Evaluation of moraine loams' filtration properties

Abstract

In Lithuania, surface moraine loam, clay and other lithologic varieties with low permeability take around 60% of the territory. Roads, railway tracks, bridges, dumps intended for keeping waste of different level of danger and other overground structures are built in these areas. Moraine formations with low water permeability become the foundation for earth bank, roads, bridge supports, dumps and other engineering structures. Through these foundations water filtration, infiltration, movement of capillary water and evaporation to the atmosphere continue during the entire period of operation. In wintertime, the volumetric changes of water, contained and freezing in these soils, and water migration in soil towards the surface of freezing determine deformations of foundations or road surface and the occurrence of frost cracks. All the mentioned water migration processes in the layers take place in various directions and in different intensity. This determines the change in geomechanical and geofiltration properties of foundation soils. Foundation soil deformations are likely also due to the processes of drying, bloating and filtration of clayey soils. Thus, the goal of the present work is to evaluate the evolution of filtration features and evaporation intensity of moraine loam in time. The continuous duration of laboratory investigations was over 10 months. For filtration, the filtrometer was used containing the Proctor Standard moulds, water deaeration device and pressure measuring stand with three tubes of different diameter (piezometers). Water and air temperature and relative humidity of the laboratory were measured during each experiment.

Lietuvoje žemės paviršiuje slūgsantys moreniniai priemoliai, moliai ir kitos mažai laidžios vandeniui litologinės atmainos užima apie 60 % teritorijos. Šiuose plotuose tiesiami automobilių keliai, geležinkelių bėgiai, statomi tiltai, įrengiami įvairaus pavojingumo atliekoms saugoti skirti sąvartynai ir kiti antžeminiai statiniai. Moreninės nuogulos, mažai laidžios vandeniui, tampa žemės sankasos, kelių, tiltų atramų, sąvartynų ir kitų inžinerinių statinių pagrindu. Per šias pagrindo uolienas vyksta vandens filtracija, infiltracija, kapiliarinio vandens judėjimas ir garavimas į atmosferos orą visą inžinerinio statinio eksploatacijos laikotarpį. Žiemą šiose uolienose esančio ir užšąlančio vandens tūriniai pokyčiai bei vykstanti vandens migracija uolienoje paviršiaus link, kurį veikia šaltis, sukelia statinių pagrindo ar kelio paviršiaus deformacijas ir atsirandančius plyšius dėl šalčio poveikio. Pagrindo sluoksnyje visi minėti vandens migracijos procesai vyksta skirtingomis kryptimis ir skirtingu greičiu, o tai ir lemia pagrindo uolienų geomechaninių, geofiltracinių, stiprumo ir deformacinių savybių kaitą. Pagrindo uolienų deformacijos taip pat galimos ir dėl molingų uolienų džiūvimo, brinkimo ir filtracijos. Taigi šio darbo tikslas – įvertinti moreninio priemolio filtracinių savybių ir garavimo intensyvumo evoliuciją laikui einant. Nenutrūkstamų tyrimų trukmė laboratorijoje vyko daugiau nei 10 mėnesių. Filtracijai vykdyti naudotas filtrometras, sudarytas iš Proctoro kameros, oro iš vandens šalinimo įrenginio ir spūdžio matavimo stendo su trimis skirtingo skersmens vamzdeliais (pjezometrais). Visų eksperimentų metu taip pat matuota vandens ir oro temperatūra bei santykinis laboratorijos oro drėgnumas.