Способ определения степени оглеенности пород Советский патент 1988 года по МПК G01N33/24 

(Л

с

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.

со

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

Цель изобретения - упрощение и повышение точности определения сте- пени оглеенности пород.

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

пород, анализе содержания в них БМ и их основных водно-физических, механических и фильтрационных свойств с построением корреляционных кривых зависимости между содержанием БМ и указанными свойствами, что дает возможность затем, построив калибровочные кривые, подразделить грунты на группы по степени оглеенности, соот- ветствующие определенным интервалам изменения указанных свойств, в результате чего в последующем исключаются массовые определения указанных свойств и анализ сводится лишь

. к определению содержания БМ в грунта данного региона, что является конкретным критерием степени оглеенности различных литологических типов пород, характеризуемой определенным интервалом изменения свойств.

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

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

Для отобранных образцов различных литологических типов определяют состав и свойства: гранулометрический состав, влажность естественная (W есТ , %) , влажность на пределе текучести (Wj, %) , влажность на границе раскатывания (Wp, %). плотность грунта (р, г/см ), плотность частиц грунта (с г/см), прочностные характеристики грунта - сопротивление грунтов сдвигу (с, МПа) и угол внутреннего трения (М ) сжимаемость грунтов и Кф.

Б 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 вод 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 суперна- танта. Для контроля присутствия в супернатанте небелковых веществ,дающих неспецифическую реакцию с реактивом Bradford, из супернатанта удаляк)т белок методом высаждения сульфосалициловой кислотой. Для этого к супернатанту добавляют 20%-ную сульфосалициловую кислоту в объемном соотношении 9:1 (конечная концентрация кислоты в растворе равна 2%), 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 2%-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 WecT 1

5Djgj (V + 2,5Wgcr ) К(2,5 - 2,5WecT )

для грунтов при

2

50595 (V + 2,5 We.T

К

2,5

Wec7 T

где WPCT

Wr

естественная влажность грунфа, д.ед.; V - объем дистиллированной

воды, добавленной к 2,5 г грунта, мл;

D595 оптическая плотность 2,5 мл реактива Bradford при длине волны 595 нм после проведения реакции с 0,2 мл супернатанта, оп.ед.; К - 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 свойст пород для ограниченного числа ха- рактерньк литолого-генетических ти- пов грунтов и содержания в них БМ производится анализ взаимосвязи содержания БМ в грунтах с водно-физи0

5

0

25

ческими, механическими и фильтрационными характеристиками пород путем построения корреляционных кривых зависимости между содержанием в породах БМ и указанными свойствами.

На фиг. 1-5 приведены графики зависимости между содержанием БМ в исследованных грунтах: влажности естественной WpcT J % (фиг. 1а, За, 5а). Содержания в породах фракции -со,002 мм, % (фиг. 16, 36, 56), влажности на границе текучести W, % (фиг. 1в, Зв); коэффициента пористости е (фиг. 2г, 4г), величины сцепления С, МПа (фиг. 2д, 4д)5 величины угла внутреннего трения ° (фиг.5в), величины коэффициента фильтрации Кф, см/с (фиг. . 2е, 4е, 5г).

Зависимости между содержанием в грунтах БМ и их основными водно-физическими, механическими и фильтрационными свойствами определяются дифференцированно для различных лито- логических 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 опорных скважин. Интервал отбора образцов 1-2 м.

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

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 характе- 45 ристик.

На фиг. 6 представлена корреля- ционная связь между содержанием в породах БМ и свойствами пород. Получают следующие коэффициенты корреляции (г): БМ - WecT (г 0,95); БМ - содержание в породах фракции г.0,002мм (,93), БМ - W|(r 0,95); БМ - С (г -0,92); БМ -У (г -0,85), БМ - Кф (г -0,95).

Процесс оглеения протекает в анаэробных условиях при обязательном .участии анаэробных микроорганизмов и наличии органического вещества в условиях постоянного или продолжи30

35

40

50

55

тельного обводнения и сопровождается, переходом окисных соединений в за- кисные, изменением и распадом алюмосиликатов и новообразованием минералов при изменении окислительно- восстановительного 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- ных количеств метана, приводит в

ных минералов, синтез вторичных минералов, существенные превращения соединений элементов с переменной валентностью, накопление в составе органического вещества наиболее активных иподвижных соединений специ фической и неспецифической притзопы (фульвокислот, низкомолекулярных органических кислот и т.п.) сильнейшим образом сказывается на изменении 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 и таблицы, увеличению влажности образцов соответствует резкое возрастание содержания в породах БМ, что объясняется интенсификацией микробиологической деятельности и, соответственно, процесса глееобразования

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 коэффив условиях длительного переувлажне-f ния.

Известно, что интенсивная микробиологическая деятельность в анаэроб- циента фильтрации (К,, см/с) по ме- ных условиях ведет к разрушению ре возрастания содержания в породах грунтов, т.е. их диспергаций, что подтверждается зависимостью, представленной на фиг. 16, 36, 56 и в таблице. 06 этом свидетельствует рост содержания фракции .lO,002 мм с уве

БМ (фиг. 2е, 4е и 5г, таблица).

Для построения калибровочных кри вых все зависимости, представленные 50 иа фиг. 1-5, обобщаются (фиг. 7).

Характер зависимости между содер жанием в породах БМ и их важнейшими водно-физическими, механическими и фильтрационными свойствами по мере 55 возрастания содержания БМ в грунтах меняется (фиг. 7).

личением содержания в породах БМ, т.е. с повышением степени оглеенности пород.

Микробиологическая деятельность, вызывающая разрушение органических примесей в породах и сопровождаемая выделением микроорганизмами значительных количеств слизи и других про

дуктов 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, , %) (фиг. 1в и Зв, таблица).

Жизнедеятельность анаэробов, приводящая к трансформации минерального состава пород, органического вещества, сопровождаемая выделением огром0

5

0

5

0

зонах интенсивного развития глееоб- разовательного 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 Минеральных зерен образуют своеобразную смазку на контактах последних, что приводит к снижению прочностньк свойств пород и, в частности, к уменьшению величин сцепления (С, МПа) и угла внутреннего трения (М ) 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 (К,, см/с) по ме- ре возрастания содержания в породах

циента фильтрации (К,, см/с) по ме- ре возрастания содержания в породах

БМ (фиг. 2е, 4е и 5г, таблица).

Для построения калибровочных кривых все зависимости, представленные 50 иа фиг. 1-5, обобщаются (фиг. 7).

циента фильтрации (К,, см/с) по ме- ре возрастания содержания в породах

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 про- порциона тьный характер для глинисто- суглинистых разновидностей исследованных пород при изменении содержан в них БМ до 200 мкг/г, а для супесчаных - до 30 мкг/г. При возрастани содержания БМ в грунтах выше указанных 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 глееобразова- ния, 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 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 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.

Глина

Суглинки

Супеси

0

5

0

5

0

5

0

Для пород регионов, где процессами оглеения охвачены не целые массивы, как в указанном примере, а лишь локальные участки, либо где глееобразовательный процесс проис- текает с меньшей интенсивностью,дифференциация пород по степени оглеенности может быть более дробной (I, II, 111,1V 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.

35,250,0

52,365,1

11,219,0 2t,729,4

4,25,9

7,27,8

858090

10195103

463262

767478

Коэффициеят пористостиК, см/с

ерей. мин. макс.

Сцепление С, МЛа

сред, мин, макс. сред. мин.| макс.

Угол внутреннего трения

1,321,221,410,090,04.0,13

1,631,581,680,010,010,02

0,810,720,960,040,020,06

,001,08.0,010,000.01

НО

т

90 80

W,

о

fO 100 т 2QO 250 т 350 Ш Сод. фр. 0,0025Н()

50 100 т 200 250 300 ДЯ7 Ш

5М(мК2/г)

-J-I-I-I I

50 100 150 200 250 т J50 Ш Vu.l

1А04940

10

Продолжение таблицы

Угол внутреннего трения

Коэффициент фильтрации Кф, см/с

сред.

мин.

макс.

10

,

10

-7

Практически не фильтруют 3,9 -10- 1,2-10- 4,0-10

5,5 -10 5,0-10- 6,

K(f((}

10 10

С(Щ 0,16

а/

0,12 , 0.10 0,0f

0,06

ом о,ог

i 1,6

г Л

т

о

50 т т 200 2fo т З5о w

ВМ(мкг/е)

W

§ 20 10

Q fO 100 15Q 200150 Ж

ВМ(мкв/г)

9рикция 0,002 мм (%)

л S,

JL

JI

000 -о.

I I

. гт

д

Ч%}

8Q

50 100 т 200 250 т 50 Ш7

ВМ(мкг/г) QQ

50 4ff

J( I I I

0 50 100 150 200 250 30ff 350 Ш

BM(Mff2fz)

111L J1 I I 3

5Q т 150 200 259 т 550 Шо 5В 100 150 200 250 Ш J50 Ш

5М()(m2lz)

.г.З

W

20 10

Q fO 100 15Q 200150 Ж

ВМ(мкв/г)

9рикция 0,002 мм (%)

л S,

JL

JI

0 50 100 150 200 250 30ff 350 Ш

BM(Mff2fz)

8 6

4 2

50 100 150 200 250 300 350 Ш

Сод.рр.0 002мм ест(%)

Супеси.

По

fb

1

I I

г . 1 су со (ГО со

300 350 Ш

ест(%)

Супеси.

1

г . 1 су со (ГО со

4 J5

J 2525Степеньогпеенности, ({см/сен)

Co.,оог

И/с.

с

хххх е

- А 9 f//7 C4 coV

4 /Г

5п

г-io

-2