Количественная оценка суффозионной устойчивости доломитовой муки при карстологическом прогнозе

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. 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. 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. 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.

1. Bischoff 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;2

2. Drever 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-x

3. Gabet 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.1

4. Dong 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.2018.05.021

5. Gao 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.2023.02.015

6. 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. Pp. 2–11.

7. 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-w

8. Latypov 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/365/4/042058

9. Строкова 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.

10. 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.

11. Саваренский И.А., Миронов Н.А. Руководство по инженерно-геологическим изысканиям в районах развития карста. М. : ПНИИИС, 1995. 167 с.

12. 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.

13. 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.

14. Жаркова Н.И. Закономерности формирования инженерно-геологических условий г. Казани : дис. … канд. геол.-мин. наук. Екатеринбург, 2006. 197 с.

15. Болиховская Н.С. Эволюция лессово-почвенной формации Северной Евразии. М. : Изд-во Московского университета, 1995. 270 с.

16. Муравьев Ф.А., Жаркова Н.И., Латыпов А.И. Карбонатный элювий на территории г. Казани // Инженерная геология. 2013. № 4. С. 34–42. EDN RMUAUZ.

17. Гидрогеологические и инженерно-геологические условия города Казани / науч. ред. Шевелев А.А. Казань : Изд-во Казанского университета, 2012. 236 с.

18. Родионов Н.В. Инженерно-геологические исследования в карстовых районах при устройстве малых водоемов, гражданском и промышленном строительстве : методические указания. М. : Госгеолтехиздат, 1958. 183 с.

19. Науменко В.Г. Лабораторные исследования выщелачиваемости гипса // Научные труды Ленинградского инженерно-строительного института. Вып. 18. Вопросы механики грунтов. 1954. С. 143–158.

20. 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.