ИЗУЧЕНИЕ ФИЛЬТРАЦИОННОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ КЕМБРИЙСКИХ ГЛИН ПРИ ОБОСНОВАНИИ ОКОНЧАТЕЛЬНОЙ ИЗОЛЯЦИИ ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ 

©2022 г.  М. В. Вилькина ^1*, А .М. Никуленков ¹, В. Г. Румынин ¹

¹ Санкт-Петербургское отделение Института геоэкологии им. Е. М. Сергеева РАН, В.О., Средний пр., д. 41, оф. 519, г. Санкт-Петербург, 199004 Россия

*E-mail: wilkina.mari@hgepro.ru

Поступила в редакцию 14.01 2022 г.
После доработки 16.01.2022 г.
Принята к публикации 19.01.2022 г.

В статье исследуется фильтрационная неоднородность кембрийских глин применительно к задаче окончательной изоляции отходов на полигоне «Красный Бор». Свойства глин изучались лабораторными методами на монолитных образцах, отобранных из борта карьера и в кернах скважин. Кроме того, фильтрационная неоднородность глин исследовалась в поле (in-situ) при помощи пакерных поинтервальных нагнетаний с применением методики Люжона. Визуальное обследование обнажений в карьере «ЛСР» показало, что глинистый массив имеет блочную структуру. Блоки отделены друг от друга системой ортогональных трещин, ориентированных в субгоризонтальном и субвертикальном направлениях. Размеры блоков увеличиваются с глубиной от первых сантиметров, достигая нескольких десятков метров на глубине 20 м. В то же время, в кернах многочисленных скважин при проведении инженерно-геологических изысканий раскрытые трещины обнаружены не были. Лабораторные исследования показали, что средний коэффициент фильтрации кембрийских глин по напластованию имеет величину 8.8∙10^-7 м/сут, а в крест напластованию 9.0∙10^-8 м/сут. Значение фильтрационной анизотропии устойчиво для всех образцов и в среднем составляет 9.5. Проведенные поинтервальные нагнетания в скважинах позволили установить, что в естественных условиях блочная система находится в сомкнутом состоянии, т.е. глинистый массив выступает в роли непроницаемого водоупора. При нагнетании в изолированные интервалы с избыточным давлением более 4 литостатических величин происходит раскрытие системы трещин. Коэффициент фильтрации трещин в раскрытом состоянии может достигать 0.5 м/сут. Однако при снижении избыточного давления трещины смыкаются обратно, и глинистый массив вновь начинает выполнять функцию фильтрационного барьера. Таким образом, в зависимости от внешних условий, кембрийские глины могут проявлять свойства как непроницаемого барьера, так и фильтрующей среды.

Ключевые слова: синие кембрийские глины, фильтрационные свойства, трещиноватая система, пакерные нагнетания, токсичные отходы, полигон Красный Бор

DOI: 10.31857/S0869780922020096

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Брилинг И.А. Фильтрация в глинистых породах. М.: Изд-во ВИЭМС, 1984. 61 с.

2. Гольдберг В.М., Скворцов Н.П. Проницаемость и фильтрация в глинах. М.: Изд-во Недра, 1986. 160 с.

3. Дашко Р.Э., Еремеева А.А. Анализ и оценка повышения безопасности захоронения низкоактивных отходов в нижнекембрийских синих глинах западной части Ленинградской области // Записки Горного института. Т. 154. 2004. С. 131-135.

4. Дашко Р.Э., Коробко А.А. Геотехнические аспекты исследований нижнекембрийских глин Санкт-Петербурга как основания сооружений // Жилищное строительство. 2014. №9. С. 19-22. 

5. Еремеева, А.А. Инженерно-геологическая и геоэкологическая оценка условий захоронения промышленных отходов в нижнекембрийских глинах Ленинградской области: дисс. канд. геол.-мин. наук. СПб., 2002. 212 с.

6. Коробко А.А. Инженерно-геологический анализ и оценка условий строительства и эксплуатации сооружений различного назначения в пределах Предглинтовой низменности (Санкт-Петербургский регион): автореферат дис…. канд. геол-мин. наук. СПб., 2015.

7. Ломтадзе В.Д. Физико-механические свойства нижнекембрийских глин северо-западной окраины русской платформы // Записки Ленинградского орденов Ленина и Трудового Красного Знамени горного института им. Г.В. Плеханова. 1958. Т. 34. С. 154-188.

8. Румынин В.Г., Никуленков А.М. Зональность физических свойств котлинских глин вендской системы (северо-запад Русской платформы) // Записки Горного института. 2012. Т. 197. С. 191-196.

9. Румынин В.Г. Опыт изучения глинистых толщ и кристаллических массивов как геологических сред для окончательной изоляции РАО // Радиоактивные отходы. 2017. №1. С. 43-54.

10. Румынин В.Г., Панкина Е.Б., Якушев М.Ф. и др. Оценка влияния атомно-промышленного комплекса на подземные воды и смежные природные объекты. СПб.: Изд-во СПбГУ. 2002. 246 с.

11. Терцаги К., Пек Р. Механика грунтов в инженерной практике. М.: Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1958. 607 с.

12. Arnould M. Discontinuity networks in mudstones: a geological approach. Implications for radioactive wastes isolation in deep geological formation in Belgium // Bull. of Eng. Geol. and the Envir. 2006. Vol. 65. P. 413-422.

13. Bock H., Blümling P., Konietzky H. Study of the micro-mechanical behaviour of the Opalinus Clay: an example of co-operation across the ground engineering disciplines // Bull. of Eng. Geol. and the Envir. 2006. Vol. 65. P. 195-207.

14. Blumling P., Bernier F., Lebon P., Derek Martin C. The excavation damaged zone in clay formations time-dependent behavior and influence on performance assessment // Physics and Chemistry of the Earth Parts A/B/C. 2007. V. 32(8-14). P. 588-599. DOI: 10.1016/j.pce.2006.04.034.

15. Houlsby, A.C. Routine interpretation of the Lugeon water-test // Quarterly Journal of Engineering Geology. 1976. V. 9(4). P. 303–313. DOI: 10.1144/GSL.QJEG.1976.009.04.03.

16. Huysmans M., Dassargues A. Stochastic analysis of the effect of spatial variability of diffusion parameters on radionuclide transport in a low permeability clay layer // Hydrogeol. Journ. 2006. V. 14. P. 1094-1106.

17. Lugeon, M. Barrages et géologie // Bulletin Technique de La Suisse Romande. 1932. V. 58. N 19-20. P. 225-240. 

18. Moye D.G. Diamond drilling for foundation exploration // Civil Engineering Transactions. Institution of Engineers of Australia. 1967. V. Ce 9. N 1. P. 95-100.