В связи с техническими работами в центре обработки данных, часть прикреплённых файлов в настоящее время недоступна.
 
скрыть

Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельностиНИР

Theoretical and experimental study of the influence of geological and anthropogenic factors on the safety of economic activity

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Изучение влияния нормальных напряжений в зоне тампонажных работ на ориентацию в плане вертикальных полостей разрывных нарушений при создании защитных экранов.
Результаты этапа: Реферат Одно из направлений научных исследований ЛОГС в 2016 г. посвящено теоретическому и экспериментальному обоснованию влияния соотношения нормальных напряжений в зоне инъекционных работ на характер ориентации в плане вертикальных полостей разрывных нарушений при инъекционном закреплении грунтов (глава 1). На основании анализа опыта инъекционных работ в отчете дается обоснование необходимости детального изучения этого влияния, как фактора, позволяющего в определенных инженерно-геологических условиях существенно снизить себестоимость мероприятий по обеспечению безопасности хозяйственной деятельности. Представленные в отчете материалы впервые дают теоретическое обоснование характера ориентации трех вертикальных полостей разрывов в плане под углом 1200 . Результаты исследований на физической модели дают четкое представление о влиянии соотношения нормальных напряжений, как на количество полостей разрыва, так и на их ориентацию в плане. Результаты исследований на этой модели показывают, что при равенстве нормальных напряжений в горизонтальной плоскости в зоне тампонажных работ формируется всегда три вертикальных плоскости разрыва под углом 1200 , которые при неравенстве этих напряжений переформировываются в одну плоскость, ориентированную перпендикулярно минимальному нормальному напряжению. Анализ накопленного практического опыта инъекционных работ и результатов теоретических и экспериментальных исследований ЛОГС послужили основой для выполнения комплекса работ, в которых вертикальная разрывная полость, заполненная тампонажным суспензионным раствором и ориентированная перпендикулярно направлению фильтрационного потока из хвостохранилища, рассматривается в качестве защитного экрана. Заполнителем разрывной полости в данном случае служит бентонитовая суспензия, обладающая малой проницаемость и высокой поглощающей способностью в отношении потенциальных загрязнителей подземных вод. В исследованиях использовано 5 разновидностей бентонитов, состав и свойства которых детально охарактеризованы. Для всех исследованных бентонитов получены величины поглощающей способности в отношении Sr и Cs. Приведены также результаты изучения десорбции этих элементов. На базе полученных результатов экспериментальных исследований дается оценка эффективности работы защитного экрана, представленного различными по свойствам бентонитовыми суспензиями. Следующий раздел отчета (глава 2) связан с прогнозированием опасных последствий хозяйственной деятельности в различных геологических условиях на основе гидродинамических (геофильтрационных и геомиграционных) моделей. Анализ результатов мониторинга подземных вод действующих водозаборов в условиях артезианского бассейна показал возможность использования полученных данных для определения геофильтрационных параметров водоносных горизонтов. Использование этих параметров, по мнению авторов, позволит обеспечить достоверность прогнозирования опасных геологических процессов на основе геофильтрационного и геомиграционного моделирования. Глава 3 отчета посвящена результатам гидрогеомеханических исследований в строительном проектировании и изысканиях с применением научного программирования. В 2016 г. по данному направлению получили завершение разработанные ранее математические модели, описывающие взаимодействие инженерного сооружения и геологической среды, одной из главных составляющих которой являются подземные воды. Разработана методика моделирования профильной фильтрации в задачах инженерной гидрогеологии с использованием авторской программы PERFIL. Задачей исследований 2016 г. по разделу комплексного физико-химического исследования металлоорганических коллоидов (глава 4) являлось изучение процессов трансформации комплексов химических элементов с органическими веществами в поверхностных водах и исследование изменения их биодоступности в результате фото-, термо- и биодеградации. Использовался комплексный подход к решению поставленных задач по изучению фотодеструкции РОВ, заключающийся в сочетании экспериментальных и натурных исследований с теоретическим физико-химическим моделированием полученных результатов и обобщением полученных данных. Детальные исследования проведены на малых реках, областью питания которых служат верховые болота, а зоной депозита для металлорганических соединений – озера. По полученным данным были рассчитаны константы скоростей процессов фотодеструкции РОВ различных природных вод. Показано, что наибольшие скорости разрушения органических соединений характерны для почвенных вод, в то время как наименьшие - для вод ручьев и озера. Проведенный комплекс исследований и полученные результаты позволили определить продукты, образующиеся или изменяющиеся в результате реакции фотодеструкции, оценить скорости процессов деградации РОВ, определить изменение форм металлорганических комплексов для различных геохимических ландшафтных обстановок. В рамках подтемы по изучению закономерностей проявления криогенных процессов в Российской Арктике (глава5) с целью получения прогнозных характеристик в связи с задачами нормализации эксплуатации Северного морского пути и строительства объектов нефтегазового комплекса, в 2016 г. сделано следующее. Установлен комплекс факторов, влияющих на скорость отступания берегов Восточной Сибири. Предложен подход к картографированию направленности криогенной динамики пород береговой зоны и шельфа Восточно-Сибирской Арктики. Протестированы палеогеографический сценарий и геолого-тектоническая модель Карского шельфа. Создана фактологическая база для изучения современных и голоценовых криогенных процессов Печорского сектора Российской Арктики. Получены детальные данные об изменении изотопно-кислородного состава голоценовых повторно-жильных льдов за последние 2000 лет.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности
Результаты этапа: Реферат Согласно техническому заданию на проведение фундаментальных научно-исследовательских работ в рамках государственного задания МГУ имени М.В. Ломоносова, части 2 на 2017 год, геологическим факультетом выполнялись работы по приоритетному научному направлению «Геологическое обеспечение минерально-сырьевой базы, безопасности хозяйственной деятельности и развития инфраструктуры России». В рамках этого направления в ЛОГС выполнялись фундаментальные исследования по теме: «Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности», включающей 5 подтем, по направлениям: инженерная геология, гидрогеология, геокриология, гидрогеохимия и гидрогеомеханика. Получены следующие основные результаты по перечисленным направлениям. 1. Получены новые данные о поглощающих свойствах щавелевоалюмосиликатного геля в отношении Cd, Mn, Fe, Zn, Ni, Cu - элементов-загрязнителей, характерных для свалки твердых муниципальных отходов. Продолжено изучение влияния соотношения нормальных напряжений в зоне тампонажных работ на ориентацию в плане вертикальных полостей разрывных нарушений и формирование свойств сорбента в них при создании защитных экранов; 2. Продолжена разработка методики использования данных мониторинга подземных вод на действующих водозаборах для определения геофильтрационных параметров среды. 3. Модельные исследования опасных последствий хозяйственной деятельности в различных геологических условиях на основе гидродинамических (геофильтрационных и геомиграционных) моделей; 4. Проведены исследования фотохимической деструкции растворенного органического вещества в коллоидных и растворенных формах природных водных экосистемах Европейской части России, как фоновых показали, (Северная Карелия), так и антопогенно-изменных (Владимирская область РФ), богатых органическим веществом. 5. Продолжено начатое в 2016 г. создание фактологической базы для выявления закономерностей распространения криогенных процессов БЗ морей Восточно-Сибирской Арктики и развитие теоретических основ процессов термоабразии, термоденудации, деградации субмаринных ММП и синкриогенеза прибрежно-морских отложений. Продолжены также работы по изучению криостратиграфии и изотопного состава (δ18O, δD) подземных льдов побережья моря Лаптевых как индикатора палеоклиматических условий в среднем и позднем неоплейстоцене и голоцене. Результаты исследований представлены, соответственно, в пяти главах настоящего отчета.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности
Результаты этапа: Исследования ЛОГС в 2018 г. выполнялись по направлению «Геологическое обеспечение минерально-сырьевой базы, безопасности хозяйственной деятельности и развития инфраструктуры России». Фундаментальные исследования проводятся по теме: «Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности», включающей 5 подтем, по направлениям: инженерная геология, гидрогеология, геокриология, гидрогеохимия и гидрогеомеханика. Получены следующие основные результаты по перечисленным направлениям. Подтема 1. Геохимические барьеры Оценка эффективности работы защитного противофильтрационного сорбирующего экрана основана на получении экспериментальным путем «выходной кривой» - зависимости изменения концентрации загрязнителей от объема профильтровавшегося через образец экрана раствора. Природные и искусственные геохимические барьеры, которые оцениваются как экраны на пути миграции загрязнителей подземных вод в районах размещения промышленных и бытовых отходов, имеют, как правило, коэффициенты фильтрации, не превышающие 0,01 м/сут. Поэтому на получение «выходной кривой» может уходить 2-3 недели, а иногда и месяц, что затрудняет получение данных для оценки эффективности работы сорбирующего экрана. Сокращение времени получения «выходной кривой» может быть достигнуто в результате увеличения скорости фильтрации за счет повышения градиента фильтрации раствора через образец геохимического барьера. Однако увеличение градиента и, соответственно, скорости фильтрации может привести к «проскоку» загрязнителей, не успевших испытать поглощающее действие материала барьера. Таким образом, условия проведения экспериментов по получению «выходных кривых» должны обеспечить, с одной стороны, максимальную скорость фильтрации испытуемого раствора, а с другой – не нарушить кинетику сорбционного процесса. Выполненный комплекс экспериментальных исследований позволил определить для ряда различных по составу геохимических барьеров (глинистых грунтов и искусственных экранов) предельно допустимую скорость фильтрации раствора с загрязнителем, при которой получаемые выходные кривые пригодны для дальнейшей обработки методом математического моделирования и расчета миграционных параметров элемента-загрязнителя. Полученные результаты дают основание принять, например, для песчано-гелевого материала геохимического барьера максимально допустимую скорость фильтрации 1,2 м/сут. Проведение экспериментов при максимально допустимой скорости фильтрации позволяет значительно ускорить получение результатов по оценке эффективности работы защитных экранов. В 2018 году ЛОГС выступила в качестве разработчика конструкции и технологии создания противофильтрационной сорбирующей завесы по периметру ликвидируемой свалки в районе Печатники г. Москвы. В разработке проектных решений по завесе использованы результаты многолетних фундаментальных исследований ЛОГС по массопереносу загрязнителей водных ресурсов в природных грунтах и искусственных экранах, создаваемых инъекционным способом. Впервые (результаты А.Л.Лебедева и И.В.Авилиной) проведена обработка экспериментальных данных кинетики реакции растворения гипсоангидритовых пород в воде. Кинетическое уравнение составлено в виде балансового уравнения кинетики растворения гипса, ангидрита (соответственно, первого и второго порядков) и кинетики осаждения гипса второго порядка. Обработка кинетических кривых проводилась на основе решения уравнения Риккати. Предполагается использовать полученные параметры кинетики растворения гипсоангидритовых пород в воде при расчетах массопереноса в подземных водах. Подтема 2. Гидрогеологические исследования Получили развитие методы использования данных мониторинга действующих водозаборов для оценки геофильтрационных параметров водоносных горизонтов. Автоматический анализ данных колебаний уровня подземных вод с использованием метода Джейкоба для определения проводимости. Разработаны основы процедуры автоматического анализа данных колебаний уровня подземных вод с использованием метода Джейкоба для определения проводимости. и отбраковки исходных данных. Подтема 3. Гидрогеомеханические исследования в строительном проектировании и изысканиях с применением научного программирования Разработан интерфейс и решающие блоки для моделирования специальных случаев в программах профильной фильтрации PERFIL, фильтрационной нелинейной консолидации SINK, профильной осесимметричной фильтрации при откачках и наливах 1WELL, гидрогеомеханических расчетов устойчивости склонов SLUMP Разработан и подготовлен для утверждения в Минстрое РФ раздел «Гидрогеологические исследования» Свода правил «ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА. ОБЩИЕ ПРАВИЛА ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ» для Технического комитета по стандартизации ТК 465 “Строительство” РОССТАНДАРТА РФ Разработана методика и улучшены программы моделирования фильтрации для использования в полевых испытаниях противофильтрационных экранов Разработана модель фильтрации при инъекции из несовершенной скважины Выполнены работы по договору геол. ф-та МГУ с ООО «Каналсетьпроект» «Оценка устойчивости склона по объекту «Выполнение противооползневых мероприятий на участке склона, прилегающего к очистным сооружениям №1 по адресу: Проектируемый проезд №1608 на пересечении с ул. Винницкой района Раменки (Мичуринский проспект, кварталы 5-6)» Подтема 4. Геокриологические исследования побережья Восточно-Сибирской Арктики В соответствии с планом госбюджетных НИР в 2018 г. проводилось изучение развития криогенных процессов на шельфе и арктических низменностях, прилегающих к морям Лаптевых, Восточно-Сибирского и Карского. Результатом исследований явилось получение: 1) новых представлений по накоплению и синкриогенезу прибрежно-морских осадков на мелководьях перечисленных морей; 2) новых представлений о деградации реликтовых субмаринных мерзлых толщ, их современному распространению и состоянию на шельфе моря Лаптевых; 3) новых данных по изотопному составу (δ18О, δD) современных атмосферных осадков, снежного покрова, современных ростков жильных льдов Восточного сектора Российской Арктики, оценка потенциала и текущего состояния палеоклиматологии на основе изотопного анализа повторно-жильных льдов. Итогом исследований по первому направлению явилась разработка представлений о формировании на участках предшествующего размыва новообразованных островов. Показано, что их кольцеобразная форма обусловлена участием стамух в осадконакоплении, а их фиксация на месте - сингенетическим промерзанием формирующихся осадков. На мелководьях морей Лаптевых и Восточно-Сибирского формирование таких островов также связано с современным потеплением и сокращением ледовитости. Последние обусловливают переизбыток оттаявших осадков, способных к переносу и аккумуляции. На северо-востоке Карского шельфа определяющую роль играет глыбовый состав продуктов разрушения горных пород, слагающих многие острова. Их перенос на большие глубины в условиях короткого безледного сезона затруднен. Поэтому они фиксируются промерзанием близ мест их образования. Основные результаты исследований по второму направлению можно сформулировать следующим образом. 1. Разработана методика геокриологического геоинформационного картографирования арктического шельфа. Она базируется на методике теплового математического моделирования эволюции и современного состояния криолитозоны и программно управляемого создания и использования карт на основе ГИС и баз картографических данных и знаний. 2. Впервые составлена геоинформационная карта геокриологического районирования масштаба 1: 2 500 000 моря Лаптевых. Основными элементами содержания карты являются: - распространение, глубина залегания кровли и мощность толщ реликтовых ММП; - ММП, генезис и возраст которых в настоящее время дискутируется; - голоценовые (современные) ММП прибрежно- и аллювиально-морских отложений; - геокриологические и другие парагенетически связанные с ними процессы и явления. 3. Установлено, что два высокоширотных арктических шельфа морей Карского и Лаптевых кардинально отличаются по распространению и мощности мерзлых толщ. Карскому шельфу свойственны преимущественно прерывистые и островные ММП мощностью до 100-200 м, Лаптевоморскому — сплошные мерзлые толщи мощностью до 500-600 м. Карский шельф в позднем плейстоцене был защищен от атмосферного холода сменяющими друг друга во времени ледниковыми и водными покровами. Возраст его мерзлых толщ — сартанский (25-11,5 т.л.н.). Подобной защиты внеледниковый шельф моря Лаптевых не имел, он промерзал со 120 т.л.н. до момента затопления в ходе позднеплейстоцен-голоценовой трансгрессии моря, наступавшим от 15 т.л.н. до 0 т.л.н. на изобатах от 120 до 0 м соответственно. По исследованиям в соответствии с первым направлением опубликованы одна статья в журнале GEOGRAPHY, ENVIROMENT, SUSTAINABILITY и семь докладов в трудах международных и российских конференций. По исследованиям, связанным со второй задачей, опубликованы два доклада в трудах расширенного заседания Ученого Совета по криологии Земли. Основные результаты по третьему направлению исследований. Изотопный состав как поверхностных, так и подземных льдов несет в себе палеоклиматическую информацию. В последние годы результаты изотопного анализа повторно-жильных льдов (ПЖЛ) все чаще и успешнее используются в качестве архивов для изучения палеоклиматических, палеотемпературных условий их формирования. Надежность интерпретации изотопных данных зависит не только от знания основных закономерностей распределения 2Н и 18О в различных типах подземных льдов, но и от понимания механизмов и возможности количественной оценки масштабов фракционирования изотопов водорода и кислорода в различных процессах превращения воды в многокомпонентной системе атмосфера - многолетнемерзлые породы. Чтобы полностью использовать возможности и потенциал изотопного анализа подземных льдов, необходимо улучшить понимание процессов, связанных с морозобойным растрескиванием, заполнением трещин, ростом ледяных жил. Дальнейший прогресс необходим также в датировании подземных льдов и в разработке возрастных моделей, принимая во внимание специфические особенности роста ледяного клина. Особое внимание следует уделить вопросам возможных трансформаций зимних атмосферных осадков в период снегонакопления и снеготаяния и сохранения первичного изотопного сигнала в повторно-жильных льдах. Текущее состояние проблем, существующие пробелы в знаниях и приоритетные направления для будущих исследований повторно-жильных льдов были рассмотрены в статье, опубликованной в журнале Permafrost and Periglacial Processes, 2018; 1–11. https://doi.org/10.1002/ppp.1980. Были продолжены начатые в 2016, 2017 годах работы по исследованию трансформаций изотопного состава атмосферных осадков и снежного покрова в дельте Лены. Полевые работы велись на базе научной станции СО РАН «Остров Самойловский» в составе российско-германской совместной экспедиции. Результаты работ были доложены на Международном симпозиуме «20 лет Ленских экспедиций 17-19 октября 2018, Санкт-Петербург». Подтема 5. Гидрогеохимические исследования Натурные эксперименты по теме «Исследование процесса фотодеструкции органоминеральных соединений природных вод» показали, что при инсоляции исследованных проб почвенных и болотных вод происходит разрушение природного органического вещества. Наиболее заметно процессы деструкции органических веществ под влиянием солнечного излучения в исследованных пробах происходят в первые 3–5 дней. Установлено, что во всех изученных пробах после облучения увеличивается содержание алифатических карбоновых кислот и бензолкарбоновых кислот, которые представляют собой продукты деструкции высокомолекулярного РОВ. Одновременно с процессами образования низкомолекулярных органических лигандов происходит формирование коллоидных частиц гидроксида железа, на которых сорбированны и/или окклюдированы в них органические соединения. Фотодеструкция органических соединений в природных водах сопровождается изменением форм нахождения и, следовательно, миграции таких металлов, как Ni, Cu, Zn и Cd, – количество их отрицательно заряженных комплексов при инсоляции возрастает в болотных водах и понижается в почвенных водах.
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности
Результаты этапа: Подтема: "Геохимические барьеры" Исследования включали изучение различных методов обработки фильтрата полигона ТБО (на примере фильтрата полигона ПТБО Саларьево) для разрушения органо-металлических комплексов с целью последующего использования природной глинистой грунтовой толщи в качестве геохимического барьера против распространения загрязнителей. Для снижения уровня загрязнения фильтрационных вод были опробованы метод озонирования и внесения добавок пероксида кальция. Использованный режим озонирования (2г/л в течение 20 мин) дал снижение содержания только Сr, Mn, Fe, Zn, Sr, Mo, а довести их до уровня ПДК р/х удалось лишь у Al и Ca. ХПК снизился после первого озонирования на 46%, при этом содержание углерода не изменилось, а после второго озонирования ХПК не изменился, но Сорг снизился на 13%. Полученные результаты не свидетельствуют о неэффективности метода, а говорят лишь о том, что при озонировании параметры процесса: концентрация озона и время его воздействия, определяют результат. Подбор режима имеет первостепенное значение, а он, в свою очередь, зависит от состава и концентрации соединений в обрабатываемом растворе. Очевидно, в данном случае необходимо воздействие более концентрированным озоном. Обработка фильтрата путем добавления пероксида кальция (ПК) показала значительный окислительный эффект. ХПК снизился на 56%, содержание органического углерода - на 42%, сульфатов – на 33% и азота – на 51%. Содержание большинства металлов (V, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Al) в фильтрате после взаимодействия с CaO2 (1 сут.) снизилось до нормированного уровня ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения. B, Cr, Cu и Mo демонстрирует уменьшение концентраций в исследуемых стоках (от 36% для бора до 77% для меди), но их значения превышают ПДК для рыбохозяйственных водоемов. Внедрение экспериментальных и теоретических разработок осуществлено на производственном объекте - полигоне твердых промышленных и бытовых отходов Саларьево. Для этого объекта разработана технология создания противофильтрационной сорбирующей завесы для защиты от распространения загрязнителей подземных вод за пределы полигона. Подтема: "Комплексное физико-химическое исследование металлоорганических коллоидов, контролирующих миграцию макро- и микроэлементов для разработки критериев использования природных органических веществ в качестве накопителей тяжелых металлов". Исследования проводились на водосборных бассейнах небольших ручьев (длины ручьев не превышают 2 км), расположенных на юге (Владимирская область) и севере (Северная Карелия) бореальной зоны. На территории каждого исследуемого водосборного бассейна отбирались пробы почвенных вод (ПВ), болот, ручьев и депонирующих водоемов. Было получено, что в ряду: гравитационные почвенные воды – болото – ручей – депонирующее озеро возрастает количество комплексов с низкомолекулярными лигандами и доля свободных ионов металлов. Показано, что различия в формах миграции металлов в исследованном ряду природных вод обусловлены изменением распределения по размерным фракциям их соединений и количеств их комплексов с органическим веществом различной природы. Большинство изученных элементов (за исключением щелочных) преимущественно представлены соединениями размеров 100 кДа – 0,1 мкм в почвенных водах, <10 кДа в водах болот и ручьев, и <1 кДа в водах озер. При этом в почвенных водах специфические органические соединения могут стабилизировать коллоиды гидроксида железа, с которыми осуществляется транспорт других металлов, в то время как в водах болот, ручьев и озер большую роль в связывании металлов играют низкомолекулярные органические соединения. Проведены также исследования образцов природных вод (болот, ручьев и рек) Вологодской, Ярославской, Владимирской областей и республики Карелия. Пробы в герметично закрытых кварцевых стаканах размещались под солнцем. Эксперименты длились 10 суток. В условиях проведенных экспериментов происходило разрушение РОВ в пробах исследуемых природных вод под действием солнечного света. В исследуемых образцах наблюдалось снижение содержания гуминовых веществ и Сорг, что связано с: - разрушением молекул до СО2 в процессе минерализации; - образованием более высокомолекулярных соединений, представляющих собой гидроксиды железа, стабилизированные органическими веществами. В качестве продуктов деструкции наблюдалось образование низкомолекулярных органических соединений (<1 кДа), с которыми связаны такие металлы как Co, Ni, Zn, Cd. Al, Cr, Cu выводились из раствора вместе с образующимися органо-минеральными коллоидами, что может привести к накоплению их в донных отложениях. Вызванное солнечным светом окисление Fe (II) в болотной воде привело к удалению более тяжелых изотопов Fe (от +1,5 до +2,5‰) из раствора, что согласуется с осаждением гидроксида Fe (III) из раствора. В целом, био- и фотодеградация органо-железистых коллоидов, происходящая в течение нескольких дней воздействия, может привести к изменению изотопного состава (несколько промилле) в мелководных стоячих и проточных внутренних водах высокоширотных бореальных регионов. Подтема: «Гидрогеомеханические исследования в строительном проектировании и изысканиях с применением научного программирования» В рамках подтемы выполнены научно-прикладные исследования и получены результаты, которые нашли отражение в практике строительного проектирования и инженерных изысканий в строительстве, учебной и общественно-научной деятельности. • Научно-исследовательская работа по изучению влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности на объектах строительного проектирования o Выполнены: рекогносцировочное обследование, анализ прочностных параметров грунтов, расчеты устойчивости в диапазоне параметров, рекомендации по обеспечению устойчивости склона долины р. Раменки. Результаты обосновывают проект противооползневых мероприятий на участке склона, прилегающего к очистным сооружениям №1 по адресу: Проектируемый проезд №1608 на пересечении с ул. Винницкой района Раменки (Мичуринский проспект, кварталы 5-6). o Выполнено на основании опытных откачек изучение фильтрационных параметров аллювия долины р. Волги для оценки подпора как геологического и техногенного фактора, влияющего на безопасность хозяйственной деятельности после строительства Нижегородского низконапорного гидроузла. Выполнены работы по планированию, интерпретации и обработке опытных данных. o Разработана гидрогеомеханическая схема силового влияния притока к щиту подвижного тоннелепроходческого механизированного комплекса с гидро-(грунто)-пригрузом и противодавлением на забой. На основе разработанной модели выполнены расчеты фильтрации, напряженного состояния с учетом фильтрационной силы и гидростатического взвешивания. Для обеспечения безопасного регламента работы персонала в забое при проходке тоннеля предложен способ расчета давления на забой с учетом результатов фильтрационных расчетов на основе математического моделирования фильтрации МКЭ в цилиндрических координатах. Решение позволяет получить распределение удельной фильтрационной силы на забое щита для оптимизации скорости проходки и задания противодавления в камере кессонирования. o Разработан новый метод откачки через забой колодца или скважины большого диаметра для определения коэффициента фильтрации горных пород для экспериментального изучения влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности. Метод использует данные начального периода, который характеризуется существенным влиянием емкости ствола скважины на понижения напоров, которое ранее рассматривалось как фактор искажения режима в период работы упругой водоотдачи пласта. В разработанном методе предложены расчетные графики и зависимости, применимые к условиям постоянного дебита на устье скважины при переменной величине притока к забою. Метод разработан на основе анализа натурных опытов и численного моделирования фильтрации. o В рамках изучения влияния техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности выполнен анализ гидрогеологических условий территории размещения полигона ТБО Саларьево и сравнительная оценка эффективности мероприятий экологической защиты. Заключение по условиям залегания и характеристикам потока подземных вод (верховодки, линз, грунтовых вод) в толще спорадического обводнения морены и эффективности защитных мероприятий выполнено с использованием балансовых, статистических и модельных построений. Целевой задачей дополнительного анализа является оптимизация мер защиты. • Разработка в составе подкомитета «Инженерные изыскания» (ПК1) Технического комитета 465 «Строительство» (ТК 465) при Росстандарте РФ научно-методических основ нормативно-правовой базы инженерных изысканий и подготовка к принятию Минстроем РФ документов: o Подготовлен состав гидрогеологических работ для включения в свод правил изысканий. Документ представлен в Минстрой РФ и введен в действие СП 420.1325800.2018 «Инженерные изыскания для строительства в районах развития оползневых процессов. Общие требования». М. 2019. Минстрой России, 60 с. o Завершена научно-методическая разработка и редакционное оформление раздела «Гидрогеологические исследования в составе инженерно-геологических изысканий». Свод правил определяет порядок планирования и проведения инженерных изысканий для строительного проектирования по разделу гидрогеологических исследований с учетом поступивших за период подготовки замечаний производственных и научных организаций, касающихся полевых работ – опытно-фильтрационных работ, составления карт гидроизогипс и глубин залегания грунтовых вод, применимости экспресс-откачек и наливов в скважинах, комплекса работ по определению статических уровней воды в скважинах и др. Свод правил СП 446.1325800.2019 «Инженерно-геологические изыскания для строительства. Общие правила производства работ». Москва, 2019. Минстрой России, 139 с. (автор раздела гидрогеологических исследований М.В. Лехов) введен в действие приказом Минстроя РФ o Проведен анализ материалов для переработки и составления актуализированного (нового) Межгосударственного стандарта ГОСТ 23278 «Грунты. Методы полевых испытаний проницаемости» в Межгосударственном совете по стандартизации, метрологии и сертификации (МГС). Разработка ведется по пути упрощения и смягчения требований, предъявляемых к опытным работам при оставлении принципиальной позиции, касающейся требований к кустовым откачкам (наливам) как единственному обоснованному методу получения достоверных параметров водоносных горизонтов. o Проведены модельные расчеты и подготовлены выводы относительно разработки специальных требований к определению установившихся уровней воды в скважинах, характеризующих уровни грунтовых вод, особенно в породах с низкой проницаемостью. Материалы переданы в организацию, ведущую разработку нормативной документации постановки и проведения инженерных изысканий в Институт геотехники и инженерных изысканий в строительстве, ООО ИГИИС (Отдел контроля качества полевых инженерных изысканий). • Разработка программного обеспечения гидрогеологических, гидрогеомеханических исследований и учебных занятий o Разработаны методические вопросы профильно-радиального моделирования методом конечных элементов распространения инъекционного потока из скважины в цилиндрических координатах, а также захвата загрязнителя скважиной в нестационарной постановке. Решение учитывает границу поступления или разгрузки потока, слоистую и зональную неоднородность пласта в разрезе по проницаемости и упругой ёмкости, свободную поверхность. o Разработана программа расчета оползневой устойчивости склонов и откосов с учетом сил гидростатики и гидродинамики методами Терцаги, Крэя, Флорина, Вяземского-Ягодина, Бишопа, Джанбу, Шахунянца (аналитический), Чугаева-Кадомского, Моргенштерна-Прайса в модификации Можевитинова. Программа имеет уникальный характер, - учитывает фильтрационные силы и гидравлику затопленного основания склона, реализует несравнимо большее количество методов в сравнении с программами-аналогами. Программа используется в практике инженерных изысканий в строительстве. o Разработана программа моделирования кратковременных откачек и наливов (экспресс, slug test). Численное решение МКЭ имеет полный учет действующих и искажающих факторов. Программа разработана для практиков-гидрогеологов, имеет назначение демонстрировать ошибочные стороны и недостаточность данных одиночных экспесс-опытов. Проведены сравнительные модельные расчеты, сделаны выводы относительно пригодности опытов для получения достоверных параметров проницаемости горных пород. Подтема: "Геокриологические исследования в Арктике" Установлена активизация термогенных процессов (термоабразии, термоденудации, термокарста, деградации шельфовых мерзлых толщ) в результате потепления климата и сокращения ледовитости морей Российской Арктики. Установлена также связь развития этих процессов с геологическим строением: тектоническими структурами, морфоструктурами, льдистостью пород и типами подземного льда.
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности
Результаты этапа: В соответствии с направлениями исследований ЛОГС (в рамках единой темы выделены 4 подтемы: 1. геохимические барьеры, 2. изучение процессов образования и разрушения органо-металлических комплексов в природных водных системах, 3. математическое моделирование для задач инженерной геологии и гидрогеологии, 4. изучение криогенных процессов в Арктике) и поставленными на 2020 год задачами, выполнено следующее. По подтеме 1 получила развитие методика определения параметров миграции элементов в дисперсных средах (природных глинистых грунтах и материалах искусственных сорбирующих экранов). Для математического моделирования массопереноса в геохимическом барьере разработано усовершенствованное решение уравнения массопереноса. Начато исследование роли молекулярной диффузии в сорбционном процессе при изучении поглощающих свойств грунтов в динамических условиях при разных скоростях фильтрации. Исследовался допустимый диапазон скоростей фильтрации, в пределах которого молекулярная диффузия не сказывается на получаемой величине поглощающей способности. Эксперименты проводились на песчано-гелевом сорбенте, разработанном в ЛОГС в качестве материала для создания искусственных геохимических барьеров. Продолжено изучение роли напряженного состояния грунтового массива в формировании полостей гидроразрыва при создании вертикальных защитных экранов инъекционным способом. По подтеме 2 изучена фотодеструкция органо-минеральных коллоидов болотной воды, индуцированная УФ-облучением. Выявлены два одновременно протекающих процесса трансформации форм нахождения РОВ и металлов: распад высокомолекулярных органо-минеральных коллоидов на низкомолекулярные комплексы РОВ и металлов и образование дисперсных агрегатов металлов и органического вещества. При УФ-облучении природной воды из раствора удалялось до 70% исходного РОВ, причем значительная его часть выделялась в виде CO2 (20%), трансформировалась в HCO3- (9%) и коагулировалась в виде твердых частиц вместе с гидроксидом Fe (41%). Результаты данного исследования показывают, что УФ-облучение эффективно удаляет из раствора не только растворенный органический углерод и Fe, но также и некоторые металлы-микроэлементы. Проведенные исследования влияния инсоляции на формы металлов и органические вещества с образцами природных вод (болот, ручьев и рек) Вологодской, Ярославской, Владимирской областей и республики Карелия показали, что большая часть Fe, Cd, Cu и Pb во всех объектах исследования представлена комплексами с органическими лигандами. Для Ni и Zn в водах одной из рек и всех озер преобладающей формой является неорганическая. Полученные данные могут быть учтены при прогнозировании поведения металлов в поверхностных водах, а также могут послужить базой при разработке предложений по корректировке и/или актуализации ПДК для металлов в природных водах. По подтеме 3 разработан новый метод обработки данных восстановления в скважине после кратковременной откачки из скважины (налива в скважину) для определения коэффициента фильтрации горных пород в задачах экспериментального изучения влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности. Метод разработан на основе анализа натурных опытов и численного моделирования фильтрации. Разработаны научно-методические основы нормативно-правовой базы инженерных изысканий и подготовлены к принятию Минстроем РФ: Свод правил СП 446.1325800.2019 «Инженерно-геологические изыскания для строительства. Общие правила производства работ». Москва, 2019. Минстрой России, 139 с. (автор раздела гидрогеологических исследований М.В. Лехов) введен в действие приказом Минстроя РФ c 2020 г. Разработаны: 1-й вариант программы «CrossNet» предпроцессорной подготовки данных для моделей профильного моделирования фильтрации и напряженного состояния оползневых склонов с построением параметрически охарактеризованного разреза; программа численного моделирования фильтрации МКЭ для решения задач планирования и обработки данных откачек и наливов в специфических условиях. По подтеме 4 проведены исследования, связанные с необходимостью минимизации экологических рисков при поисках и разведке минерального сырья на шельфе, в связи с возрастающей ролью грузоперевозок по Северному морскому пути. Современные темпы деградации субмаринных мерзлых пород необходимо также знать для составления сценариев потепления климата. Выполнена оценка распространения и мощности деградирующей в настоящее время субмаринной мерзлой толщи. Выявлено влияния оледенения среднего плейстоцена на существование и параметры мерзлых толщ и зоны стабильности гидратов газов в районе, прилегающем к островам Новая Сибирь и Фаддеевский (северо-запад Восточно-Сибирского шельфа). Выявлен седиментогенез и промерзание формирующихся положительных форм рельефа на мелководьях: установлено, что формирование новых островов (Яя и Наносный) связано с 1,5-2 кратным увеличением продолжительности безлёдного сезона в морях Лаптевых и Восточно-Сибирском. Проведена палеогеографическая и палеомерзлотная интерпретация результатов изотопного состава подземных льдов побережья.
6 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности
Результаты этапа: В 2021 г. в ЛОГС выполнялись фундаментальные исследования по теме: «Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности». Единая тема включает 4 подтемы, в соответствии с направлениями исследований лаборатории: 1. геохимические барьеры, 2. изучение процессов образования и разрушения органо-металлических комплексов в природных водных системах, кинетики растворения вещества, 3. математическое моделирование для задач инженерной геологии и гидрогеологии, 4. изучение криогенных процессов в Арктике. В соответствии с этими направлениями и поставленными на 2021 год задачами, выполнено следующее. По подтеме 1 исследованы 3 разновидности природных глин как материалы для создания барьеров безопасности при захоронении радиоактивных отходов. Изучено сорбционное поведение 8 элементов - имитаторов радионуклидов (Sr, Cs, U, Ba, Th, Nd, Dy, Re). Определены коэффициенты распределения и рассчитаны параметры миграции этих элементов в трех глинистых грунтах. На основе математического моделирования выполнена оценка эффективности исследованных грунтов в качестве поглощающих барьеров безопасности для радионуклидов. Освоена новая математическая модель «НИМФА» для прогнозного моделирования миграции радионуклидов. Продолжены исследования растворимости гипсоангидритов. В результате проведения детального исследования кинетических кривых в виде зависимостей C(t), полученных при растворении литологических разностей гипсоангидритов в водных растворах (5-25ºC; Р 0.1 МПа) установлена модель кинетики процесса растворения и гидратации ангидрита в воде на основе системы уравнений одновременного растворения гипса и ангидрита, для начальных стадий процесса гидратации. Основные результаты : уточнена константа скорости реакции растворения ангидрита в воде (k2 = 0.001 см4/(ммоль•с); построена диаграмма равновесия в системе “гипс – ангидрит – вода” (25ºC; Р 0.1 МПа); получены линейные зависимости скоростей реакций вида (dC/dt) от С. Оказалось, что свободные члены этих прямых определяются содержанием гипса и ангидрита в горной породе, а угловые коэффициенты инвариантны. Исследования по подтеме 2 проводились по направлениям: 1. «Оценка чувствительности к фотодеградации органических веществ, контролирующих формы нахождения элементов в природных водах», 2. «Оценка устойчивости гуминовых веществ при гидропиролизе». В результате полевых и лабораторных работ проведена оценка влияния инсоляции на трансформацию органо-минеральных соединений и формы металлов в болотных и речных водах. Получены новые данные о процессе гидропиролиза гуминовых кислот и дана оценка их термической устойчивости. По подтеме 3 осуществлена разработка моделей и программного обеспечения прогностических и экспериментальных исследований гидрогеомеханики при изучении закономерностей воздействия подземных вод на природно-технические системы. По подтеме 4 получены новые данные о современных криогенных процессах в Восточно-Сибирской Арктике: 1) деградации субмаринных и субаэральных мерзлых толщ, положении границ зоны стабильности гидратов газов, 2) современном криогенном морфолитогенезе на мелководьях в условиях потепления климата, сокращении ледовитости арктических морей и современных сейсмотектонических движениях; 3) криогенной динамике прибрежных равнин и островов (с помощью изотопных методов). Результаты исследований опубликованы в следующих трудах. 3 коллективные монографии с участием сотрудников ЛОГС 5 статей в рецензируемых журналах 12 статей в сборниках 13 докладов на конференциях 9 публикаций тезисов научных конференций
7 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности
Результаты этапа: В 2022 г. в ЛОГС выполнялись фундаментальные исследования по теме: «Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности». Единая тема включает 4 подтемы, в соответствии с направлениями исследований лаборатории: 1) геохимические барьеры и кинетика растворения вещества, 2) изучение процессов образования и разрушения органо-металлических комплексов в природных водных системах, 3) математическое моделирование для задач инженерной геологии и гидрогеологии, 4) изучение криогенных процессов в Арктике. Подтема 1. В результате исследования гранулометрического и минерального состава, а также емкости катионного обмена пяти разновидностей промышленных бентонитов Зырянского месторождения выделен образец бентонита марки ПБМВ, как наиболее перспективный в качестве материала барьера безопасности при захоронении РАО. Для бентонита ПБМВ получены параметры поглощения: сорбционная емкость и коэффициенты распределения Kd по 7 элементам (имитаторам 9 радионуклидов): Cs, Sr, U, Th, Ba (аналог Ra), Nd и Dy (аналоги Am-241, Cm-244), Re (имитатор технеция Tc). Проанализированы особенности поглощения элементов на данном образце бентонита, в частности: эффективное поглощение переходных элементов - редкоземельных Nd и Dy, а также Th, благодаря их склонности к гидролизу и таким образом, вкладу осаждения в процесс сорбции. Выявлено относительно слабое поглощение U из-за высокой щелочности бентонита, а также отсутствие сорбции Re, образующего несорбирующиеся отрицательно заряженные оксоанионы. По результатам исследований сделано 6 докладов на конференциях, опубликовано 4 тезисов в сборниках трудов конференций, 3 статьи в сборниках, 2 статьи в журналах, 1 статья сдана в печать. Подтема 2. Показано, что растворенные органические вещества поверхностных вод оказывают значительное влияние на формы нахождения и миграции металлов. Установлено, что стабильность коллоидных соединений металлов при высоком их содержании в системе зависит от концентрации природного органического вещества. Низкое содержание органических соединений, особенно ГВ, в водах может способствовать быстрой коагуляции минеральных коллоидов, и соответственно, высокой скорости их седиментации. При этом фотохимическое окисление органо-минеральных соединений так же может приводить к снижению концентрации металлов (Al, V, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Cd, Pb) в водных системах ниже по течению и их прогрессивному накоплению в донных отложениях. В то же время, увеличение низкомолекулярных соединений Co и Ni может сделать последние потенциально более доступными для биодеградации. По результатам исследований сделано 4 доклада на конференциях, опубликовано 2 статьи в сборниках и 4 статьи в журналах. Подтема 3. МКЭ не нашел достаточно широкого применения в отечественной практике фильтрационных модельных исследований. Одной из причин, возможно, является трудоемкость процесса разбивки, приспособленной к сложным очертаниям границ и свободной поверхности. В конечных разностях используется регулярная ортогональная сетка, строить которую и назначать нумерацию узлов удобно. Конечноэлементная разбивка многовариантна. Учитывая удобство привычной (из конечноразностных схем) разбивки области с использованием двух семейств пересекающихся линий, в программной системе PERFIL\CROSSNET сетка строится так же - с помощью вертикальных линий и линий невертикального направления. Четырехугольные блоки автоматически делятся программой на пары треугольных элементов. Такая разбивка дает возможность регулярной двухмерной (табличной) нумерации узлов и элементов, что удобно как при подготовке и вводе данных, так и при анализе результатов. Существенным препятствием использованию МКЭ долгое время являлась потребность в большой оперативной памяти компьютера для массивов параметров и коэффициентов решающей матрицы, размер которой находится в квадратичной зависимости от количества узлов сетки. Для увеличения максимального количества узлов модели потребовалась разработка приемов уплотнения матриц в процедуре исключения Гаусса. В настоящее время проблема с памятью неактуальна, но разработанная модификация метода Гаусса на больших сетках дает заметный выигрыш по скорости, учитывая, что нелинейность задачи и граничных условий требует применения итерационного счета. Программа CROSSNET (2022) создавалась в линейке программ конечноэлементного моделирования TETRAGON – PERFIL – 1WELL. Разработка программы профильного моделирования осуществлялась, исходя из реальных потребностей проведения прогнозных и разведочных расчетов на проектируемых или реконструируемых гидротехнических, теплоэнергетических, горнодобывающих и городских объектах в самых разнообразных природных условиях. В процессе работы учитывались возникающие потребности в моделировании дополнительных случаев и в удобстве операторской работы. Подтема 4. По этим работам в 2022 г. сделаны три доклада и опубликованы две статьи в сборниках конференций. «Больным местом» для моделирования является верификация его результатов. В этих целях по результатам моделирования и геотермическим данным предпринята оценка мощности ММП острова Новая Сибирь. По результатам исследований сдана статья в «Вестник Санкт-Петербургского университета, Науки о Земле», сделан доклад и опубликована статья в сборнике конференций. Сделан также доклад и опубликована статья об изученности криолитозоны Баренцево-Карского шельфа. В исследовании лагунных берегов Таймыра и прилегающего притаймырского мелководья выявлено, что ведущим фактором образования эстуариев в устьевых частях рек и ручьев, преобразуемых в дальнейшем в лагуны, является морской лед. Показано, что в холодное средневековье зона воздействия льда смещалась на север. Интерпретация дешифрируемых образований убеждает авторов в существовании предпосылок для расчленения арктического пояса морских берегов и берегоформирующих процессов на две зоны: южную и северную. В первой из них одними из ведущих являются криогенные процессы, во второй – ледовые. Результаты работ доложены на двух конференциях, опубликована в тезисах ИКИ РАН.
8 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности
Результаты этапа:
9 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности
Результаты этапа:
10 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности
Результаты этапа:
11 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".