Математическое моделирование процессов деформирования и массопереноса в полидисперсных породах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.08, доктор технических наук Федодеев, Валерий Иванович

• Федодеев, Валерий Иванович
• доктор технических наук
• 2005

Оглавление диссертации доктор технических наук Федодеев, Валерий Иванович

Достижения фундаментальной и прикладной науки в области моделирования процессов деформирования и массопереноса в дисперсных веществах весьма существенны и очевидны. Они стали возможными в связи с широким внедрением в исследовательскую практику последних десятилетий новейшей вычислительной техники и уникальных по своим возможностям физических методов. Разработанные математические модели, в большинстве своем представляющие собой системы нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных, благодаря наличию быстродействующих ЭВМ достаточно интенсивно используются для проведения численных экспериментов, например, при прогнозировании геодинамических процессов в инженерной геологии, деформирования оснований сооружений в строительстве (механике грунтов), геофильтрации в гидрогеологии и многих других процессов и явлений в различных прикладных науках и отраслях хозяйственной деятельности. Достаточно полные сведения об уровне теоретических исследований в этой области и их приложениях можно почерпнуть в известных обобщающих работах, в частности в [1-11].

Важную роль подобные разработки играют при решении практических задач инженерной геологии и механики грунтов, поскольку объектами исследований в этих дисциплинах являются осадочные горные породы, представляющие собой в большинстве случаев многофазные дисперсные вещества, то есть сложные гетерогенные системы. Последнее обстоятельство предопределило участие в указанных работах видных отечественных и зарубежных специалистов из различных областей знаний: физико-химической механики гетерогенных систем, гидродинамики, механики грунтов, инженерной геологии и грунтоведения, гидрогеологии, мерзлотоведения, почвоведения и т.п. (М.П.Воларович, Б.В.Дерягин, Д.А.Фридрихсберг, Н.В.Чураев, М.А.Био, Р.Коллинз, М.Маскет, А.Надаи, Р.И.Нигматулин, В.Н.Николаевский, П.Я.Полубаринова-Кочина, С.Ф.Аверьянов, Я.Бэр, Н.Н.Веригин, С.С.Вялов, Н.М.Герсеванов, М.Н.Гольдштейн, Д.Заславски, Ю.К.Зарецкий, С.Ирмей,

A.Клют, В.А.Мироненко, Е.М.Сергеев, В.И.Осипов, Д.Тейлор, З.Г.Тер-Мартиросян, К.Терцаги, В.А.Флорин, Н.А.Цытович, А.Э.Шейдеггер,

B.М.Шестаков, В.Н.Щелкачев, Н.Ф.Бондаренко, В.А.Ковда, С.В.Нерпин, Э.Чайлдс и др.).

Наиболее известными и завершенными разработками в рассматриваемой области исследований являются теории консолидации грунтов, развитые в работах К.Терцаги и Н.М.Гер севанова, а также в работах М.А.Био и В.А.Флорина.

Пристальное внимание со стороны специалистов именно к этой проблеме обусловлено тем, что в процессе консолидации в наибольшей степени отражаются свойства и поведение дисперсных пород и слагающих их фаз, а сам процесс по сути дела определяет устойчивость массивов грунтов и возведенных на них инженерных сооружений. Большинство теорий консолидации, в том числе и указанные выше, основывается на представлениях о фильтрационном движении жидкости в поровом пространстве грунта при его сжатии и использовании известных законов этого движения (Дарси или Дар-си - Герсеванова). Входящий в эти законы (уравнения) коэффициент фильтрации кф или проницаемости к либо считается постоянной величиной (модельТерцаги) [4], либо принимается зависящим только от давления [5] (модель Флорина - Био). Такие допущения оправданы в тех случаях, когда грунт представляет собой крупнозернистую дисперсию. Если же в состав дисперсной фазы грунта входят частицы коллоидных размеров, в частности - глинистая фракция, то его проницаемость и сжимаемость зависят не только от давления. Они определяются также температурой, концентрацией и составом (валентностью и размерами ионов) растворенных в жидкой фазе веществ и другими физико-химическими параметрами состояния и характеристиками, с которыми связаны межчастичные взаимодействия и поверхностные свойства этого вещества [12-14]. В связи с этим использование подобных теорий при моделировании процессов деформирования и массопереноса в полидисперсных грунтах может привести к существенным ошибкам и неоднозначным результатам.

Известно большое число работ, в которых предпринимались попытки детерминировать указанные выше феноменологические коэффициенты, в частности, проницаемость к. В наиболее ранних работах, обзор которых приведен в [15], величина к трактовалась исключительно как параметр, определяемый геометрическими характеристиками порового пространства. При этом молчаливо предполагалось, что поры недеформируемы, то есть их конфигурация и размеры не зависят от градиентов давления и скорости течения жидкости.

В более поздних работах, в частности в [2, 3], показано, что к зависит как от конфигурации пор, так и от давления. Однако влияние физико-химических факторов на величину А: и в этих моделях не учитывалось. Таким образом, проблемы, связанные с неоднозначностью и невысокой точностью результатов моделирования при использовании известных теоретических подходов, основанных на применении закона Дарси, остаются нерешенными.

Решение этих проблем видится в следующем. При построении моделей необходимо применить подход, базирующийся на априорном знании законов, определяющих механические свойства объекта в целом, и использовании соответствующих этим законам уравнений механики сплошной среды. Для учета гетерогенности среды (дисперсии) и вывода уравнений движения составляющих её фаз необходимо детерминировать входящие в эти уравнения феноменологические коэффициенты, которые неявным образом учитывают концентрации фаз, межчастичные (внутрифазные) и межфазные взаимодействия. Сделать это существенно проще, чем детерминировать такой "комплексный" параметр, как проницаемость к.

Наряду с уравнениями баланса импульсов и масс модели должны включать и уравнение состояния дисперсии, связывающее её плотность р или пористость п с давлением Р и замыкающее систему. Такое уравнение можно вывести теоретически на основе представлений и методов термодинамики и физико-химической механики гетерогенных веществ. Именно эти представления и методы позволяют получить соотношения для межчастичных взаимодействий в детерминированном виде.

Разумеется, в самом начале работы в данном направлении автор сознавал, что создать подобные модели для сколько-нибудь широкого класса дисперсных веществ и условий их существования невозможно. Поэтому сразу же были введены определенные ограничения: объектами моделирования были выбраны природные дисперсии — горные породы типа песчано-гл инистых смесей. Содержание фракций коллоидных размеров (глинистых частиц) должно лежать в пределах 7+20% (по массе). Дисперсии должны быть концентрированными двухфазными (водонасыщенными) системами, а моделируемые процессы не осложнены химическими реакциями и фазовыми переходами. Помимо этих были введены и другие ограничения и упрощения, речь о которых будет идти в соответствующих разделах работы.

Выбор указанных веществ в качестве объектов моделирования был обусловлен тем, что именно для таких дисперсий характерны отклонения от закона Дарси, повышенная чувствительность к изменению гидрохимических условий, проявляющаяся в изменении проницаемости, набухаемости и т.п. Кроме того, подобные объекты в макромасштабных процессах проявляют свойства вязких тел [11, 16, 17], то есть подчиняются закону Навье - Стокса, поэтому их движение может быть описано уравнениями Навье — Стокса. Межфазные и межчастичные взаимодействия в этих уравнениях учитываются диссипативными членами, то есть членами, отображающими сопротивление движению среды за счет внутреннего трения (вязкости).

Поскольку для практики представляет интерес получение информации о состоянии как дисперсии в целом, так и каждой из входящих в неё фаз, модели должны включать аналогичные указанным выше балансовые уравнения для этих составляющих. Кроме того, в них должны входить и определяющие соотношения, связывающие тотальное давление Р, плотность р и вязкость /7 дисперсии с пористостью п и с соответствующими параметрами состояния и характеристиками фаз.

Изложенные соображения позволили сформулировать цели исследований по теме диссертации следующим образом:

1) создание моделей массопереноса и деформаций в насыщенных полидисперсных горных породах, которые учитывали бы действие поверхностных сил и других физико-химических факторов, определяющих реологические и коллекторские свойства этих пород;

2) разработка методов прогнозирования состояния геосистем локального уровня и развития процессов деформирования и массопереноса в подобных системах с помощью созданных моделей.

Поставленные цели предопределили задачи исследований, которые необходимо было решить для достижения этих целей, а также структуру диссертации.

Поскольку поверхностные силы и межчастичные взаимодействия могут быть определенны только в микроскопическом масштабе (характерный размер - диаметр пор), построение моделей, в частности, — вывод уравнения состояния, должно начинаться с рассмотрения процессов на микроуровне. Однако этому должны предшествовать определенные обобщения, касающиеся реальных характеристик строения дисперсии и её поверхностных свойств: формы и распределения числа частиц и пор по размерам, природы и специфических особенностей проявления .поверхностных сил и межчастичных взаимодействий и т.п. Все эти вопросы рассматриваются в первой и второй главе работы. Путем известных процедур осреднения по представительному объему получены выражения для средних значений размеров пор и твердых частиц. Найдены распределения потенциала и заряда в межчастичном (поро-вом) пространстве и соответствующие выражения для силы ионно-электростатического и молекулярного взаимодействия частиц и т.п.

В третьей главе разработан количественный аппарат для описания динамики моделируемой системы на микроуровне.

При этом использованы осредненные по представительному объему параметры структуры дисперсии. Решением системы уравнений движения Навье - Стокса и баланса масс получены выражения для зависимостей во времени размеров пор от давления, а также сил межчастичных и межфазных взаимодействий. Это позволило составить баланс энергии, затрачиваемой на деформирование представительного объема дисперсии. В результате получено дифференциальное уравнение, связывающее изменение пористости дисперсии с изменением давления, а также отображающее структурные характеристики последней и межчастичные взаимодействия. Рассматривая представительный объем как макроточку и предполагая, что в макроскопическом масштабе дисперсия неоднородна, путем интегрирования указанного уравнения найдено уравнение состояния дисперсии. Оно представляет собой наиболее общее выражение известного [4] логарифмического закона компрессии грунтов, или уравнения Терцаги. В отличие от последнего, найденное уравнение справедливо как при сжатии, так и при растяжении (набухании) дисперсии. Кроме того, коэффициент компрессии (декомпрессии) в нем детерминирован и дает зависимость пористости (эффективной) от структурных характеристик дисперсии и расклинивающего давления.

В четвертой главе выведены балансовые уравнения для масс и количества движения дисперсии и составляющих её фаз. Эти уравнения совместно с полученным уравнением состояния составляют замкнутую систему, описывающую процессы на макроуровне. Дисперсия рассматривается как вязкая, несжимаемая и неоднородная среда, поэтому уравнения движения с учетом принятых допущений представляют собой упрощенный вариант уравнений Навье - Стокса, которые в ряде случаев могут быть линеаризованы. Здесь же на основе результатов разработок третьей главы выведены соотношения для вязкости дисперсии в целом и вязкости её каркаса.

Пятая

глава посвящена оценке возможностей и использованию разработанных моделей при решении прикладных задач. В качестве примера приведено решение тестовой задачи о динамике дисперсии (породы) в слабопроницаемом водонасыщенном пласте при гидродинамическом воздействии на него через совершенную скважину. Полученная картина пространственно-временных распределений скорости деформации породы и давления в пласте соответствует известным экспериментальным данным. Выполнена численная оценка относительного изменения её вязкости и плотности при заданном соотношении геостатического давления и давления в скважине. Эти результаты использованы при постановке и решении практической задачи — расчету скорости оседания оползневого склона на берегу реки Волги в г. Рыбинске. Расчетным путем восстановлена картина изменения профиля склона в течение 22 лет. Результаты расчетов находятся в удовлетворительном согласии с данными натурных наблюдений. Приведены алгоритмы составления прогнозов развития склоновых процессов, включая процессы оседания грунтов и раскалывания их на блоки. Разработаны физико-химические технологии управления свойствами насыщенных песчано-глинистых грунтов с целью предотвращения развития в них нежелательных процессов и явлений.

Эти разработки нашли отражение в рекомендациях, подготовленных в виде отчетов о НИР, проводившихся совместно с институтом ВСЕГИНГЕО.

Сотрудникам ВСЕГИНГЕО, а также членам других творческих коллективов, принимавшим участие в исследованиях по тематике диссертации, и своим коллегам, немало способствовавшим завершению этой работы, автор выражает свою искреннюю признательность.

Глава I. Введение. Представления о строении и некоторых свойствах полидисперсных пород

§ 1.1. Основные понятия и определения

Для правильного восприятия, объяснения и количественного описания свойств дисперсных веществ и протекающих в них процессов необходимо руководствоваться рядом строго конкретизированных понятий и определений. Ниже приведены толкования некоторых специальных терминов, используемых в диссертации, а также комментарии, касающиеся сферы применимости тех или иных понятий.

Первым, что требует строгого определения, является понятие "природная дисперсия", то есть основной объект данного исследования^.

Под природными дисперсиями подразумеваются гетерогенные вещества, состоящие из частиц дисперсной (раздробленной) фазы и дисперсионной среды, каждая из которых имеет естественное (природное) происхождение и может находиться в твердом, жидком и газообразном состоянии.

Это могут быть рыхлые и связные дисперсные горные породы, почвы, коллоиды органического происхождения, колонии бактерий и тому подобные вещества, в которых дисперсной фазой является твердое вещество. Особые классы природных дисперсий составляют эмульсии, в которых и дисперсная фаза, и дисперсионная среда являются жидкостями (водо-нефтяные эмульсии), а также аэрозоли — взвеси твердых или жидких частиц в газовой фазе и газовзвеси - пузырьки газа в жидкости.

Предметом изучения в диссертации является первый из указанных типов природных дисперсий. Эти объекты относятся к гетерогенным системам, состоящим в общем случае из трех фаз, представляющих твердые вещества, жидкости и газы. Далее повсеместно водонасыщенные полидисперсные горные породы будут называться кратко — природные дисперсии, или просто дисперсии. Поскольку эти породы находятся, как правило, в верхней части

Термин "дисперсия" используется в коллоидной химии [18] как синоним понятия дисперсное вещество. осадочных отложений, и служат основанием инженерных сооружений, во многих случаях они называются грунтами.

Термин фаза употребляется в данной работе в том смысле, в каком он принят в механике грунтов и дисперсных систем [2, 5]. Он используется для обозначения компонентов дисперсий, находящихся либо в раздробленном виде - "дисперсной фазы", либо в виде "дисперсионной среды" Ч

Далее будет показано, что в водонасыщенных песчано-глинистых отложениях, представляющих собой смеси песка и глины (супеси, суглинки) и являющихся истинными дисперсиями, глинистая фракция "склеивает" обломочные частицы (песчинки), что приводит к образованию "каркаса" или "скелета" [5] грунта. При глинистости в пределах 7 — 20% в "каркасе" дисперсии существуют полости (макропоры), заполненные водой и сообщающиеся между собой. Поскольку "каркас" обладает реологическими свойствами, такую систему в целом можно рассматривать как смесь двух жидкостей -воды макропор и жидкоподобного "каркаса". Каждая из этих жидкостей считается самостоятельной фазой дисперсии, что и нашло отражение в употребляемой далее терминологии.

Смысл термина смесь, применяемого к дисперсиям, определяется масштабом описания процессов, протекающих в таких объектах, и соответствующими свойствами.

В макромасштабных процессах песчано-глинистые отложения проявляют свойства вязких тел (жидкостей), поэтому их можно отнести к гомогенным смесям. Размеры микронеоднородностей (частиц каркаса и заполненных водой макропор) находятся в таком же отношении с размерами грунтовых массивов (например, оползневых тел), как и размеры молекул в сравнении с размерами указанных микронеоднородностей. В связи с этим в дальнейшем

Подобное определение понятия "фаза", отличающееся от принятого в термодинамике [19], введено по-видимому с целью упрощения изложения. Обычно рассматриваются только такие дисперсии, которые состоят из разных по природе образующих их веществ тел, находящихся в разных агрегатных состояниях. Например, "двухфазная" дисперсия состоит из "твердой фазы" (частицы горных пород) и жидкости, заполняющей поры.

глава IV) для описания макромасштабных процессов движения дисперсий и их компонентов (фаз) применяется подход, по сути дела отражающий поведение гомогенных смесей.

При рассмотрении процессов на микроуровне — в пределах представительного объема (см.

§1.4) или в "макроточке", песчано-глинистые дисперсии обнаруживают двойственное "поведение", присущее упруго-вязким телам. При этом преобладание упругости или вязкости напрямую связано с размерами микронеоднородностей. Подобные свойства присущи гетерогенным системам, поэтому в микрообъемах указанные дисперсии представляют собой гетерогенные смеси.

Под массопереносом понимается пространственное перемещение фаз или дисперсии в целом в выбранной системе координат. Применительно к поровой жидкости этот термин означает движение за счет градиента давления, то есть фильтрацию. Массоперенос под действием градиентов концентрации и температуры в данной работе не рассматривается.

Деформация является результатом изменения формы или объема, или того и другого в совокупности, выделенного элемента дисперсии. Как правило, деформация сопровождается одновременным массопереносом всех компонентов (фаз) дисперсии.

Рассматриваемые в диссертации дисперсии являются открытыми (в термодинамическом смысле) системами. На их свойства и поведение решающее влияние оказывает изменение концентрации фаз, которое обусловливается, прежде всего, деформацией сжатия или растяжения. Поэтому в данной работе главное внимание уделяется именно этим видам деформаций.

Строением дисперсии называется совокупность признаков, отображающих в определенном масштабе внутреннее устройство этого вещества. В число этих признаков входят: наличие структурных элементов - частиц дисперсной фазы, их пространственное распределение (вид упаковки, ориентация - для частиц анизометрической формы), а также количественные характеристики, определяющие свойства отдельных компонентов и дисперсии в целом. К подобным характеристикам относятся размеры и форма частиц и распределение числа частиц по размерам, конфигурация и размеры пор, а также распределение объема пор по размерам и распределение анизометрических частиц по углам наклона относительно некоторого физически выделенного направления.

Из приведенного определения строения следует, что это понятие связано, прежде всего, с восприятием дисперсии как геометрического образа, отвечающего некоторому её квазиравновесному состоянию [20], поскольку полное термодинамическое равновесие таких объектов в природных условиях реализуется крайне редко.

Заключение диссертации по теме «Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение», Федодеев, Валерий Иванович

Заключение

В предисловии к диссертации в развернутом виде приведено обоснование постановки исследований, сформулированы цели работы, а также кратко изложены результаты исследований в рамках тех задач, решение которых диктовалось поставленными целями.

Можно выразить надежду, что автору в достаточной мере удалось реализовать намеченную программу. В связи с этим здесь, в заключительной части, целесообразно сформулировать те положения, которые отражают, по его мнению, новизну полученных результатов и могут быть вынесены на защиту. ,

Научная новизна

1) Впервые дано строгое определение понятию "представительный объем" дисперсной горной породы, вводящее ограничение сверху его величины.

2) Показано, что во взаимодействии частиц глинистой фракции преобладают силы ионно-электростатической природы, которые при определенных условиях могут приводить как к набуханию, так и к усадке глины.

3) Обнаружено проявление масштабного эффекта и "дуализма" механических свойств песчано-глинистых отложений: в общем случае они представляют собой тело Кельвина - Фойгта, однако в малых объемах им присуща упругость (тело Гука), а в макрообъемах -вязкость (тело Ньютона).

4) Получено уравнение состояния насыщенных полидисперсных пород, являющееся наиболее общим выражением уравнения компрессии грунтов Терцаги, в котором коэффициент компрессии детерминирован и включает параметры, характеризующие поровое пространство, гидростатическое и расклинивающее давление.

-1735) Впервые найдены адекватные выражения эффективной вязкости насыщенной полидисперсной породы с концентрацией твердой фазы более 60%, а также вязкости ее "каркаса". 6) Показано, что вязкость "каркаса" породы зависит от давления, температуры, концентрации и состава растворенных в поровой воде электролитов и изменение одного их этих параметров обусловливает изменение скорости движения компонентов и интенсивности деформации породы при внешних воздействиях. Это может быть использовано при прогнозировании изменения состояния и свойств пород при указанных воздействиях.

Основные защищаемые положения

На защиту выносится следующее:

1. Вывод уравнения состояния насыщенных полидисперных горных пород.

2. Расчетный метод определения вязкости "каркаса" насыщенных дисперсных горных пород и их эффективной вязкости в целом.

3. Метод прогнозирования экзогенных геодинамических процессов в геосистемах низших рангов, в том числе процессов на береговых склонах (оседания и оползни), основанный на использовании разработанных моделей деформирования и массопереноса в полидисперсных породах.

Наряду с определенными достижениями данной работы следует признать, что сфера приложения полученных результатов ограничена объектами, обладающими достаточно специфическими свойствами. Эти ограничения по сути дела сформулированы в §4.1 (глава IV) в виде исходных предпосылок и допущений.

Однако можно предположить и надеяться, что разработанный подход получит дальнейшее развитие, например, при моделировании процессов деформирования и массопереноса в ненасыщенных полидисперсных породах, либо в породах, сложенных крупнообломочными фракциями с частицами вплоть до размеров гравия и гальки. На эту мысль наталкивает обнаруженный в процессе исследований масштабный эффект, который подтверждается результатами натурных наблюдений.**

Если подобное развитие используемого подхода станет реальностью, то появится возможность создания детерминистских методов прогнозирования не только тех геодинамических процессов, о которых шла речь в главе V, но и многих других, протекающих в массивах пород с иными свойствами и в иных термодинамических условиях.

Подводя итог, хотелось бы отметить, что замысел данной работы и её реализация возникли и стали возможными благодаря идеям, развитым в работах известных отечественных специалистов в области физико-химии поверхностных явлений - Б.В.Дерягина, А.И.Русанова, Н.В.Чураева, Е.Д.Щукина, В.М.Муллера, И.Ф.Ефремова, Ф.С.Каплана, а также специалистов по гидродинамике, механике пористых сред, реологии и механике грунтов — Р.И.Нигматулина, В.Н.Николаевского, Н.Н.Веригина, С.С.Вялова, Ю.К.Зарецкого, Н.Н.Маслова, Н.А.Цытовича, З.Г.Тер-Мартиросяна и других.

В сообщении Ю.К.Зарецкого на москоском общегородском семинаре по проблемам механики фунтов (март 2002 г.) говорилось о том, что реологическими свойствами обладают даже "каменные наброски", составляющие тела плотин и других гидротехнических сооружений.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Федодеев, Валерий Иванович, 2005 год

1. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. 4.1. М.:Наука, 1987. 454с.

2. Николаевский В.Н. Геомеханика и флюидодинамика. М.:Недра, 1996. 448с.

3. Николаевский В.Н., Басниев К.С., Горбунов А.Т., Зотов Г.А. Механика насыщенных пористых сред. М.:Недра, 1970. 339с.

4. Гольдштейн М.Н. Механические свойства фунтов. М.:Стройиздат, 1979. 304с.

5. Зарецкий Ю.К. Теория консолидации грунтов. М.:Наука, 1967. 268с.

6. Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов. М.:Высшая шк., 1978. 447с.

7. Коллинз Р. Течения жидкостей через пористые материалы. М.:Мир, 1964. 350с.

8. Развитие исследований по теории фильтрации в СССР. М.:Наука, 1969. 546с.

9. Полубаринова-Кочина П.Я. Теория движения фунтовых вод. М.:Наука, 1977. 664с.

10. Бэр Я., Заславски Д., Ирмей С. Физико-математические основы фильтрации воды. М.:Мир, 1976. 452с.

11. Нерпин С.В., Чудновский А.Ф. Физика почвы. М.гНаука, 1967. 584с.

12. Мироненко В.А., Шестаков В!М. Основы гидрогеомеханики. М.:Недра, 1974.296с.

13. Кульчицкий Л.И., Гольдберг В.М. Влияние минерализации воды на фильтрационные свойства песчано-глинистых пород // Тр. ВСЕГИНГЕО, 1969. Вып. 14. С.6-22.

14. Кульчицкий Л.И. Роль воды в формировании свойств глинистых пород. М.:Недра, 1975. 212с.-18115. Шейдеггер А.Э Физика течения жидкостей через пористые среды. М.:Гостоптехиздат, 1960. 250с.

15. Емельянова Е.П. Основные закономерности оползневых процессов. М.:Недра, 1972.310с.

16. Маслов H.H. Механика грунтов в практике строительства. М.:Стройиздат, 1977. 320с.

17. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Л.:Химия, 1984. 368с.

18. Базаров И.П. Термодинамика. М.:Высшая школа, 1991. 376с.

19. Чураев Н.В. Фихико-химия процессов массопереноса в пористых телах. М.:Химия, 1990. 272с.

20. Грим P.E. Минералогия и практическое использование глин. М.: Мир, 1967. 512с.

21. Осипов В.И., Соколов В.Н., Румянцева H.A. Микроструктура глинистых пород. М.:Недра, 1989. 212с.

22. Федодеев В.И. Оценка свойств и состояния воды в крупнопористых дисперсных веществах // Коллоид, журн. 1975. Т.37. №3. С.520-525.

23. Платов H.A., Горькова И.М. О природе прочности мелко- и средне-зернистых песчаных пород различного генетического типа // Коллоид. журн. 1973. Т.35. №1. С.57-62.

24. Лыков A.B. Теория сушки. М.:Энергия, 1986. 472с.

25. Инженерная геология СССР. T.I. Русская платформа. М.гМГУ, 1978. 528с.

26. Злочевская Р.И. Связанная вода в глинистых грунтах. М.гМГУ, 1969. 176с.

27. Нелидов В.А. Исследование пористой структуры зернистых слоев // Коллоид, журн. 1966. Т.28. №4. С.538-543.

28. Соколов В.Н., Осипов В.И. Влияние различных категорий связанной воды на прочность глин // Связанная вода в дисперсных системах. Вып.4. М.:МГУ, 1977. С.4-15.

29. Коган В.Г., Лавровский В.А. Об определении функции распределения пор по размерам в пористом теле // Коллоид, журн. 1964. Т.26. №6. С.680-685.

30. Коган В.Г., Лавровский В.А. О капиллярной модели высокодисперсных и пористых тел в применении к фильтрационным явлениям // Коллоид, журн. 1965. Т.27. №3. С.383-387.

31. Авдеев Н.Я., Сидоров H.H. Расчет кривых распределения объема пор грубодисперсных материалов // Коллоид, журн. 1967. Т.29. №2. С. 178-185.

32. Спасский М.Р., Щукин Е.Д. Модель вибрационно уплотняемой дисперсной среды // Коллоид, журн. 1973. Т.35. №5. С.897-905.

33. Курочкина М.И., Лунев В.Д. Удельная поверхность дисперсных материалов. Л.: ЛГУ, 1980. 140с.

34. Плаченов Т.Г., Колосенцев С.Д. Порометрия. Л.:Химия, 1988. 176с.

35. Кульчицкий Л.И. К определению понятия "глинистый материал" // Изв. АН СССР. сер. геол. 1969. №3. С.88-98.

36. Осипов Ю.Б., Пономарев В.В., Соколов В.А. Текстурный анализ глин. М.:Недра, 1989. 120с.

37. Кульчицкий Л.И., Усьяров О.Г. Физико-химические основы формирования свойств глинистых пород. М.:Недра, 1981. 178с.

38. Кройт Г.Р. Наука о коллоидах. Т.1. М.:ИЛ, 1955. 538с.

39. Федодеев В.И. Динамика малых объемов, вязкость и уравнение состояния насыщенных полидисперсных пород // Изв. ВУЗ'ов. Сев.-Кавказский per. Технич. науки. 2005. Прилож. к№1. С.15-53.

40. Федодеев В.И. О влиянии физико-химических процессов на результаты определения водонефтенасыщенности горных пород геофизическими методами // Изв. ВУЗ'ов. Геол.и разв. 1988. №2. С.98.

41. Федодеев В.И. Строение природных дисперсий и модельные представления // Сб. научн. тр. / НИИССВ "Прогресс", М. 1998. С.91-96.

42. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.:Мир, 1979. 568с.

43. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. М.:Наука, 1985. 400с.

44. Ефремов И.Ф., Усьяров О.Г. Взаимодействие коллоидных частиц и других микрообъектов на дальних расстояниях и образование периодических коллоидных структур // Усп. химии. 1976. Т.45. Вып.5. С.877-907.

45. Дерягин Б.В. Устойчивость коллоидных систем (теоретический аспект) // Усп. химии. 1979. Т.48. Вып.4. С.675-721.

46. Fedodeyev V.I. Peculiarities of the molecular interaction of disk-shaped colloidal particles. Intern. Conf. on Colloid. Chem. and Phys.-Chem. Mechanics / Russian Acad, of Sci., Moskow St. Univ. — Moskow, 1998. -P.77.

47. Федодеев В.И. О молекулярном взаимодействии частиц дисковид-ной формы в природных дисперсиях / НИИ по с/х исп. сточн. вод "Прогресс". Купавна, 1998. 12с. Деп. в ВИНИТИ 20.04.1998. №1205-В98.

48. Fedodeyev V.I. Molecular interaction of disk-chaped colloidal particles // Colloids Surf. A. 1999. V.160(2). P.129-133.

49. Ефремов И.Ф., Усьяров О.Г. Взаимодействие частиц дисперсной фазы на далеком расстоянии // Коллоид, журн. 1972. Т.34. №2. С.213—218.

50. Тарасевич Ю.И. Строение и химия поверхности слоистых силикатов. Киев: Наукова думка, 1988. 248с.

51. Грим Р.Е. Минералогия глин. М.:ИЛ, 1959. 452с.

52. Жигулева И.С. Расчет потенциала и электрического поля дискретного двойного электрического слоя по методу Эвальда // Коллоид, журн. 1974. Т.36. №6. С.1054-1061.

53. Тамм И.Е. Основы теории электричества. М.:Наука, 1989. 504с.

54. Сергеева И.П., Соболев В.Д., Чураев Н.В. Потенциал и заряд оплавленной поверхности тонких кварцевых капилляров в растворах электролита//Коллоид, журн. 1981. Т.43. №5. С.918-925.

55. Каплан Ф.С., Усьяров О.Г. Влияние электрической неоднородности поверхности на распределение потенциала в двойном ионном слое // Коллоид, журн. 1974. Т.36. №4. С.672-677.

56. Дерягин Б.В., Муллер В.М. Электростатическое взаимодействие двух полубесконечных сред при учете дискретности поверхностных зарядов // ДАН СССР. 1975. Т.225. №3. С.601-604.

57. Федодеев В.И. Аналитическое решение нелинеаризованного уравнения Пуассона Больцмана // Изв. ВУЗ'ов. Геол. и разв. 1988. №2. С.50.

58. Федодеев В.И., Ивлев В.В. Расчет распределений потенциала в двойном ионном слое природных дисперсий // Физика Земли. 1993. №9. С.75-80.

59. Федодеев В.И. Об ионных атмосферах и взаимодействии частиц в природных дисперсиях // Докл. РАН. 1997. Т.352. №2. С.248-252.

60. Жигулева И.С., Смилга В.П. К теории реального двойного электрического слоя на поверхности твердых тел // Поверхностные силы в тонких пленках и устойчивость коллоидов: Сб. докл. V Конф. по поверхностным силам / ИФХ АН СССР. М.:Наука, 1974. С.220-236.

61. Verwey E.J.W., Overbeek J.Th.G. Theory of the stability of lyophobic colloids. Amsterdam etc.: Elsevier, 1948. 178p.

62. Чураев H.B. Свойства смачивающих пленок жидкостей. — В кн.: Поверхностные силы в тонких пленках и устойчивость коллоидов. М.:Наука, 1974. С.81-89.

63. Fedodeyev V.l. Dinamics of the system "interacting hard particles liquid interlayer". - Abstr. Internat, conf. "Surface Forces" / Russian Acad. Sei. Moskow. 1996. p.40.

64. Федодеев В.И. Динамика системы взаимодействующие твердые частицы жидкая прослойка / НИИ по сельскохоз. использ. сточн. вод "Прогресс". Купавна, 1997. 15с. Деп. ВИНИТИ 04.08.97. №2587-В97.

65. Reynolds О. // Philos. Trans. Roy. Soc (London). 1886. V.177. P. 157.

66. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. T.VI. Гидродинамика. М.: Наука, 1988. С.82.

67. Седов Л.И. Механика сплошной среды. T.I. М.: Наука, 1978. 536с.

68. Надаи А. Пластичность и разрушение твердых тел. Т.2. М.:Мир, 1969. 864с.-18676. Добров Э.М. Обеспечение устойчивости склонов и откосов в дорожном строительстве с учетом ползучести грунтов. М.: "Транспорт", 1975.216с.

69. Эрдеи-Груз Т. Явления переноса в водных растворах. М.: Мир, 1976. 592с.

70. Самойлов О.Я. Структура водных растворов электролитов и гидратация ионов. М.: Изд. АН СССР, 1957. 182с.

71. Брунауэр С. Адсорбция газов и паров. Т.1. М.:ИЛ, 1948. С.324.

72. Вайтекунене А.И., Лапицкий С.А., Осипов Ю.Б. Набухание и усадка глинистых пород // Физико-химические процессы в глинистых породах. Под ред Ю.Б. Осипова. М.: МГУ, 1980. С.65-99.

73. Чураев Н.В. Исследование свойств тонких слоев жидкостей // Связанная вода в дисперсных системах. Вып.З. М.:МГУ, 1974. С.84-96.

74. Фролов В.В. Модели молекулярного движения в теории протонной релаксации в жидкостях // Ядерный магнитный резонанс. Вып.З. Л.:ЛГУ, 1969. С. 15-29.

75. Федодеев В.И. Вязкость связанной воды и модель протонной релаксации в тонкодисперсных веществах в присутствии адсорбированных парамагнитных ионов // ЖТФ. 1975. Т.45. №9. С.1965-1968.

76. Федодеев В.И. Исследование закономерностей изменения вязкости поровой воды в грунтах методом ЯМР: Автореф. канд. дисс. техн. наук. М.:ПНИИИС, 1983.

77. Злочевская Р.И., Королев В.А. Температурный фактор при формировании физико-механических и физико-химических свойств водо-насыщенных глин различной плотности // Связанная вода в дисперсных системах. Вып.4. М.: Изд-во МГУ, 1977. С.36.

78. Федодеев В.И. Об эффективной вязкости водонасыщенных полидисперсных горных пород // Горный инф.-аналитич. бюл.: МГТУ, 2002. №11. С.78-80.-18787. Хаппель Дж., Бреннер Г. Гидродинамика при малых числах Рей-нольдса. М.:Мир, 1976. 630с.

79. Слезкин H.A. Динамика вязкой несжимаемой жидкости. М.:Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1955. 520с.

80. Ершов А.П., Зорин З.М. и др. Влияние конусности капилляров на измерение вязкости // Коллоид, журн. 1977. Т.59. №5. С.608.

81. Чудновский А.Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов. М.:Физматгиз, 1962. 456с.

82. Яворский Б.М. и Детлаф A.A. Справочник по физике. М.:Наука, 1968. С.319.

83. Справочник по инженерной геологии /Под ред. М.В.Чуринова. М.:Недра, 1968. 540с.

84. Ильин А.И., Гальперин A.M., Стрельцов В.И. Управление долговременной устойчивостью откосов на карьерах. М.:Недра, 1985. 248с.

85. Ухов С.Б., Семенов В.В. и др. Механика грунтов, основания и фундаменты / Под ред. С.Б.Ухова. М.:АСВ, 1994. 527с.

86. Перельман В.И. Краткий справочник химика. М.-Л.:Химия, 1964. 624с.

87. Хадвигер Г. Лекции об объеме, площади поверхности и изоперимет-рии. М.гНаука, 1966. 416с.

88. Маслов H.H. Основы инженерной геологии и механики грунтов. М.:Высш. шк., 1982. 562с.

89. Цытович H.A., Тер-Мартиросян З.Г. Основы прикладной геомеханики в строительстве. М.:Высш. шк., 1981. 317с.

90. Гулакян К.А., Кюнтцель В.В., Постоев Г.П. Прогнозирование оползневых процессов. М.:Недра, 1977. 135с.

91. Тихвинский И.О. Оценка и прогноз устойчивости оползневых склонов. М.:Наука, 1988. 144с.

92. Шукле Л. Реологические проблемы механики грунтов. М.:Строй-издат, 1973. 485с.-188102. Гулакян К.А., Кюнтцель В.В. Классификация оползней по механизму их развития //Тр. ВСЕГИНГЕО, 1970. Вып.29. С.58-64.

93. Динамика и прогноз активности геологических процессов в береговой полосе нижнего бьефа Рыбинского гидроузла: отчет о НИР / ВСЕГИНГЕО. Договор №135 от 30.04.2003; руков. Г.П.Постоев. п.Зеленый, Моск. обл, 2004. 48с.

94. Федодеев В.И. Моделирование оползней / Электрост. политехи, ин-т. Электросталь, 2003. 24с. Деп. в ВИНИТИ, 02.06.2003. №1072-В2003.

95. Федодеев В.И. Моделирование склоновых процессов на берегах водоемов // Геоэкология. Инж. геология. Гидрогеология. 2004. №6. С.517-525.

96. Авдеев Н.Я. Некоторые вопросы седиментометрического дисперсионного анализа // Коллоид, журн. 1964. Т.26. №2. С. 145—152.

97. Гмошинский В.Г. Практика прогнозирования. 4.1. М.:3нание, 1972. 64с. (Новое в жизни, науке и технике. Серия "Техника", 2).

98. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем — искусство и наука. М.:Мир, 1978. С.19.

99. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990. 637с.

100. Злочевская Р.И., Дивисилова В.И. и др. Исследование взаимодействия глин с кислыми и щелочными растворами в процессе их набухания // Связанная вода в дисперсных системах. Вып.З. М.:МГУ, 1974. С.4-19.

101. Улицкий В.М., Шашкин А.Г. Геотехническое сопровождение реконструкции городов. М.:АСВ, 1999. 327с.1. Условные обозначения

102. В диссертации используются свыше ста различных физических величин и формализованных понятий, относящихся к разным областям знаний, поэтому неизбежно применение одинаковых букв для их обозначения.

103. Чтобы облегчить восприятие изложенного материала и избежать путаницы, пришлось составить данный перечень, который построен следующим образом.

104. Далее по такому же принципу построены списки условных обозначений отдельных глав, где возможно повторное использование тех же букв без индексов, либо с такими же или иными индексами.

105. Условные обозначения, используемые во всех разделах диссертации

106. С, -С6, -С*2) постоянные интегрирования;

107. Е, £,"', модуль Юнга породы, её представительного объема и глинистой фракции (микрообъема);е0 заряд электрона;

108. Н, Н0 — толщина водной прослойки между глинистыми частицами;

109. Ис толщина глинистой оболочки, покрывающей частицу песка;к — постоянная Больцмана, проницаемость породы (только в Предисловии);кф — коэффициент фильтрации;

110. С линейный размер представительного объема породы;1. Ы0 число Авогадро;п, п0, п{0м) пористость общая и её начальное значение; начальные значения микро- (//) и макро- (М) пористости;п, — концентрация ионов в двойном слое;

111. Услоеные обозначения в главе I Л (Л), fN(Rx) функции плотности распределения числа глинистыхчастиц и числа макропор по размерам; /и, масса песка;л 7тс масса глины;

112. Vh объем глинистой оболочки обломочной частицы (песчинки); V^ - объем дисперсии за вычетом объема обломочной фракции; Уэ - элементарный объем дисперсии; W - объемная влажность; vw - кинематическая вязкость жидкости;

113. Рс, Р„ — плотность частиц глины и песка; сг„ прочность дисперсии на сжатие.

114. Условные обозначения в главе II Ат — макроскопический аналог константы Гамакера;а — половина толщины глинистой частицы; Ъ толщина глинистой частицы;

115. Условные обозначения в главе III В, — константа ионно-электростатического взаимодействия частицаналог константы Гамакера); Се коэффициент компрессии; е — коэффициент пористости; Fc - поверхность частиц глинистой фракции;

116. Ргг — осевая составляющая тензора давления в макропорах; £1 заряд иона;

117. Условные обозначения в главе IV ^, проекция внешней объемной силы на /-ую ось декартовой системы координат;

118. Л/, М№, М5 молекулярная масса жидкости (дисперсии), жидкости макропор (IV) и каркаса (5); — концентрация протонов (н+) в воде;

119. Ыион — концентрация парамагнитных ионов в каркасе дисперсии;

120. К, линейный размер макрообъема дисперсии (породы);1. Яе число Рейнольдса;7. время спин-решеточной релаксации протонов (н+) в воде;

121. Мофион ~ эффективный магнитный момент парамагнитных ионов в каркасе дисперсии;ат, <т5, проекции импульсов межфазных взаимодействий на /-ую ось декартовой системы координат;

122. Хб ~ скорость изменения плотностей фаз за счет межфазного обмена;

123. Услоеные обозначения в главе V Ъ = \%а — параметр, характеризующий градиент геостатического давления на склоне; g ускорение свободного падения;

124. Я01, Я,, Нш, Яж — вертикальные размеры элементов в разрезе оползневого склона;

125. М, М0 — мощность (толщина) и начальная мощность водонасыщенногопласта породы;

126. Рю — гидростатическое давление на уровне подошвы насыщенного пласта;рН — водородный показатель;

127. Я, — расстояние от скважины до водоема (радиус насыщенного пласта); гс — радиус скважины;

128. Дэ — эффективный радиус глинистой частицы или толщина глинистойоболочки кс\ Т геологический индекс (триас); V, — радиальная скорость движения породы в пласте; ум — скорость оседания кровли пласта;

129. Министерство природных ресурсов Российской Федерации

130. ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЮ

131. Федеральное Государственное унитарное предприятие ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОГЕОЛОГИИ И ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ (ФГУП ВСЕГИНГЕО)142452 Московская обл., Ногинский район, пос. Зеленый

132. ИНН 5031007132 КПП 503101001

133. Расчетный счет 40502810000000000003

134. В КБ «Богородский Муниципальный Банк» г. Ногинск

135. ЬИК 044653717 Кор. счет 30101810500000000717

136. Код по ОКОНХ 95120 Код по ОКПО - 01423599

137. Телефон [phone] Телетайп 346-418 Пульс Факс [phone] Е-таН: [e-mail]о внедрении результатов исследований

138. Эти рекомендации вошли в состав отчетов по указанной выше теме.1. Содержание1. Предисловие.2

139. Представление уравнения состояния в развернутом виде.88