ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Одним из основных механизмов движения воды и процессов водонасыщения в плотных глинах, является осмотическая диффузия. В глинах монтмориллонитового типа практически вся вода поглощается за счет осмотического процесса, а в каолинитовых свитах свыше четверти поровой воды поглощается осмотической диффузией. В остальных глинах доля осмотической воды составляет промежуточное значение между этими двумя типами.

Одно из главных воздействий поровой воды на грунт заключается в нарушении его механической прочности. Прочность зернистого материала в условиях водонасыщения определяется следующим уравнением Кулона:

g _s= c + f ₀ (p_П+ p_ПОР);

где:gs-определенное сдвигающее напряжение;С-параметр сцепления;

f-коэффициент трения;p_П+p_ПОР=p^*_П-эффективное нормальное давление.

Составляющее суммыp_П-связан с весом пласта пород, аp_ПОР-поровое давление.

Очевидно, что при достаточно больших значенияхp_ПОРпрочность на сдвиг может превратиться в нуль и тем самым, склоны, устойчивые в сухом состоянии, могут стать неустойчивыми при водонасыщении.

Из приведенного выше видно, что в случае решения технической стороны вопроса управления процессом осмотической диффузии в глинистых породах можно в значительной мере влиять на механическую прочность грунта и тем самым на их противооползневую устойчивость.

С этой целью в институте «ВНИПИгеотерм были проведены экспериментальные испытания на модельных объектах.

На рис. 1 приведен разрез одного из модельных объектов, который можно рассматривать как пример технической реализации предлагаемого способа. У подножия откоса (4) пласта глинистых пород склона (1) оборудуется канал (6) расчетной глубины и емкости. Глубина канала рассчитывается исходя из глубины залегания наиболее вероятной плоскости скольжения пласта (11). Ориентируясь на поверхностные оползни, в качестве плоскости скольжения можно рассматривать границу слоев грунта, подверженных сезонным колебаниям температуры и влажности, глубина залегания которой составляет примерно 3 м. Емкость канала рассчитывается исхода из площади склона (2) и поглощающей способности пласта. В условиях эксперимента применялось искусственное дождевание с целью определения рабочих характеристик способа в экстремальных условиях ливня. Дно канала (9) и сторона противоположная откосу (7) гидроизолируются. Канал, после предварительного химического анализа, выявляющего ионный и концентрационный состав порового раствора глинистых пород склона, заполняется примерно на 2/3 глубины аналогичным раствором, но примерно на порядок превышающим концентрационный состав по основному компоненту. Сразу после заполнения канала вступает в работу самопроизвольный осмотический процесс откачки воды из порового раствора приповерхностных слоев глинистого пласта, образующих сторону канала непосредственно примыкающей к откосу (5). В дальнейшем эта приповерхностная зона (10) будет выполнять роль осмотической мембраны, а остальной объем глинистого пласта, вплоть до поверхности склона, роль коллектора осмотической диффузии воды проникающей в пласт с поверхности. Согласно законам осмоса в канал будет поступать значительно обессоленная вода, в связи с чем концентрация по основному компоненту канального раствора будет постепенно уменьшаться. С целью коррекции концентрации предусмотрен сброс канального раствора в испарительный гидроизолированный пруд (8), либо через поверхность стенки канала (6), либо через специальные заслонки в ее толще, а в канал заливается концентрированный раствор из резервного резервуара (на рисунке не приведен). После некоторого времени, по достижению требуемой концентрации, раствор из испарительного пруда перекачивается водяным насосом (на рисунке не приведен) в резервный резервуар. За счет этой операции, с одной стороны экономно расходуют рабочие материалы, а с другой стороны выполняем эколого-защитные условия эксплуатации объектов. С целью исключения влияния поверхностных вод склона на канальный раствор, предусмотрен водоотводящий бурт (3) и отводные каналы (на рисунке не приведены).

Результаты проведенных экспериментов выявили весьма существенное влияние предлагаемого способа на процессы, влияющие на устойчивость плотных глинистых пород. Так, в условиях интенсивного дождевания модельного пласта, не охраняемого вышеприведенным способом, наблюдалось значительное набухание пласта, и даже частичное разрушение и в тоже время незначительное проникновение воды в объем канала. В условиях осуществления осмотического способа защиты пласта набухание глинистых пород было не столь существенно, а осмотический приток воды в канал был весьма заметным, как по уровню, так и по изменяющейся концентрации.

Выше приведена лишь качественная характеристика результатов эксперимента, а количественные характеристики - химический анализ порового раствора, механические свойства и свойства влагонасыщаемости образцов пород пласта в зависимости от динамики интенсивности дождевания - не приводятся, так как даже качественная сторона сразу выявляет весьма высокие эксплуатационные показатели предлагаемого способа.

Рис. Разрез модельного объекта