авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Инженерно-геологическая оценка техногенеза компонентов подземного пространства при его освоении и использовании (на примере санкт-петербурга)

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ПАНКРАТОВА Ксения Викторовна

Инженерно-геологическАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОГЕНЕЗА КОМПОНЕНТОВ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА ПРИ ЕГО ОСВОЕНИИ И ИСПОЛЬЗОВАНИИ

(НА ПРИМЕРЕ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА)

Специальность 25.00.08 Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный горный университет»

Научный руководитель доктор геолого-минералогических наук, профессор

Дашко Регина Эдуардовна

Официальные оппоненты:

Кнатько Василий Михайлович - доктор технических наук, профессор, Санкт-Петербургский государственный университет, профессор кафедры грунтоведения и инженерной геологии

Плечкова Ирина Львовна - кандидат геолого-минералогических наук, главный геолог ООО «ПИ Геореконструкция»

Ведущее предприятие Петербургский государственный университет путей сообщения

Защита диссертации состоится 31 мая 2012 г. в 11 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.224.11 при Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. № 4312.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного университета.

Автореферат разослан 28 апреля 2012 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

канд. геол.-минерал. наук А.В. ШИДЛОВСКАЯ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современная тенденция развития мегаполисов предполагает обязательное использование подземного пространства (ПП) при возведении гражданских и промышленных сооружений, строительстве транспортных магистралей, а также объектов специального назначения. Повышение безопасности использования ПП предопределяет необходимость комплексного исследования изменения его компонентов (горных пород, подземных вод, газов, биоты, конструкционных материалов сооружений) в процессе техногенеза при различных видах техногенного воздействия, в том числе загрязнения органическими и неорганическими соединениями, влияния температуры, ультрафиолетового излучения, а также принимая во внимание технологический режим эксплуатации сооружений.

Понятие «техногенез» ввел в 1934 году академик А.Е. Ферсман, анализируя его как совокупность процессов, вызываемых технической (инженерной) деятельностью человека. Вопросы техногенного изменения инженерно-геологических условий в пределах городских агломераций освещены в работах Ф.В. Котлова, Е.М. Сергеева, В.И. Осипова, В.Т. Трофимова, В.Д. Ломтадзе, В.А. Королева, Г.Л. Коффа, Ю.Б. Осипова, Р.С. Зиангирова, Г.С. Голодковской, В.М. Кнатько, Р.Э. Дашко и др.

Участившиеся случаи перехода сооружений в аварийное и предаварийное состояние в период их строительства и эксплуатации в Санкт-Петербурге требуют анализа причин возникновения таких ситуаций, причем особое внимание должно быть обращено не только на нарушение технологии ведения строительных работ, но и на период эксплуатации зданий, во время которого происходят необратимые изменения пород в зоне влияния сооружений за счет изменения их напряженно-деформированного состояния, а также факторов, которые не учитываются в теории и практике инженерно-геологических исследований и соответственно при проектировании сооружений. По данным исследований института НИИПромстроя (г. Уфа) 63-71% случаев перехода сооружений в аварийное состояние определяется факторами, действующими в период эксплуатации объектов, поскольку отсутствует важный этап – прогнозирование изменения инженерно-геологических условий, включая преобразование гидродинамической и гидрохимической обстановки, температурного режима в зоне влияния сооружения. Негативное влияние на песчано-глинистые грунты оказывают утечки из систем водоотведения, вызывающие повышение уровня подземных вод, изменение химического состава водоносных горизонтов, загрязнение водоупоров, и, как следствие, преобразование кислотно-щелочной и окислительно-восстановительной обстановки, часто приводящее к активизации подземной микробиоты, что вызывает развитие опасных природно-техногенных процессов.

Цель работы. Повышение безопасности функционирования сооружений различного назначения в различных инженерно-геологических условиях на основе использования экспериментально полученных закономерностей преобразования песчано-глинистых отложений под воздействием техногенных факторов, позволяющих вести прогнозирование их длительной устойчивости.

Основные задачи исследований

1. Установление общих тенденций динамики техногенеза четвертичных и дочетвертичных песчано-глинистых пород в разрезе Санкт-Петербурга при наличии болотных отложений (торфов), под воздействием температуры, загрязнения органическими и неорганическими соединениями. 2. Оценка изменения состояния и физико-механических свойств песчано-глинистых отложений различного генезиса при изменении физико-химических условий и активизации микробной деятельности в подземной среде для установления эмпирических зависимостей между водопроницаемостью и сопротивлением сдвигу от величины микробной массы. 3. Прогнозирование природно-техногенных процессов, определяющих безопасность функционирования сооружений различного назначения в условиях активного техногенеза при освоении и использовании подземного пространства мегаполисов. 4. Обеспечение длительной устойчивости наземных и подземных сооружений при использовании переменных во времени параметров физико-механических свойств песчано-глинистых грунтов с учетом их техногенных преобразований под воздействием природной органической компоненты и загрязнения подземной среды.

Фактический материал и личный вклад автора. Диссертация является продолжением научных исследований, которые проводились при непосредственном участии автора на кафедре гидрогеологии и инженерной геологии СПГГУ в ходе обучения в бакалавриате и магистратуре. Для получения количественных параметров динамики преобразования песчано-глинистых отложений различного генезиса и возраста под воздействием природной органической компоненты и активизации микробной деятельности автором был выполнен большой объем экспериментальных полевых и лабораторных исследований. Для установления влияния факторов техногенеза проводились различные виды работ на следующих объектах: в перегонных тоннелях Санкт-Петербургского метрополитена по трассе «Елизаровская-Ломоносовская», в автодорожном тоннеле неглубокого заложения «Санкт-Петербург-Пушкин», в котлованах Второй сцены Мариинского театра и бизнес-центра «Невская Ратуша», в зонах влияния действующих кладбищ и свалок хозяйственно-бытовых отходов, на участках заболачивания в черте города и пригородах Санкт-Петербурга. Автором были получены закономерности влияния ультрафиолетового излучения и вибрационных нагрузок на снижение величины микробной масс в песчано-глинистых грунтах за счет сокращения численности микроорганизмов и соответственно продуктов их метаболизма.

Основные методы исследований. Теоретические и научно-практические методы оценки развития техногенных преобразований песчано-глинистых грунтов различного генезиса и возраста, экспериментальные исследования с использованием оборудования на основе метода лазерной дифракции для изучения гранулометрического состава, определения характеристик прочности и деформируемости с применением комплекса оборудования, включающего стабилометры, приборы одноплоскостного сдвига; усовершенствованный биохимический метод М. Бредфорд определения микробной массы по величине микробного белка, впервые предложенный на кафедре грунтоведения и инженерной геологии СПбГУ. Микробиологические исследования с помощью посевов и выделения чистых культур, а также использования электронной и световой микроскопии для выявления численности видового и родового состава микроорганизмов, в том числе аэробных и анаэробных групп, выполнены в лабораториях биолого-почвенного факультета СПбГУ; компьютерное моделирование производилось с помощью программного комплекса FEM models на основе метода конечных элементов, разработанного ООО «ПИ Геореконструкция».

Реализация результатов исследований. Установленные закономерности трансформации состава, состояния, физико-механических свойств дисперсных грунтов и развития инженерно-геологических процессов при техногенном воздействии используются при подготовке проектов строительства новых сооружений, реконструкции и реставрации старинных зданий рядом организаций, в том числе ООО «ПИ Геореконструкция», ОАО «ЛЕННИИПРОЕКТ», материалы по биокоррозии переданы службе ТОИС ГУП «Петербургский метрополитен». Результаты работы будут использованы при совершенствовании нормативных документов по проведению инженерных изысканий и территориальных строительных норм.

Научная новизна работы

  • Экспериментально установлены закономерности изменений состава, состояния, снижения параметров сопротивления сдвигу и деформационной способности водонасыщенных песчано-глинистых грунтов различного генезиса, возраста и степени литификации под воздействием природной органической компоненты и активизации микробной деятельности.
  • Получены закономерности снижения численности микроорганизмов (по величине микробной массы) под влиянием ультрафиолетового излучения и вибрационных воздействий в водонасыщенных песчано-глинистых грунтах.
  • Разработаны схематические карты особенностей и интенсивности загрязнения верхней части разреза подземного пространства Санкт-Петербурга под воздействием контаминантов характерных для мегаполисов, история развитие которых насчитывает нескольких веков.

Защищаемые положения

  1. Интенсивность техногенеза основных компонентов подземного пространства мегаполиса определяет уровень сложности инженерно-геологических условий за счет нестабильности показателей состава, состояния и физико-механических свойств песчано-глинистых отложений в период функционирования сооружений и развития неуправляемых природно-техногенных процессов в подземной среде, взаимодействующей с сооружением.
  2. Активизация микробной деятельности в подземном пространстве мегаполисов при поступлении питательных и энергетических субстратов, отепляющем эффекте, дополнительном привносе микроорганизмов из различных природных и техногенных источников контаминации, а также за счет формирования анаэробных условий оказывают негативное воздействие на песчано-глинистые отложения, которое постепенно уменьшается по мере повышения содержания глинистой фракции в дисперсных грунтах и степени их литификации.
  3. Для повышения безопасности функционирования системы сооружение – многокомпонентная подземная среда необходимо вести проектирование на основе прогнозирования изменения состояния и физико-механических свойств песчано-глинистых отложений, преобразования состава подземных вод и активизации природно-техногенных процессов с использованием результатов экспериментальных исследований, которые не предусмотрены в системе инженерных изысканий.

Практическая значимость работы

    • Произведена экспериментальная оценка влияния изменения физико-химических и биохимических условий в подземном пространстве Санкт-Петербурга на песчано-глинистые грунты для повышения степени достоверности инженерно-геологической информации о негативном преобразовании песчано-глинистых отложений (их состава, состояния и физико-механических свойств), которые используются для анализа перехода ряда сооружений в предаварийное либо аварийное состояние.
    • Усовершенствованы и опробованы методики испытания песчано-глинистых грунтов при их загрязнении органическими контаминантами биогенного и абиогенного генезиса, температурном воздействии с целью повышения достоверности получения характеристик прочности и деформационной способности.
    • Предложены рекомендации для расчета длительной устойчивости наземных и подземных сооружений с учетом преобразования физико-механических свойств песчано-глинистых грунтов при техногенезе в период их эксплуатации.

Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертационной работе, базируется на большом объеме выполненных теоретических, научно-практических и экспериментальных исследований по трансформации состава, состояния и физико-механических свойств песчано-глинистых отложений различного генезиса и возраста при воздействии техногенных факторов (органических контаминантов биогенного и абиогенного генезиса, температурного и вибрационного влияния), повышающих либо снижающих численность микробной массы. Результаты микробиологических исследований по определению физиологических групп, родового и видового состава микроорганизмов и их численности в разрезах загрязненных грунтов Санкт-Петербурга позволили оценить их агрессивность по отношению к конструкционным материалам. В основу диссертации положены результаты, полученные в ходе проведения научно-исследовательских работ, при непосредственном участии автора: «Инженерно-геологическое и гидрогеологическое обеспечение высотного строительства и освоения подземного пространства в мегаполисах» (2009 г.), «Состояние и стратегия развития научной школы «Инженерная геология» по приоритетным направлениям НИУ» (2010 г.), «Преобразование компонентов подземного пространства для прогнозирования устойчивого развития мегаполисов» (2010-2011 гг.), «Разработка инновационных технологий по приоритетному направлению научной школы «Инженерная геология» (2011 г.), а также при поддержке персональных грантов Санкт-Петербурга для студентов, аспирантов, молодых ученых, молодых кандидатов наук в 2009 и 2010 годах.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях: «Полезные ископаемые России и их освоение» (СПГГУ, Санкт-Петербург, 2009, 2010, 2011 гг.), «Сергеевские чтения Х» (Научный совет РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии, Москва, 2008 г.), «Инженерные изыскания в строительстве» (ОАО «ПНИИИС», Москва, 2010, 2011 гг.), международном форуме молодых ученых «Проблемы недропользования» (СПГГУ, Санкт-Петербург, 2011 г.), международных конференциях молодых ученых в Краковской горно-металлургической академии (Краков, Польша, 2009 и 2011 гг.) и Фрайбергской горной академии (Фрайберг, Германия, 2011 г.).

Публикации.

Основные результаты диссертации содержатся в 11 опубликованных работах, в том числе 4 статьи в журналах, входящих в перечень, рекомендованный ВАК Минобрнауки России.

Структура работы.

Диссертация изложена на 234 страницах, состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 154 наименований, содержит 67 рисунков, 57 таблиц.

Автор выражает глубокую и искреннюю признательность за постоянную помощь и поддержку на всех этапах подготовки диссертационной работы научному руководителю д.г.-м.н. проф. Р.Э. Дашко. Автор благодарит заведующего кафедрой ГиИГ д.г.-м.н. проф. В.В. Антонова, д.г.-м.н. проф. И.П. Иванова, к.г.-м.н. доц. Н.С. Петрова, к.г-м.н., доц. А.В. Шидловскую, к.г-м.н., доц. Т.Н. Николаеву, к.г-м.н., доц. Г.Б. Поспехова, к.г-м.н., доц. Л.П. Норову, к.г.-м.н. асс. О.Ю. Александрову и остальных сотрудников кафедры за обсуждение материалов диссертации. Отдельную благодарность автор выражает к.г.-м.н, асс. А.М. Жуковой, студ. А.А. Коробко, А.Н. Мудла, Ю.Г. Шкаруппа за содействие в проведении полевых и лабораторных работ. Автор выражает благодарность д.б.н., заведующему лабораторией микологии и альгологии СПбГУ Д.Ю. Власову за помощь в проведении микробиологических исследований.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИХ ОБОСНОВАНИЕ

  1. Интенсивность техногенеза основных компонентов подземного пространства мегаполиса определяет уровень сложности инженерно-геологических условий за счет нестабильности показателей состава, состояния и физико-механических свойств песчано-глинистых отложений в период функционирования сооружений и развития неуправляемых природно-техногенных процессов в подземной среде, взаимодействующей с сооружением.

Подземное пространство в пределах мегаполисов следует рассматривать как динамическую систему взаимозависимых компонентов – «горные породы (грунты) – подземные воды – микробиота – газы – подземные конструкции».

В разрезе подземного пространства Санкт-Петербурга прослеживается осадочная толща четвертичного возраста от раннечетвертичных до современных отложений. Вне погребенных долин, развитых по направлению тектонических разломов, ее мощность снижается до 30 м и менее, в наиболее глубокой долине – 120 м. Дочетвертичные осадочные породы – глины и песчаники - представлены отложениями нижнекембрийского возраста и котлинского горизонта верхнего венда (рис.1).

В разрезе четвертичных отложений преобладают водонасыщенные глинистые грунты различного генезиса и возраста, имеющие, в основном, малую степень литификации (озерно-морские, озерно-ледниковые); средняя степень литификации отмечается для морен различного возраста (лужская позднечетвертичная, московская среднечетвертичная и днепровская раннечетвертичная) (рис.2). Пески встречены в разрезе четвертичных пород техногенного, озерно-морского и озерно-ледникового генезиса, а также в межморенных отложениях и в форме отдельных линз в моренах.

Уровень техногенных изменений, прежде всего, определяется влиянием болот и заболоченных грунтов, которые в процессе строительства снимались либо засыпались. Загрязненные техногенные образования представлены либо насыпными грунтами (18-19 вв. – сер. 20 в.) или намывными отложениями (вторая половина 20 в.). Кроме того источником загрязнения в разрезе служат ликвидированные водотоки, составляющие 3,7% территории города.

Наличие болот, а также заторфованных грунтов в верхней части разреза оказывает существенное влияние на состояние и физико-механические свойства подстилающих песчано-глинистых отложений четвертичного и дочетвертичного возраста за счет их обогащения органическими соединениями биогенного и абиогенного генезиса (рис.3).

В пределах низкой террасы распространены озерно-морские литориновые отложения, обогащенные органикой, а также микробиотой, активность деятельности которой усиливается при наличии в верхней части разреза торфов и контаминации стоками.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.