veststuВестник Сибирского государственного университета путей сообщенияBulletin of Siberian State University of Transport1815-9265Сибирский государственный университет путей сообщения10.52170/1815-9265_2024_68_83veststu-176Research ArticleТРАНСПОРТTRANSPORTОценка коэффициентов влагопроводности силикатизированных грунтов при промерзанииThe assessment of the coefficients of permeability of silicified soils during freezingРазуваевД. А.RazuvaevD. A.

Денис Алексеевич Разуваев – заведующий научно-исследовательской лабораторией «Контроль качества дорожных одежд и земляного полотна», кандидат технических наук, доцент

Новосибирск

Denis A. Razuvaev – Head of the Quality Control of Road Pavements and Subgrade Research Laboratory, Candidate of Engineering, Associate Professor

Novosibirsk

razdenis@mail.ruЧахловМ. Г.ChakhlovM. G.

Михаил Геннадьевич Чахлов – научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Контроль качества дорожных одежд и земляного полотна»

Новосибирск

Mikhail G. Chakhlov – Research Associate of the Quality Control of Road Pavements and Subgrade Research Laboratory

Novosibirsk

mik404@mail.ruСибирский государственный университет путей сообщенияРоссияSiberian Transport UniversityRussian Federation202430032024018392Copyright © Разуваев Д.А., Чахлов М.Г., 20242024Разуваев Д.А., Чахлов М.Г.Razuvaev D.A., Chakhlov M.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikstu.ru/jour/article/view/176

В качестве способа минимизации морозного пучения земляного полотна в неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях и при глубоком сезонном промерзании возможно применение силикатизации. При этом остается открытым ряд вопросов, связанных со свойствами силикатизированного грунта, характеризующими его водонепроницаемость в процессе эксплуатации сооружения и возможность создания закрытой схемы промерзания. В связи с этим целью исследования является определение зависимостей коэффициентов влагопроводности силикатизированного грунта от плотности вяжущего и числа пластичности исходного грунта с оценкой влияния на данный параметр процесса промерзания.

Методологическую основу работы составляют постановка и проведение лабораторного эксперимента с применением элементов математического анализа для обработки полученных данных. В рамках исследования проведен лабораторный эксперимент по определению коэффициентов влагопроводности силикатизированных глинистых грунтов. Также разработан и проведен эксперимент по оценке влияния процесса промерзания на коэффициенты влагопроводности силикатизированного грунта. В качестве основных лабораторных установок при реализации экспериментов использовались прибор для определения коэффициента влагопроводности грунтов ПКВГ-Ф и автоматизированный прибор ГТ 1.1.12.

По результатам проведенного исследования установлена зависимость коэффициента влагопроводности силикатизированного глинистого грунта от плотности водного раствора силиката натрия. При плотности водного раствора (концентрации) силиката натрия более 1,15 г/см3 получаемый в результате силикатизации материал и капиллярный барьер из него можно считать водонепроницаемым. Проведенные дополнительные лабораторные исследования показали, что процесс промерзания оказывает на силикатный грун

As a method to minimize frost heaving of the roadbed in adverse soil-hydrological conditions and during deep seasonal freezing, the application of silicification is possible. However, several questions remain open regarding the properties of silicified soil, particularly its water impermeability during the operation of the structure and the potential for creating a closed freezing scheme. In this regard, the aim of the research is to determine the dependencies of the coefficients of water permeability of silicified soil on the density of the binder and the plasticity index of the original soil, with an assessment of the influence of the freezing process on this parameter.

The methodological foundation of the work is formed by the design and conduct of laboratory experiments, incorporating elements of mathematical analysis for processing the obtained experimental data. Within the scope of the study, a laboratory experiment was conducted to determine the coefficients of water permeability in silicified clayey soils. Additionally, an experiment was developed and conducted to assess the influence of the freezing process on the coefficients of water permeability in silicified soil. The main laboratory equipment utilized in the experiments included a device for determining the coefficient of soil water permeability (PKVG-F) and an automated apparatus GT 1.1.12.

The research revealed a correlation between the coefficient of water permeability of silicified clayey soil and the density of the sodium silicate solution. At a density of the sodium silicate solution (concentration) exceeding 1.15 g/cm3, the material obtained as a result of silicification and the capillary barrier formed from it can be considered impermeable to water. The additional laboratory experiments conducted have shown that the freezing process for the silicified soil has minimal effects, causing no significant changes in its water permeability properties.

земляное полотноморозное пучениесиликатизированный глинистый грунткапиллярный барьерsubgradefrost heavingsilicified clay soilcapillary barrierисследование выполнено в рамках реализации гранта ОАО «РЖД» на развитие научно-педагогических школ в области железнодорожного транспорта.the research was carried out as part of the implementation of the Russian Railways grant for the development of scientific and pedagogical schools in the field of railway transportation.ReferencesЗолотарь И. А., Пузаков Н. А., Сиденко В. М. Водно-тепловой режим земляного полотна и дорожных одежд. Москва : Транспорт, 1971. 416 с.Zolotar I. A., Puzakov N. A., Sidenko V. M. Water-thermal regime of subgrade and pavement. Moscow: Transport; 1971. 416 p. (In Russ.).Пузаков Н. А. Водно-тепловой режим земляного полотна автомобильных дорог. Москва : Дориздат, 1960. 169 с.Puzakov N. A. Water-heat regime of the automobile roads subgrade. Moscow: Dorizdat; 1960. 169 p. (In Russ.).Razuvaev D. A., Lanis A. L., Chakhlov M. G. Rationale for creation of capillary breaking layers in cold regions subgrade by pressure injection of waterproofing compounds // Sciences in Cold and Arid Regions. 2021. Vol. 13, Iss. 5, October. P. 366–371. DOI: 10.3724/SP.J.1226.2021.21029.Razuvaev D. A., Lanis A. L., Chakhlov M. G. Rationale for creation of capillary breaking layers in cold regions subgrade by pressure injection of waterproofing compounds. Sciences in Cold and Arid Regions. 2021;13(5):366–371. October. DOI: 10.3724/SP.J.1226.2021.21029.Injection Compositions for Creating Impervious Screen for Roadbed Foundation / D. A. Razuvaev, M. G. Chakhlov, V. Y. Soloviova, G. V. Karpachevsky // Transportation Research Procedia. 2022. Vol. 61. P. 621–626. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2022.01.100.Razuvaev D. A., Chakhlov M. G., Soloviova V. Y., Karpachevsky G. V. Injection Compositions for Creating Impervious Screen for Roadbed Foundation. Transportation Research Procedia. 2022;61:621–626. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2022.01.100.Обоснование создания капиллярного барьера в земляном полотне путем инъектирования гидроизолирующих составов / Д. А. Разуваев, А. Л. Ланис, М. Г. Чахлов, Ю. А. Цибариус // Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути : XVIII Международная научно-техническая конференция (г. Москва, 27–28 октября 2021 г.) : чтения, посвященные памяти профессора Г. М. Шахунянца : труды / Российские железные дороги, Российский университет транспорта (МИИТ). Москва, 2021. С. 216.Razuvaev D. A., Lanis A. L., Chakhlov M. G., Tsibarius Yu. A. Substantiation of creating a capillary barrier in the roadbed by injecting waterproofing compounds. Proceedings of the XVIII International Scientific and Technical Conference. Modern Problems of Design, Construction, and Operation of Railway Tracks (Moscow, October 27–28, 2021): Readings Dedicated to the Memory of Professor G. M. Shakhunyants. Russian Railways, Russian University of Transport. Moscow; 2021. P. 216. (In Russ.).Коэффициенты морозного пучения силикатизированных глинистых грунтов / Д. А. Разуваев, А. Л. Ланис, М. Г. Чахлов, Р. С. Печенкин // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2023. № 2 (65). С. 91–98. DOI: 10.52170/1815-9265_2023_65_91. EDN QCJMCX.Razuvaev D. A., Lanis A. L., Chakhlov M. G., Pechenkin R. S. Frost Heaving Coefficients of Silicified Clayey Soils. The Siberian Transport University Bulletin. 2023;(65):91–98. (In Russ.). DOI: 10.52170/1815-9265_2023_65_91. EDN QCJMCX.Окольникова Г. Э., Симоненко Е. Ю. Химическая стабилизация пучинистых грунтов // Системные технологии. 2023. № 2 (47). С. 178–181. DOI 10.55287/22275398_2023_2_178. EDN LKORZW.Okolnikova G. E., Simonenko E. Yu. Chemical stabilization of expansive soils. Systemic Technologies. 2023;(47):178–181. (In Russ.). DOI: 10.55287/22275398_2023_2_178. EDN LKORZW.Усиление грунтов основания фундаментов методом инъекционной силикатизации / А. А. Михайлов, Е. Ю. Евлахова, А. В. Иванова, М. С. Матвеев // Строительство и архитектура. 2019. Т. 7, № 1. С. 5–9. DOI: 10.29039/article_5c646f166c48d2.74103573.Mikhailov A. A., Evlakhova E. Yu., Ivanova A. V., Matveev M. S. Strengthening of foundation soils by injection silicization. Construction and Architecture. 2019;7(1):5–9. (In Russ.). DOI: 10.29039/article_5c646f166c48d2.74103573.Патент № 6627:21.0421.04 Российская Федерация, МПК G01N 27/00 (1995.01). Прибор для определения коэффициента влагопроводности талых связных грунтов нарушенной структуры нестационарным методом : № 97106667/20 : заявлен 21.04.1997 : опубликован 16.05.1998 / Золотарь И. А., Собко Г. И., Лазарев Ю. Г. ; заявитель Военная академия тыла и транспорта ; патентообладатель Золотарь И. А., Собко Г. И., Лазарев Ю. Г. 6 с.Zolotar I. A., Sobko G. I., Lazarev Yu. G. Patent 6627:21.0421.04 Russian Federation. Device for determining the coefficient of water permeability of thawed cohesive soils with a disturbed structure by a non-stationary method. Applicant Military Academy of Home Front and Transport and patent holder Zolotar I. A., Sobko G. I., Lazarev Yu. G. No. 97106667/20; published on 21.04.1997. 6 p. (In Russ.).Сухоруков А. В. Обоснование региональных расчетных значений характеристик глинистых грунтов для проектирования дорожных одежд в условиях Западной Сибири : специальность 05.23.11 «Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Сухоруков Алексей Владимирович. Томск, 2017. 166 с.Sukhorukov A. V. Substantiation of regional calculated values of characteristics of clayey soils for the design of road pavements in the conditions of Western Siberia. Specialty 05.23.11 Design and construction of roads, subways, airfields, bridges and transport tunnels. Dissertation for the degree of Candidate of Engineering. Sukhorukov Alexey Vladimirovich. Tomsk; 2017. 166 p. (In Russ.).ГОСТ 20522–2012. Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний : принят Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и оценке соответствия в строительстве (приложение В к протоколу № 40 от 4 июня 2012 г.) : введен 29.10.2012. Москва : Стандартинформ, 2013. 19 с.GOST 20522–2012. Soils. Methods of Statistical Processing of Test Results. Adopted by the Interstate Scientific and Technical Commission on standardization, technical standardization and conformity assessment in construction (Annex B to Protocol N 40 of June 4, 2012): Introduced on 29.10.2012. Moscow: Standartinform; 2013. 19 p. (In Russ.).Орлов В. О., Дубнов Ю. Д., Меренков Н. Д. Пучение промерзающих грунтов и его влияние на фундаменты сооружений. Ленинград : Стройиздат, Ленинградское отделение, 1977. 184 с.Orlov V. O., Dubnov Yu. D., Merenkov N. D. Frost heave and its influence on the foundations of structures. Leningrad: Stroyizdat, Leningrad branch; 1977. 184 p. (In Russ.).Zhang C., Liu E. Experimental study on moisture and heat migration and deformation properties of unsaturated soil column under a temperature gradient during rainfall infiltration // PLOS ONE. 2023. Vol. 18 (6), е0286973. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0286973.Zhang C., Liu E. Experimental study on moisture and heat migration and deformation properties of unsaturated soil column under a temperature gradient during rainfall infiltration. PLoS ONE. 2023;18(6):e0286973. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0286973.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.