Способ определения степени оглеенности пород

 

Изобретение относится к инженерной геологии. Цель изобретения - упрощение и повьшение точности определения . В пробах пород определяют содержание белка как показателя интенсивности развития глееобразова тельного процесса и показателя степени оглеенности (пораженности) породы , являющейся функцией многочисленных факторов. 7 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИК

„„SU„„1404940 А 1 (5g 4 С 01 И 33/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "-,, / 1 /

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ . .® л„:,",, - " .:н (21) 4006741/30-15 (22) 27.01.86 (46) 23.06.88. Бюл. Р 23 . (71) ЛГУ им. А.А.Жданова (72) Т,Н.Нижарадзе и Е.А.Пушнова (53) 631.42(088.8) (56) Установление расстояний между дренами. Минск: .Ураджай, 1981. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ОГЛЕЕННОСТИ ПОРОД (57) Изобретение относится к инженерной геологии. Цель изобретения упрощение и повьппение точности определения. В пробах пород определяют содержание белка как показателя интенсивности развития глееобразовательного процесса и показателя степени оглеенности (пораженности) породы, являющейся функцией многочисленных факторов. 7 ил., 1 табл.

1404940

Изобретение относится к инженерной геологии, а более конкретно к инженерно-геологической оценке оглеенных пород, являющихся средой размещения мелиоративных систем, и может быть использовано в качестве критерия оценки степени оглеенности пород при инженерно-геологическом районировании территорий, охваченных 10 процессом глееобразования, и в качестве прогнозной характеристики основных свойств пород.

Цель изобретения — упрощение и повышение точности определения степени оглеенности пород.

Способ заключается в определении в грунтах содержания белковой массы (БМ) как. показателя интенсивности развития глееобразовательного про- 2р цесса и показателя степени оглеенности (пораженности) породы, являющейся функцией многочисленных факторов : состава и численности микроорганизмов, наличия органических при- 25 месей, минералогического и механического состава исходных пород, условий аэрации, влажностного режима и т.п., обуславливающих интенсивность и направленность глееобразовательных про- 30 цессов, 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 4р 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 BM u 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 грунтах

55 данного региона, что является конкретным критерием степени оглеенности различных литологических типов пород, характеризуемой определенным интервалом изменения свойств.

В пределах массивов оглеенных пород намечаются характерные инженерногеологические разрезы (совпадающие либо с областью развития мелиоративных осушительных систем, либо приуроченные к активной зоне сооружений), по которым в результате бурения или шурфования получают образцы пород, имеющих развитие в данном регионе. Масса каждого образца должна составлять около 2 кг, Запарафинированные или упакованные в полиэтиленовые пакеты образцы пересылаются в лабораторию.

Литологический тип пород устанавливают на основании данных гранулометрического анализа по содержанию в них фракции 0,002 мм по классификации В.В.Охотина.

Для отобранных образцов различных литологических типов определяют состав и свойства: гранулометрический состав, влажность естественная (M ест, Ж), влажность на пределе текучести (ML, Е), влажность на границе раскатывания (Ир, 7), плотность грунта (P, г/см ), плотность частиц грунта (, г/смэ), прочностные характеристйки грунта — сопротивление грунтов сдвигу (С, МПа) и угол внутреннего трения (g, ), сжимаемость грунтов и К,р.

В отобранных образцах параллельно с определением основных свойств определяют содержания БМ по следующей методике.

Для определения содержания белковой массы в образце грунт суспендируют в дистиллированной воде в соотношении 2,5 г грунта на 3 мл воды для глин, 2,5 мл воды для суглинков, 1,5 мл воды для супесей. После тщательного перемешивания суспензию центрифугируют 15 мин при 1500 об/мин.

В полученном супернатанте определяют концентрацию белка методом Bradford с отличием лишь в объемном соотношении реактива и исследуемого раствора, т.е. к 2,5 мл реактива

Bradford добавляют 0,2 мл супернатанта. Для контроля присутствия в супернатанте небелковых веществ,дающих неспецифическую реакцию с реактивом Bradford, из супернатанта удаляют белок методом высаждения сульфосалициловой кислотой. Для это1404940

ro 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 Bradford. Для контроля возможности неспецифической реакции сульфосалициловой кислоты с реактивом Bradford к 2,5 мл реактива добавляют 0,2 мл 27.-ной кислоты.

Оптическую плотность определяют .на спектрофотометре СФ-4А или СФ-16.

Содержание белка в 1 г сухого грунта рассчитывают по формулам для грунтов при Мест 1

5D59y (V + 2,5Мсст ) з

K(2 э 5 2.- 5Мест ) для грунтов при Мест ) 1

2,5

5Dygg (V + 2,5 х 10, К

Я е«- ° 1где М ст — естественная влажность грунта, д.ед.;

V — объем дистиллированной воды, добавленной к 2,5 г грунта, мл;

Dyg — оптическая плотность 2,5 мл реактива Bradford при длине волны 595 нм после проведения реакции с 0,2 мл супернатанта, оп.ед., К вЂ” постоянный коэффициент, равный оптической плотности, оп.ед., 2,5 мл реактива Bradford, содержащего 1 мг белка, при длине волны 595 нм и определяемый путем построения калибровочной кривой.

Для построения калибровочной кривой и качестве стандарта используют бычий 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 кривых зависимости между содержанием в по.5 родах БМ и указанными свойствами.

На фиг. 1-5 приведены графики зависимости между содержанием БМ в исследованных грунтах: влажности ес1р тественной Мрст, 7 (фиг. 1а, Ça, 5a). содержания в породах фракции

<0 002 мм, 7. (фиг. 1б, Зб, 5б), влажности на границе текучести М1, 7. (фиг. 1в, Зв); коэффициента порис15 тости е (фиг. 2г, 4г), величины сцепления С, MIIa (фиг. 2д, 4д), величины угла внутреннего трения V (фиг.5в), величины коэффициента фильтрации I4p, см/с (фиг.. 2е, 4е, 5г).

20 Зависимости между содержанием в грунтах БМ и их основными водно-физическими, механическими и фильтрационными свойствами определяются дифференцированно для различных литологических типов пород, в частности для глин (фиг, 1 и 2), суглинков (фиг. 3 и 4) и супесей (фиг. 5).

Образцы исследованных пород отбирают в интервале глубин 2-30 м из опор30 ных скважин. Интервал отбора образцов 1-2 м.

Корреляционный анализ позволяет получить по методу моментов матрицу коэффициентов парной корреляции (г) между всеми возможными парами показа.

35 телей.

Из фиг. 1-5 следует, что значения основных водно-физических, механических и фильтрационных характеристик исследованных оглееных пород и содержание в них БМ связаны между собой определенной зависимостью, наиболее четко выраженной в определенном интервале изменения указанных характе45 ристик °

На фиг. 6 представлена корреляционная связь между содержанием в породах БМ и свойствами пород. Получают следующие коэффициенты корреля5О ции (r): BM — Мест (r = 0,95), БМ— содержание в породах фракции 0 002 мм (r = 0,93), БМ вЂ” Mg(r = 0,95); БМ—

С (r = -0,92); БМ вЂ” Р (r = — 0,85), БМ вЂ” К,р (r = -0,95) .

Процесс оглеения протекает в анаэробных условиях при обязательном участии анаэробных микроорганизмов и наличии органического вещества в условиях постоянного или продолжи5 140494 тельного обводнения и сопровождается. д переходом окисных соединений в закисные, изменением и распадом алюмосиликатов и новообразованием мине5 ралов 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, чем сильнее развит процесс глееобразования. Разрушение первичных и вторич- 1 ных минералов, синтез вторичных минералов, существенные превращения соединений элементов с переменной валентностью, накопление в составе органического вещества наиболее активных и-подвижных соединений специфической и неспецифической приволы (фульвокислот, низкомолекулярных органических кислот и т.п.) сильнейшим образом сказывается на изменений состава, структуры и водно-физических, механических и фильтрационных свойствах пород. Кроме того, многие анаэробные микроорганизмы в результате своей жизнедеятельности образуют слизи, поверхностно-активные вещества, газы (метан), которые влияют на состав, микростроение и свойства дисперсных грунтов.

Как следует из фиг. 1а, За и 5а

35 и таблицы, увеличению влажности образцов соответствует резкое возрастание содержания в породах БМ, что объясняется интенсификацией микробиологической деятельности и, соответственно, процесса глееобразования в условиях длительного переувлажне, ния.

Известно, что интенсивная микробиологическая деятельность в анаэроб45 ных условиях ведет к разрушению грунтов, т.е. их диспергации, что подтверждается зависимостью, представленной на фиг. 16, 36, 56 и в таблице. Об этом свидетельствует рост содержания фракции 0,002 мм с уве50 личением 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 про0 6 уктов жизнедеятельности, приводит к образованию на мельчайших агрегатах коллоидной пленки, что в значительной степени увеличивает пластичность пород, в частности, вызывая возрастание наиболее "чувствительной" характеристики пластичности — влажности на пределе текучести (W<, 7) (фиг. 1в и Зв, таблица), Жизнедеятельность анаэробов, приводящая к трансформации минерального состава пород, органического вещества, сопровождаемая выделением огромных количеств метана, приводит в зонах интенсивного развития глееобразовательного процесса к значительному разуплотнению пород, к увеличению показателя их тонкой пористости .(величина пор (1 мкм), что подтверждается зависимостью между изменением коэффициента пористости (е) и величины БМ (фиг. 2г, 4г, таблица) °

Создаваемые в результате жизнедеятельности микроорганизмов коллоидные пленки на поверхности иинеральных зерен образуют своеобразную смазку на контактах последних, что приводит к снижению прочностных свойств пород и, в частности, к уменьшению величин сцепления (С, MIIa) и угла внутреннего трения (Р ) по мере увеличения содержания в породах БМ (фиг. 2д, 4д, 5в, таблица).

Увеличение дисперсности пород в результате жизнедеятельности микроорганизмов ведет к возрастанию в породах тонкой пористости (1 мкм), заполнению пор связанной водой и коллоидными частицами,что в конечном счете ведет к снижению активной пористости пород, в результате чего происходит резкое уменьшение коэффициента фильтрации (Кр, см/с) по мере возрастания содержания в породах

БМ (фиг. 2е, 4е и 5r, таблица).

Для построения калибровочных кривых все зависимости, представленные на фиг. 1-5, обобщаются (фиг. 7), Характер зависимости между содержанием в породах БМ и их важнейшими водно-физическими, механическими и фильтрационными свойствами по мере возрастания содержания БМ в грунтах меняется (фиг. 7).

Указанные зависимости носят пропорциональный характер для глинистосуглинистых разновидностей исследо1404940

Для пород регионов, где процессами оглеения охвачены не целые массивы, как в указанном примере, а лишь локальные участки, либо где глееобразовательный процесс проистекает с меньшей интенсивностью,дифференциация пород по степени оглеенности может быть более дробной (I

II, III,IV и т.п.), т.е. исходя из практических задач и природных условий, должна носить сугубо прикладной характер.

Построив калибровочные кривые зависимости между основными свойствами характерных литолого-генетических типов оглеенных пород исследуемого региона и содержанием в них БМ и подразделив породы по степени оглеенности, в дальнейшем при массовых исследованиях правомерно определять степень оглеенности пород с присущим ей интервалом изменения основных свойств лишь на основании содержания в них БМ, исключая массовые трудоемкие определения их водно-физических, механических и фильтрационных свойств ° формула изобретения

Способ определения степени оглеенности пород, включающий отбор проб, их последующий анализ и определение физико-химического показателя, по значению которого судят о степени оглеенности, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности определения, в качестве физико-химического показателя используют содержание в пробе белка, значение которого находится в прямо пропорциональной зависимости со степенью оглеенности пород.

40

Содерка

Литолог ческий тип отл лений сре

63 41,5 35 2 50 0 85 80 90

Глина

101 95 103

134 63,0 52,3 65,1

22 64

Суглинки

76 74 78

26,0 21,7 29,4

> 200 302 218 395 90 70 11

5,0 4,2 5э9 с 30 18 5 28 30 20 35

Супесн

75 72 78

36 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 указан5 ных значений зависимость между их основными свойствами и содержанием в них БМ носит иной характер, т.е. с дальнейшим увеличением в породах

BM свойства пород практически не изменяются. Указанным критическим значениям БМ (200 мкг/г для глинистосуглинистых и 30 мкг/г для супесчаных отложений) соответствует мак— симальная 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. (200 112 48 190 46 32

> 200 289 210 380 100 68 с 200 83 25 190 40

>30 38 34 45 ., 39

15,1 11,2 19,0 46 32 62

1404940

Сцепление С, MIle

Коэффициент пористости

Кт, см/с

Литологический ол внутреннетреНия

Г I тип отлонений ед, мин. макс. сред. мин. макс. сред. мин. макс.

10-7

10-4

t,32 1,22 141 009 004. 013

1,63 1 58 1 68 0,01 0,01 0,02

Глина

0,72 0,96 0,04 0,02 0,06

0,81

Суглинки

1,04

100 108 -001 000 001

5,5 .10 5.0.10 6,5 ° 10

14 24 3,5.10 1 3,0 10. 4,5 ° 10

2 7 1 8 10" t 3 10" 2 б ИГ

Супеси

11П и

6 90

80 пю тгюго а ж ю

О 10С7 00 2О 2У Уй7 УЯ7 //90

& (мнг/

70 о а

6 зо

И/е (%)

1О и еи ка

lф

Продолжение таблицы

Коэффициент фильтрации

Кф, см/с сред, мин. макс.

Практически не фильтруют

3,9 1О 1,2 ° 10а 4,0 ° !О ! 404940

10»

О И <аО т mOЮОЗП0ЛО Чт с(/т4

016

ОЬ

0,12

030 оав

00б

004

002

0 50 100 1О 200 250 ю00 у50 ФОЮ

f Ю(1,6 г 1Ф

1г

0 SO 1аа aV ZO025ОЯО0ЗЯ МО ем(мкг/г)

Уаг.2

И(„%)

xzo

1Ю ,а © б0

ling

0 О Ю0 И г00250ЮХИПМС

И(мее/г)

Þ0

Lr

0 О 100 150 ОР250МЗ®4И

Р/(юе/г)

Це(/О)

70 б0

В „.0

S0

0 50 ЮС ®200250òÇ5 ×ß

EM (мнг/е)

Юг.z

1404940 к (э/ив) /2 1Е

8 няг

sþ

-05 е

16

14

12

f,0

0,8

0 50 10а т 2аа2ыта ФО

ЮФ(екг/г) с(юа) а а а,ов

006

00ff

002

0 50 100 1® 200 2О ми50 Фй7

ЕМ(пнг/г) 0 S0 и 1О2аОЫЯИЯ7400

3И(инг(г)

Рае, Ф бМ

ФМ4

ИГ

1У f

У Х fff 6 М О М Jf 40 4f

Df(tw/г)

И и б

Х

0 ф $10 f52ff 2f У ИФУ4$

Р1(ие/3) f1 У 9 15 20 И М JS Þ И

Р1(меф

1f д f Ф ООИМИ4ФИ

ЮфФаф

УиаХ

1404940

И ест (%) (Ма) е Ир(см)сек) .<0002ми а» га

50 1О тттЗООЮО40//

СпчРПВНб

ПгпажНОСти

Яе т(%ЩИ а) е Нр(сн)сек) W, %) Cog. д.<ОЯИин () 4 10 (.2 Ю

6.5 Ю

50 100 Я 20 М _#_0 УЯ

15 ю

5 Ю SгажЗПS

/-Ill /7ГН6 юга еннкеи

Редактор А.Шандор

Заказ 3097/48

Производственно-прлиграфическое предприятие, г. Ужгороде ул. Проектная, 4

16 эа ео

80 (, !7ЧПГНБ

0ИВВННОС Лй

p(ca,/с н

Neer

Сор. ур.

+o,oos

-- Ф(. ееееее g ххххх р

=== (p

110 с ( д-г

Я g иау

Составитель Е.Красавина

Техред A.Кравчук Корректор О. Кравцова

Тираж 847 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5