypov A.I. Carbonate eluvium on the territory of Kazan. Engineering Geology. 2013; 4:34-42. EDN RMUAUZ. (rus.).Гидрогеологические и инженерно-геологические условия города Казани / науч. ред. Шевелев А.А. Казань : Изд-во Казанского университета, 2012. 236 с.Hydrogeological and engineering-geological conditions of the city of Kazan / scientific. ed. Shevelev A.A. Kazan, Kazan University Publishing House, 2012; 236. (rus.).Родионов Н.В. Инженерно-геологические исследования в карстовых районах при устройстве малых водоемов, гражданском и промышленном строительстве : методические указания. М. : Госгеолтехиздат, 1958. 183 с.Rodionov N.V. Engineering-geological research in karst areas during the construction of small reservoirs, civil and industrial construction : methodological instructions. Moscow, Gosgeoltekhizdat Publ., 1958; 183. (rus.).Науменко В.Г. Лабораторные исследования выщелачиваемости гипса // Научные труды Ленинградского инженерно-строительного института. Вып. 18. Вопросы механики грунтов. 1954. С. 143–158.Naumenko V.G. Laboratory studies of gypsum leachability. Scientific works of the Leningrad Engineering and Construction Institute. Vol. 18. Issues of soil mechanics. 1954; 143-158. (rus.).Уткин М.М., Уткин М.В. Практический опыт определения скорости растворения карстующихся пород в лабораторных условиях на одном из этапов скоростной автомобильной дороги «Казань – Екатеринбург» // Спелеология и спелестология. 2023. № 2. С. 83–88. EDN UOTOKI.Utkin M.M., Utkin M.V. Practical experience of determining the dissolution rate of karst rocks in laboratory conditions at one of the sections of “Kazan – Ekaterinburg” high-speed highway. Speleology and Spelestology. 2023; 2:83-88. EDN UOTOKI. (rus.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.