Лаборатория геологии техногенных процессов
Воронкевич С.Д., Максимович Н.Г., Емельянов С.Н. Основы комплексного подхода к изучению техногенно-геохимических процессов при создании противофильтрационных завес и экранов// Проблемы инженерной геологии, гидрогеологии и геокриологии районов интенсивной инженерной нагрузки и охрана геологической среды: Тез. докл. 1 Всесоюз. съезда инженеров-геологов, гидрогеологов и геокрилогов.-Киев: Наукова думка,1989.-Ч.4.-С.27-29. /0,25/
ОСНОВЫ КОМПЛЕКСНОГО ПОДХОДА К ИЗУЧЕНИЮ ТЕХНОГЕННО-ГЕОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СОЗДАНИИ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫХ ЗАВЕС И ЭКРАНОВ
С. Д. Воронкевич, Н. Г. Максимович, С. П. Емельянов
Основания водонапорных гидротехнических сооружений подвержены интенсивному техногенному воздействию, что в ряде случаев ведет к развитию неблагоприятных инженерно-геологических процессов, которые могут служить причиной аварий и даже разрушений объектов. Зонами наиболее активного протекания техногенное геохимических процессов являются инъекционные завесы и экраны, характеризующиеся наибольшими значениями гидравлических градиентов напоров и активным взаимодействием тампонирующих материалов с породами и подземными водами особенно при создании высокоплотных химических завес.
При создании инъекционных противофильтрационных завес формируются специфические виды техногенно-геохимических систем. При этом наблюдается трансформация существовавших или появление новых физико-химических процессов и реакций. Направленность таких процессов обусловливает на микроуровне состояние, физико-механические и фильтрационные свойства пород и поведение системы в целом.
В качестве объекта изучения техногенно-геохимических процессов была выбрана Камская ГЭС, в основании которой залегают карбонатные гипсоносные породы. Для уплотнения цементационной завесы здесь использован щелочной щавелевоалюмосиликатный раствор. Экспериментально-теоретические исследования и натурные наблюдения были направлены на:
1/ установление закономерностей формирования химического состава подземных вод в районе завесы;
2/ изучение физико-химических процессов при взаимодействии силикатных гелей с минерализованными подземными водами;
3/ выявление механизма, кинетики и динамики взаимодействия гипса с техногенными растворами;
4/ количественную оценку влияния техногенно-геохимической обстановки на изменение фильтрационных параметров пород и завесы.
Опыт, накопленный на Камской ГЭС, послужил основой разработки общих принципов методики изучения техногенно-геохимических процессов при создании противофильтрационных завес и экранов. Методика включает анализ данных натурных наблюдений и природных аналогов, схематизацию техногенно-геохимической обстановки, лабораторные исследования, математическое моделирование, количественную оценку результатов и прогноз.
Для основания Камской ГЭС установлены следующие закономерности. Щелочные кремнеземсодержащие растворы при смешивании с минерализованными подземными водами, содержащими кальций и магний, нейтрализуются, в результата чего происходит осаждение кремнезема. Роль диффузионного выноса компонентов интермицеллярной жидкости геля при наличии в подземных водах ионов кальция и магния крайне ограничена. Подземные воды содержат техногенные компоненты в низких концентрациях, которые сущестуют короткое время в непосредственной близости от завесы. Осаждение этих компонентов ведет к дополнительному тампонажу пород. При взаимодействии с подземными водами происходит уплотнение геля, повышение его химической устойчивости. При воздействии на гипс техногенных вод на его поверхности образуются труднорастворимые химически устойчивые соединения, которые снижают скорость его растворения. При этом увеличивается суммарный объем твердой фазы, что следует рассматривать как дополнительное тампонирование пород.
Техногенно-геохимическая обстановка влияет на фильтрационные параметры пород основания. Путем математического моделирования на ЭВМ методом конечных элементов установлено, что до инъекции силикатного раствора происходило увеличение коэффициента фильтрации (Кф) цемзавесы и пород во времени, после доуплотнения завесы ее Кф снизился в 2,5—100 раз. За 4 года после окончания инъекционных работ Кф завесы и зоны мощностью 5 м за ней снизился еще в 2 раза, что произошло за счет тампонирования остаточных трещин в теле завесы и за ее пределами вследствие техногенно-геохимических процессов. Эти процессы, возникающие при силикатизации водонасыщенных трещиноватых гипсоносных пород, обеспечивают сохранность гипса и эффективность завесы. Однако в практике гидротехнического строительства известны случаи, когда вследствие недостаточного внимания к техногенным процессам или их одностороннему изучению происходили значительные осложнения. Предлагаемая методика позволит более надежно, чем ранее, проводить расчеты параметров завес и экранов, осуществлять выбор геохимически оптимальных инъекционных растворов, проводить контроль за фильтрационным потоком, предусматривать восстановительные работы.
|
|
|
