СВОЙСТВА ГРАВЕЛИСТЫХ ГРУНТОВ И ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ ТРЕБОВАНИЯ

Килиди Х.И.¹, Куртнезиров А.Н.², Хаджиди А.Е.³

¹ORCID: 0000-0002-4561-7878, старший преподаватель, ²ORCID: 0000-0002-2449-3415, доцент,

³ORCID: 0000-0002-1375-9548, кандидат технических наук, профессор,

Кубанский Государственный Аграрный Университет имени И.Т. Трубилина

СВОЙСТВА ГРАВЕЛИСТЫХ ГРУНТОВ И ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ ТРЕБОВАНИЯ

Аннотация

Приведен анализ основных свойств гравелистых грунтов, так как данный показатель при выполнении строительных работ является обязательным условием для использования материалов. Определены и проанализированы качественные характеристики намывного грунта, состав и форма зерен, минералогическое происхождение, строение грунта в ненарушенном состоянии. Приведена сравнительная зависимость коэффициента фильтрации гравилисто-галечникового грунта от возможной добавки супесчанного грунта. Представленный анализ позволят более эффективно подходить к процессу гидромеханизированного возведения ограждающих конструкций.

Ключевые слова: пористость, свойства, грунт, гидронамыв, коэффициент фильтрации.

Kilidi Kh.I.¹, Kurtnezirov A.N.², Hajidi A.E.³

¹ORCID: 0000-0002-4561-7878, Senior Lecturer, ²ORCID: 0000-0002-2449-3415, Associate professor,

³ORCID: 0000-0002-1375-9548, PhD in Engineering, Professor,

Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin

PROPERTIES OF GRAVELLY SOILS AND REQUIREMENTS FOR THEM

Abstract

The analysis of the basic properties of gravelly soils is given, since this indicator is a mandatory condition for the use of materials when carrying out construction works. The qualitative characteristics of the fill ground, the composition and shape of the grains, the mineralogical origin, and the structure of the soil in the undisturbed state are determined and analyzed. The comparative dependence of the gravel-pebble soil filter coefficient on the possible addition of sandy loam soil is given. The presented analysis enables a more effective approach to the process of hydro-mechanized erection of enclosing structures.

Keywords: porosity, properties, soil, hydraulic fill, filtration coefficient.

Эффективность использования гидромеханизации во многом зависит от физико-механических свойств разрабатываемых грунтов. Используемые для намыва грунты делятся на связные— глины, суглинки и илы и несвязные — гравелистые и песчаные.

Объемный вес грунта служит основным показателем плотности грунта, намытого в теле сооружения.

Гранулометрический состав карьерного материала служит показателем качества грунта при возведении сооружений и определяет трудность разработки, транспортирования и укладки грунта. Влажность грунта существенно влияет на разработку его средствами гидромеханизации. При большей влажности грунт легче размывается и транспортируется. Для связных грунтов степень влажности характеризует величину силы сцепления. Пористость зависит от механического состава грунта, формы частиц и плотности сложения. Чем пористость грунта больше, тем он рыхлее и легче поддается размыву. Угол внутреннего трения служит показателем, определяющим сопротивление грунта. Для сыпучих грунтов в рыхлом состоянии угол внутреннего трения приближается к углу естественного откоса. В связных грунтах устойчивость откосов зависит от сопротивления сдвигу, развивающемуся внутри грунта благодаря трению и сцеплению между частицами. Угол внутреннего трения и сцепления определяют лабораторным испытанием образцов грунта на сдвиг [1, С. 22-24].

Плотины с центральным противофильтрационным ядром наиболее целесообразно возводить из песчано-гравелистых грунтов с максимальным коэффициентом неоднородности.

К гравелистым грунтам относят обломочную горную породу, состоящую из несцементированных, окатанных зерен размером от 2 до 20 мм с содержанием их более 50% общего веса грунта; при размере зерен от 20 до 200 мм порода называется галечниковой.

Гравелистые грунты для намыва плотин не должны содержать слишком крупные фракции, превышающие максимальный предел для данного типа землесоса, и глинистые фракции d < 0,005 мм больше 15%; противо-фильтрационное ядро высокого качества образуется только при наличии в гравелистых грунтах необходимого количества песчаных и мелкопесчаных фракций [2, С. 164-170].

Более целесообразно для повышения плотности укладки грунта и уменьшения изнашиваемости оборудования гидромеханизации использовать гравелистые грунты с окатанной формой зерен.

В некоторых случаях допускается небольшое содержание водорастворимых солей и органических примесей, однако допустимое их количество и других включений в грунтах должно быть строго обосновано.

Гравелистые грунты являются хорошим материалом для образования устойчивого скелета сооружений, но обладают большой водопроницаемостью.

При проектировании плотин из гравелистых грунтов должны быть заранее правильно определены их фильтрационные свойства и приняты способы укладки, обеспечивающие требуемые противофильтрационные качества сооружений. Качественные характеристики определяются на всех картах намывного участка плотины на тех же поперечниках, где одновременно замеряли уклоны поверхности намыва, удельные расходы, консистенцию пульпы и коэффициент фильтрации грунта. Плотность укладки и состав намывного грунта изменяются в зависимости от технологических факторов намыва, поэтому замеры проводили на различных пляжах. Исследования при возведении плотины комбинированным способом проводили в процессе намыва наружных призм сооружения. Призмы намывали вдоль отсыпаемого супесчаного ядра, поэтому длина пляжа намыва доходила до 100 м [3; 4 С. 84-86].

При возведении этих плотин изучали технологические факторы намыва гравелисто-песчаного грунта различными земснарядами, определяли влияние удельных расходов пульпы на формирование уклонов поверхности намыва и изменение состава намывного грунта по длине пляжа. Намывной способ обеспечивает хорошее качество укладки гравелистых грунтов по их плотности, пористости, влажности, углу естественного откоса, но не всегда достигаются при этом хорошие показатели по коэффициенту фильтрации.

На коэффициент фильтрации, кроме гранулометрического состава грунта, влияют форма зерен, минералогическое происхождение, строение грунта в ненарушенном состоянии, его пористость, температура воды, а также технология намыва. Однако все эти факторы, как показали опытные данные, незначительны, поэтому при определении коэффициента фильтрации намывных гравелистых грунтов ими можно пренебречь.

Мы будем рассматривать изменение коэффициента фильтрации от определяющих его факторов при поверхностном торцовом намыве. Установлено, что анизатропность намываемого грунта уменьшается с увеличением удельных расходов и консистенции подаваемой пульпы.

Анизатропность грунта влияет на коэффициент фильтрации только в намывных песчаных грунтах с примесью глинистых частиц. Поэтому следует различать фильтрационную способность таких грунтов в двух направлениях: в продольном и нормальном относительно напластования слоев.

В практике проектирования плотин за расчетную величину коэффициента фильтрации принимается максимальная, определенная в горизонтальном направлении намыва.

В намывных гравелисто-песчаных грунтах явление анизатропности не наблюдается или выражено очень слабо лишь в ядерной зоне. Это объясняется наличием большого количества гравийного материала, нарушающего слоистость, и малым содержанием мелкопесчаных и глинистых фракций, обусловливающих образование слоистости [5].

Учитывая, что пористость намывных гравелистых грунтов, по данным полевых исследований, колебалась в небольших пределах (в среднем от 30 до 38%), их изменениями при фильтрационных расчетах можно пренебречь.

Форма зерен также в некоторой степени определяет коэффициент фильтрации грунта. Однако это сказывается лишь в мелкопесчаных и глинистых грунтах, фильтрационная же способность гравелистых грунтов не зависит от формы частиц. Кроме того, существующие методы определения формы зерен сложны и не позволяют учитывать с достаточной точностью влияние их на коэффициент фильтрации.

Основными факторами, обусловливающими величину коэффициента фильтрации, как показали опытные данные, следует считать состав намывных гравелистых грунтов, характеризуемый средней крупностью и содержанием мелких составляющих (частиц меньше 0,25 мм).

Рис. 1 – График зависимости коэффициента фильтрации от средней крупности (dcp.) намывного грунта

1,2,3,4 – образцы грунта взятые по длине берега

На рисунке 1 приведен график зависимости Кф = f(dср), из которого видно, что с возрастанием крупности грунта коэффициент фильтрации для одного и того же d_cp колеблется в больших пределах: для крупных гравелистых грунтов отклонения как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения от его среднего значения составили 150—200%.

Это явление показало, что коэффициент фильтрации зависит не только от величины средней крупности грунта, но и от количества содержания мелких составляющих в нем фракций.

Анализ данных, полученных при намыве различных плотин из гравелистых грунтов и опытных намывов в лабораторных условиях, показал, что столь значительные колебания коэффициента фильтрации гравелистого грунта при одной и той же его средней крупности d_cp объясняются различной величиной содержания мелких частиц грунта < 0,25 мм в составе смеси.

Эти фракции, заполняя поры между частицами намываемых гравелистых грунтов, существенно влияют на величину коэффициента - фильтрации.

Средняя крупность отсортированной гравелисто-галечниковой смеси составляла 35 мм. Коэффициент фильтрации грунта как при укладке его способом сухой отсыпки, так и намывом определяли методом Болдырева.

После опыта с намывом карьерного гравелисто-галечникового грунта были проведены опыты по намыву смеси с добавками 10; 20 и 30% супеси (коэффициент фильтрации 0,1 — 1 м/сут) (рис. 3).

Так, при добавке к гравелисто-галечниковому грунту (коэффициент фильтрации около 150 м/сут) 10% супеси коэффициент фильтрации намытой смеси снижается до 28 м/сут; соответственно при внесении 20 и 30% супеси коэффициент фильтрации грунта равен 6 и 2,5 м/сут.

Основным материалом для возведения земляных плотин намывом в большинстве случаев служат аллювиальные песчаные и гравелистые грунты русловых карьеров.

Все грунты, пригодные для намыва, по трудности разработки в зависимости от гранулометрического состава их и производительности землесосных снарядов по пульпе делятся, согласно СНиП (ч. IV, т. 2, выпуск I, 1965 г.), на шесть групп. Гравелистые грунты, разрабатываемые и транспортируемые средствами гидромеханизации, подвергают сильному абразивному износу землесосное оборудование. Интенсивность изнашиваемости зависит в основном от четырех факторов: крупности частиц грунта, их окатанности, твердости частиц и износостойкости материала деталей оборудования.

Список литературы / References

1. Менисков В. П. Намыв плотин из гравелистых грунтов / В. П Менисков // Москва, изд-во «Колос» – 1967 – С. 22-24
2. Кузнецов Е.В. Методика расчета параметров расчистки русел южных степных рек / Е.В. Кузнецов, А.Е. Хаджиди, Х.И. Килиди, А.Н. Куртнезиров // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2014. № 48. С. 164-170.
3. Кузнецов Е.В. Способ охраны земель прибрежных ландшафтов рек / Е.В. Кузнецов, Х.И. Килиди, А.Е. Хаджиди // патент на изобретение RUS 2492292 16.01.2012.
4. Килиди Х.И. Повышение устойчивости береговой линии агроландшафтов в условиях степной зоны юга России / Х.И. Килиди, Е.В.Дегтярева // ЭКОЛОГИЯ РЕЧНЫХ ЛАНДШАФТОВ сборник статей по материалам I международной научной экологической конференции. 2017. С. 84-86.
5. Кузнецов Е.В. Способ охраны береговых ландшафтов рек от подтоплений / Е.В. Кузнецов, А.Е. Хаджиди, Х.И. Килиди, А.Н. Куртнезиров // патент на изобретение RUS 2552949 03.04.2014
6. Килиди Х.И. Обоснование способа расчистки рек для защиты береговых ландшафтов от подтоплений / Х.И. Килиди // Наука, образование, общество: тенденции и перспективы Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции: в 5 частях. ООО "АР-Консалт". 2014. С. 53-55.
7. Кузнецов Е.В. Проблемы рекультивации и охраны земель прибрежных ландшафтов степных рек Кубани/ Е.В. Кузнецов, А.А. Приходько // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2012. № 34. С. 207-210.
8. Кузнецов Е.В. Комплекс мероприятий по расчистке русел рек бассейна реки Кирпили для охраны земель от подтопления / Е.В. Кузнецов, А.Е. Хаджиди, П.П. Коломоец // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2006. № 19. С. 34-38.
9. Кузнецов Е.В. Исследование переноса наносов и распределение мутности в потоке для охраны предгорных агроландшафтов/ Кузнецов Е.В., Хаширова Т.Ю. // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2008. № 15. С. 159-163.
10. Хаширова Т.Ю. Использование информационных технологий в вопросах охраны и мелиорации природных ландшафтов // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2008. С. 113.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Meniskov, V. P. Namyv plotin iz gravelistykh gruntov [Silting of dams of Gravely Soils] / V.P. Meniskov // Moscow, publishing house "Kolos" - 1967 - P. 22-24 [in Russian]
2. Kuznetsov E.V. Metodika rascheta parametrov raschistki rusel yuzhnykh stepnykh rek [Methodology for Calculation of Parameters for Clearing Channels of Southern Steppe Rivers] / E.V. Kuznetsov, A.E. Hajidi, H.I. Kilidi, A.N. Kurtnesirov // Proceedings of the Kuban State Agrarian University. 2014. No. 48. P. 164-170. [in Russian]
3. Kuznetsov E.V. Sposob okhrany zemel' pribrezhnykh landshaftov rek [Method of Land Protection of Coastal Landscapes of Rivers] / E.V. Kuznetsov, H.I. Kilidi, A.E. Hadjidi // Patent for invention RUS 2492292 16.01.2012. [in Russian]
4. Kilidi H.I. Povysheniye ustoychivosti beregovoy linii agrolandshaftov v usloviyakh stepnoy zony yuga Rossii [Increase of Coastline Stability of Agricultural Landscapes under Conditions of Steppe Zone of South of Russia] / H.I. Kilidi, E.V. Degtyareva // ECOLOGY OF RIVER LANDSCAPES. Collection of articles on the materials of the first International Scientific Ecological Conference. 2017. P. 84-86. [in Russian]
5. Kuznetsov E.V. Sposob okhrany beregovykh landshaftov rek ot podtopleniy [Way to Protect Coastal River Landscapes from Underflooding] / E.V. Kuznetsov, A.E. Hajidi, H.I. Kilidi, A.N. Kurtnesirov // Patent for invention RUS 2552949 04/03/2014 [in Russian]
6. Kilidi H.I. Obosnovaniye sposoba raschistki rek dlya zashchity beregovykh landshaftov ot podtopleniy [Substantiation of Method of River Clearing for Protection of Coastal Landscapes from Underflooding] / H.I. Kilidi // Science, education, society: trends and perspectives. Collection of scientific papers on the materials of the International Scientific and Practical Conference: in 5 parts. “AR-Consult” LLC. 2014. pp. 53-55. [in Russian]
7. Kuznetsov E.V. Problemy rekul'tivatsii i okhrany zemel' pribrezhnykh landshaftov stepnykh rek Kubani [Problems of Reclamation and Protection of Lands of Coastal Landscapes of Steppe Rivers of Kuban] / E.V. Kuznetsov, A.A. Prikhodko // Proceedings of the Kuban State Agrarian University. 2012. – No. 34. P. 207-210. [in Russian]
8. Kuznetsov E.V. Kompleks meropriyatiy po raschistke rusel rek basseyna reki Kirpili dlya okhrany zemel' ot podtopleniya [Set of Measures to Clear Riverbeds of Basin of Kirpil River for Protection of Lands from Underflooding] / E.V. Kuznetsov, A.E. Hajidi, P.P. Kolomoets // Polymatic network electronic journal of the Kuban State Agrarian University. 2006. No. 19. P. 34-38. [in Russian]
9. Kuznetsov E.V. Issledovaniye perenosa nanosov i raspredeleniye mutnosti v potoke dlya okhrany predgornykh agrolandshaftov [Investigation of Sediment Transport and Turbidity Distribution in Stream for Protection of Foothill Agricaultural Landscapes] / Kuznetsov E.V., Khashirova T.Yu. // Proceedings of the Kuban State Agrarian University. 2008. No. 15. P. 159-163. [in Russian]
10. Khashirova T.Yu. Ispolzovaniye informatsionnykh tekhnologiy v voprosakh okhrany i melioratsii prirodnykh landshaftov [Use of Information Technologies in Protection and Reclamation of Natural Landscapes] // Proceedings of the Kuban State Agrarian University. 2008. P. 113. [in Russian]