Способ определения степени оглеенности пород

(19) ( 40494 БЛИК И 33/2 СПИ НИ Б ИЕ ДЕТЕЛ 3 чности опреопределяютазателя инвьппение т бах пород аА,Пушнова ие белка как по одерж енсив е еобразозателя звития глесса и пока ти (пораже функцией 7 ил., 1 т и р яний ме 1981. ьно поро- ленности енно пен ЕНИ ОГ мног ды, являющеис ных факторов. абл СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ К АВТОРСКОМ(57) Изобретен нерной геолог упрощение и п деления. В пр 1Изобретение относится к инженерной геологии, а более конкретно к инженерно-геологической оценке оглеенных пород, являющихся средой размещения мелиоративных систем, и может быть использовано в качествекритерия оценки степени оглеенностипород при инженерно-геологическомрайонировании территорий, охваченных 10процессом глееобразования, и в качестве прогнозной характеристики основных свойств пород.Цель изобретения - упрощение иповышение точностиопределения степени оглеенности пород.Способ заключается в определениив грунтах содержания белковой массы(БМ) как показателя интенсивностиразвития глееобразовательного процесса и показателя степени оглеенности (пораженности) породы, являющейся функцией многочисленных факторов: состава и численности микроорганизмов, наличия органических примесей, минералогического и механического состава исходных пород, условийаэрации, влажностного режима и т.п.,обуславливающих интенсивность и направленность глееобразовательных процессов, вызванного деятельностью микроорганизмов,Способ заключается в отборе ограниченного числа оглеенных образцов, являющихся средой размещения и влияния различных инженерных сооружений или мелиоративных систем, проведением гранулометрического анализа на содержание в них фракции 0,002 мм 40 для уточнения литологических типов пород, анализе содержания в них БМ и их основных водно.-физических, механических и фильтрационных свойств с построением корреляционных кРивых 45 зависимости между содержанием БМ и указанными свойствами, что дает возможность затем, построив калибровочные кривые, подразделить грунты на группы по степени оглеенности, соответствующие определенным интервалам изменения указанных свойств, в результате чего в последующем исключаются массовые определения указанных свойств и анализ сводится лишь ,к определению содержания БМ в грунтах55 данного региона, что является конкретным критерием степени оглеенности различных литологических типов пород, характеризуемой определенныминтервалом изменения свойств.В пределах массивов оглеенных пород намечаются характерные инженерногеологические разрезы (совпадающиелибо с областью развития мелиоративных осушительных систем, либо приуроченные к активной зоне сооружений), по которым в результате буренияили шурфования получают образцы пород, имеющих развитие в данном регионе, Масса каждого образца должнасоставлять около 2 кг, Запарафинированные или упакованные в полиэтиленовые пакеты образцы пересылаютсяв лабораторию.Литологический тип пород устанавливают на основании данных гранулометрического анализа по содержаниюв них фракции0,002 мм по классификации В.В.Охотина,Для отобранных образцов различныхлитологических типов определяют состав и свойства; гранулометрическийсостав, влажность естественнаяМест, Ж), влажность на пределе текучести %1, Е), влажность на границе раскатывания (Ир, 7), плотностьгрунта (, г/см ), плотность частицгРунта ( , г/см), прочностные характеристйки грунта - сопротивлениегрунтов сдвигу (С, МПа) и угол внутреннего трения Я, ), сжимаемостьгрунтов и К р.В отобранных образцах параллельнос определением основных свойств определяют содержания БМ по следующейметодике.Для определения содержания белковой массы в образце грунт суспендируют в дистиллированной воде всоотношении 2,5 г грунта на 3 мл водыдля глин, 2,5 мл воды для суглинков,1,5 мл воды для супесей. После тщательного перемешивания суспензиюцентрифугируют 15 мин при 1500 об/мин.В полученном супернатанте определяют концентрацию белка методом Вгас 1 Гогй с отличием лишь в объемном соотношении реактива и исследуемого раствора, т.е, к 2,5 мл реактива Вгадйогй добавляют 0,2 мл супернатанта. Для контроля присутствия в супернатанте небелковых веществ,дающих неспецифическую реакцию с реактивом ВгайЕогс 1, из супернатанта удаляют белок методом высаждения сульфосалициловой кислотой, Для этого к супернатанту добавляют 207-ную сульфосалициловую кислоту в объемном соотношении 9;1 (конечная концентрация кислоты в растворе равна 27), полученную пробу перемешивают встряхиванием и оставляют на 3 ч при комнатной температуре для образования белкового преципитата Затем прозрачную надосадочную жидкость отбирают и 0,2 мл ее добавляют к 2.5 мл реактива ВгаНогй. Для контроля возможности неспецифической реакции сульфосалициловой кислоты с реактивом ВгаЫогс 1 к 2,5 мл реактива добавляют 0,2 мл 27.-ной кислоты.Оптическую плотность определяют на спектрофотометре СФА или СФ,Содержание белка в 1 г сухого грунта рассчитывают по формуламдля грунтов при Мест15 Р 59 ю (Ч + 2,5 Мест ) зК(2 э 5 2.5 Мест )для грунтов при Мусу ) 12,55 РМ 5 (7 + 2,5Мл + 1 10 зКЯасгде Мс - естественная влажностьгрунта, д.ед.;Ч - объем дистиллированнойводы, добавленной к 2,5 ггрунта, мл;Рд - оптическая плотность 2,5 млреактива ВгаЙГогс 1 при длине волны 595 нм после проведения реакции с 0,2 млсупернатанта, оп.едК - постоянный коэффициент,равный оптической плотности, оп.ед 2,5 мл реактива Вгаййогй, содержащего 1 мг белка, при длиневолны 595 нм и определяемый путем построения калибровочной кривой.Для построения калибровочной кривой и качестве стандарта используютбычий сывороточный альбумин.После определения основных свойств пород для ограниченного числа характерных литолого-генетических типов грунтов и содержания в них БМ производится анализ взаимосвязи содержания БМ в грунтах с водно-физическими, механическими и фильтрационными характеристиками пород путем построения корреляционных кривыхзависимости между содержанием в по.5родах БМ и указанными свойствами.На фиг, 1-5 приведены графики зависимости между содержанием БМ в исследованных грунтах: влажности ес 10 тественной Мест, 7 (фиг, 1 а, За, 5 а).содержания в породах фракции0,002 мм, 7. (Фиг. 1 б, Зб, 5 б),влажности на границе текучести М 1, 7.(фиг. 1 в, Зв); коэффициента порис 15 тости е (Фиг. 2 г, 4 г), величины сцепления С, МПа (фиг, 2 д, 4 д), величиныугла внутреннего трения(фиг,5 в),величины коэффициента фильтрации Кр,см/с (фиг 2 е, 4 е, 5 г).20 Зависимости между содержанием вгрунтах БМ и их основными водно-физическими, механическими и фильтрационными свойствами определяются дифференцированно для различных лито 25 логических типов пород, в частностидля глин (фиг, 1 и 2), суглинков(фиг. 3 и 4) и супесей (фиг. 5),Образцы исследованных пород отбираютв интервале глубин 2-30 м из опор 30 ных скважин, Интервал отбора образцов 1-2 м,Корреляционный анализ позволяетполучить по методу моментов матрицукоэффициентов парной корреляции (г)между всеми возможными парами показа35телей.Из фиг, 1-5 следует, что значенияосновных водно-физических, механических и фильтрационных характеристикисследованных оглееных пород и содержание в них БМ связаны между собойопределенной зависимостью, наиболеечетко выраженной в определенном интервале изменения указанных характе 45 ристикНа фиг. 6 представлена корреляционная связь между содержанием впородах БМ и свойствами пород, Получают следующие коэффициенты корреляции (г): БМ - М рст (г = 0,95), БМ -содержание в породах фракции 0002 мм(г "= 0,93), БМ - М (г = О, 95); БМ -С (г = -0,92); БМ - Р (г = -0,85),БМ - К,р (г = -0,95) .55Процесс оглеения протекает в анаэробных условиях при обязательном.участии анаэробных микроорганизмови наличии органического вещества вусловиях постоянного или продолжи5 140494тельного обводнения и сопровождается. дпереходом окисных соединений в закисные, изменением и распадом алюмосиликатов и новообразованием мине 5ралов при изменении окислительновосстановительного потенциала,Таким образом, значительные превращения состава и свойств органической и минеральной части грунтов,возникающие в результате жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов,происходят тем интенсивнее, чемсильнее развит процесс глееобразования Разрушение первичных и вторичных минералов, синтез вторичных минералов, существенные превращениясоединений элементов с переменной валентностью, накопление в составеорганического вещества наиболее активных и подвижных соединений специфической и неспецифической приволы(фульвокислот, низкомолекулярныхорганических кислот и т.п.) сильнейшим образом сказывается на измененийсостава, структуры и водно-физических, механических и фильтрационныхсвойствах пород. Кроме того, многиеанаэробные микроорганизмы в результате своей жизнедеятельности образуют слизи, поверхностно-активные вещества, газы (метан), которые влияютна состав, микростроение и свойствадисперсных грунтов.Как следует из фиг, 1 а, За и 5 а35и таблицы, увеличению влажностиобразцов соответствует резкое возрастание содержания в породах БМ, чтообъясняется интенсификацией микробиологической деятельности и, соответственно, процесса глееобразованияв условиях длительного переувлажне,ния,Известно, что интенсивная микробиологическая деятельность в анаэроб 45ных условиях ведет к разрушениюгрунтов, т,е. их диспергации, чтоподтверждается зависимостью, представленной на фиг. 16, 36, 56 и втаблице. Об этом свидетельствует ростсодержания фракции0,002 мм с уве 50личением содержания в породах БМ,т.е. с повышением степени оглеенности пород. Микробиологическая деятельность, вызывающая разрушение органических примесей в породах и сопровождаемая вйделением микроорганизмами значительных количеств слизи и других про 0 6уктов жизнедеятельности, приводитк образованию на мельчайших агрегатах коллоидной пленки, что в значительной степени увеличивает пластичность пород, в частности, вызываявозрастание наиболее "чувствительной"характеристики пластичности - влажности на пределе текучести (И 1, 7)(фиг. 1 в и Зв, таблица),Жизнедеятельность анаэробов, приводящая к трансформации минеральногосостава пород, органического вещества, сопровождаемая выделением огромных количеств метана, приводит взонах интенсивного развития глееобразовательного процесса к значительному разуплотнению пород, к увеличению показателя их тонкой пористости (величина пор ( 1 мкм), чтоподтверждается зависимостью междуизменением коэффициента пористости(е) и величины БМ (фиг. 2 г, 4 г, таблица)Создаваемые в результате жизнедеятельности микроорганизмов коллоидные пленки на поверхности иинеральных зерен образуют своеобразнуюсмазку на контактах последних, чтоприводит к снижению прочностныхсвойств пород и, в частности, куменьшению величин сцепления (С,МПа) и угла внутреннего трения ( )по мере увеличения содержания в породах БМ (фиг. 2 д, 4 д, 5 в, таблица).Увеличение дисперсности пород врезультате жизнедеятельности микроорганизмов ведет к возрастанию впородах тонкой пористости (1 мкм),заполнению пор связанной водой иколлоидными частицами,что в конечномсчете ведет к снижению активной пористости пород, в результате чегопроисходит резкое уменьшение коэффициента фильтрации (Кр, см/с) по мере возрастания содержания в породахБМ (фиг. 2 е, 4 е и 5 г, таблица),1Для построения калибровочных кривых все зависимости, представленныена фиг. 1-5, обобщаются (фиг. 7).Характер зависимости между содержанием в породах БМ и их важнейшимиводно-физическими, механическими ифильтрационными свойствами по меревозрастания содержания БМ в грунтахменяется (фиг, 7).Указанные зависимости носят пропорциональный характер для глинистосуглинистых разновидностей исследо1404940 35 40 Соде Литоло ческий тип от лений ре 32 63 68 13 22 64 70 11 90 46,3 30 38 34 ванных пород при изменении содержания в них БМ до 200 мкг/г, а для супесчаных - до 30 мкг/г. При возрастании содержания БМ в грунтах выше указан 5 ных значений зависимость между их основными свойствами и содержанием в них БМ носит иной характер, т.е. с дальнейшим увеличением в породах БМ свойства пород практически не изменяются. Указанным критическим значениям БМ (200 мкг/г для глинисто- суглинистых и 30 мкг/г для супесчаных отложений) соответствует максимальная пораженность" исследованных пород процессом глееобразования, обусловленным жизнедеятельностью микроорганизмов, и эти критические значения являются границей перехода их частично в область коллоидных систем или перехода грунтов в разряд "слабых" со строительной точки зрения,При классификации исследованных грунтов на две степени оглеенности в 25 качестве граничного принимается то значение содержания в них БМ, которое соответствует переходу характера зависимости между содержанием :в породах БМ и основными свойствами от пропорционального к непропорциональному, в данном случае для глинисто-суглинистых отложений 200 мкг/г а для супесчаных - 30 мкг/г. Каждой выделенной градации по степени оглеенности, характеризующейся определенным интервалом содержания в породах БМ, соответствует характерный интервал изменения основных свойств пород. Для пород регионов, где процессами оглеения охвачены не целые массивы, как в указанном примере,а лишь локальные участки, либо гдеглееобразовательный процесс проистекает с меньшей интенсивностью,дифференциация пород по степени оглеенности может быть более дробной (1,11, 111,17 и т,п.), т,е. исходя изпрактических задач и природных условий, должна носить сугубо прикладнойхарактер,Построив калибровочные кривые зависимости между основными свойствами характерных литолого-генетическихтипов оглеенных пород исследуемогорегиона и содержанием в них БМ иподразделив породы по степени оглеенности, в дальнейшем при массовых исследованиях правомерно определятьстепень оглеенности пород с присущимей интервалом изменения основныхсвойств лишь на основании содержанияв них БМ, исключая массовые трудоемкие определения их водно-физических,механических и фильтрационных свойствФормула изобретенияСпособ определения степени оглеенности пород, включающий отбор проб,их последующий анализ и определениефизико-химического показателя, позначению которого судят о степениоглеенности, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью упрощения и повышения точности определения, в качестве Физико-химического показателяиспользуют содержание в пробе белка,значение которого находится в прямопропорциональной зависимости со степенью оглеенности пород,41 5 35 2 50 0 85 80 9063,0 52,3 65, 1 101 95 103 12 19,0 46 32 6210 1404940 Сцепление С, ИПа Коэффициент пористостиКт, см/с Литологический ол внутренне- трения Г 1 тип отлонений сред, мин. макс,ед, мин, макс. сред. мин. макс. сред, мин, макс. 10 10 10 1,32 1,22 1,41 0,09 0,04, 0,13 1,63 1,58 1,68 0,01 0,01 0,02 Глина Практически не фильтруют3,9 1 О-ф 1,210 г 4,0 Оф 0,72 0,96 0,04 0,02 0,06 1,00 1,08 а 0,01 0,00 0,01 5,5 10 5.0 10 6,5 10 14 24 3,5 .10-1 3,0 10-ф 4 5,1 т-й 2 7 1 8 10"ф 1 3 10" 2 б ИГ 17 Супеси о оп гррго т т гтгат ит И(мнг/гЮ Продолжение таблицы Коэффициент фильтрации Кф, см/соа юиэ юо Ю(юг/г,о Юа) а 1 а а,ов 006 ООФ оог о за 1 аа 1 ьо гаа гьазоожо ииЮФ(екг/г) ю 1 аа тгаагю хояпи к Гэ/щ) бМ у 4 ИГр.ф