|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Изучение влияния состава и содержания наночастиц в природных глинистых грунтах на их свойстваНИР
The influence of the composition and content of nanoparticles in natural clay soils on their properties
- Руководитель НИР: Соколов В.Н.
- Ответственный исполнитель: Чернов М.С.
- Участники НИР: Алёшин А.Р., Большаков И.Е., Гаранина С.А., Денисова Л.Г., Доржиева О.В., Закусин С.В., Крупская В.В., Кузнецов Р.А., Разгулина О.В., Хамидов Р.И.
- Подразделение: Кафедра инженерной и экологической геологии
- Срок исполнения: 1 января 2017 г. - 31 декабря 2019 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): РФФИ 17-05-01045 А
- Номер ЦИТИС: АААА-А17-117032750067-1
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Комплексные фундаментальные исследования вещества и динамики геосфер Земли, разработка моделей ее глубинного строения, открытие минералов и создание новых материалов
- ПН России: Рациональное природопользование
-
Рубрики ГРНТИ:
- 38.63.15 Грунтоведение
- 38.63.17 Инженерная геология природных процессов
-
Ключевые слова:
глинистые грунты, минеральные наночастицы, деформационное поведение, минеральные наноструктуры, глинистые минералы, свойства глинистых грунтов
-
Описание:
Проект ориентирован на установление степени влияния состава и содержания наночастиц, а так же сформированных ими наноструктур, на свойства и состояние природных глинистых грунтов. Исследования планируется проводить на примере глинистых грунтов (различного возраста и генезиса), развитых в верхней части геологического разреза Московского региона и попадающих в зону инженерных сооружений, а также наиболее молодых континентальных глинистых образований гидротермального генезиса. Применение современного высокоразрешающего прецизионного оборудования и современных методик, включая авторские, позволит получить новые данные и установить закономерности, не уступающие мировым достижениям в данной области.
-
Планируемые результаты:
1. Будет разработана методика выделения ультрадисперсной фракции наночастиц (размером < 100 нм) из образцов природных глинистых грунтов без разрушения первичных твердых структурных элементов. 2. Будет создана база данных, содержащая детальную информацию о составе, микро- и наностроении, состоянии и свойствах всей собранной коллекции образцов глинистых грунтов различного возраста, генезиса и степени литификации. 3. Будут получены данные о содержании, минеральном составе, наностроении и свойствах ультрадисперсной фракции наночастиц в образцах глинистых грунтов. 4. Будут установлены взаимосвязи показателей физических, физико-химических и физико-механических свойств глинистых грунтов с составом и содержанием в них ультрадисперсных наночастиц.
-
Научный задел:
Проведенные ранее исследования показали, что в гидротермальных глинах термальных полей Южной Камчатки возможно формирование доменоподобных, глобулярно-пластинчатых и ячеисто-пластинчатых наноструктур (Рычагов, Соколов, Чернов, 2012; Соколов, Чернов, 2013; Чернов и др., 2016). Были разработаны методы количественного морфологического анализа микро- и наноструктур по растровым электронно-микроскопическим (РЭМ) изображениям и создан программно-аппаратный комплекс РЭМ-программное обеспечение «STIMAN». При этом могут быть оценены размер и форма минеральных частиц и пор, построены гистограммы распределения пор и частиц по размерам, определены значения общей пористости, удельной поверхности, оценена проницаемость, коэффициент извилистости поровых каналов, определена ориентация структурных элементов в пространстве. Использование описанной методики совместно с рентгенофазовым и микрозондовым анализами химических элементов позволило авторам детально изучить состав и морфологию минеральных наночастиц в глинистых грунтах. Изучение валового количественного минерального анализа гидротермальных глинистых грунтов показало, что в породах преобладают глинистые минералы группы смектита и смешанослойные образования типа каолинит-смектит, составляющие в отдельных образцах до 99.6% и формирующие доменоподобные и глобулярно-пластинчатые наноструктуры. Так же исследования, проведенные авторами, показали, что прочностных свойств глинистых пород зависят от содержания в них минеральных наночастиц (Чернов, 2007). Так значения прочности на одноосное сжатие, угла внутреннего трения и сцепления возрастают с увеличением содержания в них минеральных наночастиц. Подобное изменение показателей прочностных свойств связано с увеличением количества контактов между твердыми структурными элементами глинистых грунтов по мере роста содержания в них минеральных наночастиц.
- Добавил в систему: Соколов Вячеслав Николаевич
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Изучение влияния состава и содержания наночастиц в природных глинистых грунтах на их свойства |
| Результаты этапа: Проект ориентирован на установление закономерностей влияния ультрадисперсной фракции минеральных наночастиц (фракция < 0.1 мкм), присутствующих в природных глинистых грунтах различного генезиса, на их свойства. На первом этапе проекта была разработана методика выделения ультрадисперсной фракции наночастиц из образцов глинистых грунтов без разрушения первичных твердых структурных элементов и исключающая «человеческий фактор» при диспергировании образца грунта. Получены данные о содержании и наностроении ультрадисперсной фракции наночастиц в образцах глинистых грунтов гидротермального, ледникового, водно-ледникового, аллювиального и морского генезиса. На следующих этапах выполнения проекта планируется установить взаимосвязи показателей свойств глинистых грунтов с составом и содержанием в них минеральных наночастиц. | ||
| 2 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Изучение влияния состава и содержания наночастиц в природных глинистых грунтах на их свойства |
| Результаты этапа: Исследования состава, строения и свойств образцов морских глинистых образований оксфордского яруса юрской системы из района Люблинских полей фильтрации (ЛПФ) показали, что для них характерно высокое содержание высокодисперсных (< 0,1 мкм) минеральных частиц, в основном глинистых минералов. Такие образования в грунтах относятся к минеральным ноночастицам, и в силу своей высокой дисперсности, а значит и большой удельной поверхности, обладают высокой сорбционной способностью и, соответственно, могут способствовать накоплению техногенных органических веществ в грунтах. Содержание наночастиц в образцах юрских отложений достигает 30-40 %. Сопоставляя данные анализа распределения техногенного органического вещества и содержания наночастиц в образцах юрских глин из основания ЛПФ, наблюдается закономерное увеличение содержания в них органического вещества с повышенным содержанием ультрадисперсной фракции наночастиц. Таким образом, можно сделать вывод, что присутствие высокого содержания минеральных наночастиц (в основном смектита и каолинита) в юрских глинистых грунтах повышает их сорбционные свойства и затрудняет миграцию техногенных органических веществ, содержащихся в ОСВ. Изучение состава и строения ледниковых глинистых образований московского региона, московской и донской морены, показали, что в их глинистой фракции присутсвует 30-78% наночастиц, которые в основном представлены тончайшими частицами глинистых минералов, а также частицами тонкодисперсного кварца и оксидов железа. При этом отмечается, что во многих образцах донской морены в составе присутсвует небольшое содержание кальцита. Полученные данные позволят на следующем этапе выполнения проекта установить взаимосвязи показателей свойств глинистых грунтов с составом и содержанием в них ультрадисперсных наночастиц, что, в свою очередь, позволит лучше понять и прогнозировать свойства глинистых грунтов под нагрузкой и при изменении условий окружающей их среды. | ||
| 3 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Влияние минеральных наночастиц природных глинистых грунтов на их свойства |
| Результаты этапа: Проект ориентирован на установление закономерностей влияния ультрадисперсной фракции минеральных наночастиц (фракция < 0.1 мкм), присутствующих в природных глинистых грунтах различного генезиса, на их свойства. В результате реализации проекта проекта были получены данные о содержании, составе и строении ультрадисперсной фракции наночастиц в образцах глинистых грунтов гидротермального, ледникового и морского генезиса. Результаты исследований показали, что содержание наночастиц в глинистой фракции образцов морских юрских отложений достигает 30-40 %. Присутствие высокого содержания минеральных наночастиц (в основном смектита и каолинита) в юрских глинистых грунтах повышает их сорбционные свойства и затрудняет миграцию техногенных органических веществ. Изучение состава и строения ледниковых глинистых образований московского региона (московской и донской морен) показали, что в их глинистой фракции моренных суглинков присутствует от 30 до 78 % наночастиц, которые в основном представлены тончайшими частицами глинистых минералов (каолинита, гидрослюды, смектита), а также частицами тонкодисперсного кварца, оксидов железа, а так же в некоторых образцах моренных отложений донского оледенения высокодисперсных и нитевидных кристаллов кальцита. Присутствие в образцах большого количества наночастиц приводит к увеличению количества и площади контактов между структурными элементами, что, в свою очередь, оказывает влияние на их прочность и характер деформируемости. Присутствие высокодисперсных карбонатных минералов также может способствовать цементации глинистой матрицы, повышая прочность грунта. | ||
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".