The Upper Kotlin clays of the Saint Petersburg region as a foundation and medium for unique facilities: an engineering-geological and geotechnical analysis
About authors
- 1 — Ph.D., Dr.Sci. Professor Saint Petersburg Mining University ▪ Orcid ▪ Elibrary ▪ Scopus ▪ ResearcherID
- 2 — Postgraduate Student Saint Petersburg Mining University ▪ Orcid
Abstract
The article reviews the issues concerned with correctness of the engineering-geological and hydrogeological assessment of the Upper Kotlin clays, which serve as the foundation or host medium for facilities of various applications. It is claimed that the Upper Kotlin clays should be regarded as a fissured-block medium and, consequently, their assessment as an absolutely impermeablestratum should be totally excluded. Presence of a high-pressure Vendian aquifer in the lower part of the geological profile of the Vendian sediments causes inflow of these saline waters through the fissured clay strata, which promotes upheaval of tunnels as well as corrosion of their lining. The nature of the corrosion processes is defined not only by the chemical composition and physical and chemical features of these waters, but also by the biochemical factor, i.e. the availability of a rich microbial community. For the first time ever, the effect of saline water inflow into the Vendian complex on negative transformation of the clay blocks was studied. Experimental results revealed a decrease in the clay shear resistance caused by transformation of the structural bonds and microbial activity with the clay’s physical state being unchanged. Typification of the Upper Kotlin clay section has been performed for the region of Saint Petersburg in terms of the complexity of surface and underground building conditions. Fissuring of the bedclays, the possibility of confined groundwater inflow through the fissured strata and the consequent reduction of the block strength as well as the active corrosion of underground load-bearing structures must be taken into account in designing unique and typical surface and underground facilities and have to be incorporated into the normative documents.
Keywords:
Upper Kotlin clays
fissured-block medium
Vendian aquifer system
groundwater inflow
tunnel deformation
typification of geological profile
reduction in clay strength
micro-organisms
biocorrosion
10.31897/PMI.2022.13
References
- Безродный К.П., Лебедев М.О. О нагрузках от горного давления на обделки тоннелей закрытого способа работ // Записки Горного института. 2017. Т. 228. С. 649-653. DOI: 10.25515/PMI.2017.6.649
- Лавренко С.А., Королев И.А. Исследование процесса разрушения кембрийских глин резанием при проходке выработок метро Санкт-Петербурга // Горный журнал. 2018. № 2. С. 53-58. DOI: 10.17580/gzh.2018.02.08
- Yungmeyster D.A., Isaev A.I. Rationale for the parameters of bore hammer for tunneling the service roadways in cambrian clays // Journal of Industrial Pollution Control. 2017. Vol. 33. Iss. 1. P. 920-925.
- Ерзова В.А., Румынин В.Г., Никуленков А.М., Владимиров К.В., Судариков С.М. Прогноз миграции радионуклидов в подземных водах в зоне влияния строительного дренажа Ленинградской АЭС-2 // Записки Горного института. 2022. С. 1-18 (Online first). DOI: 10.31897/PMI.2022.27
- Gusev V.N., Maliukhina E.M., Volokhov E.M. et al. Assessment of development of water conducting fractures zone in the massif over crown of arch of tunneling (construction) // International Journal of Civil Engineering and Technology (discontinued). 2019. Vol. 10. № 2. P. 635-643.
- Протосеня А.Г., Вербило П.Э. Изучение прочности на сжатие трещиноватого горного массива // Записки Горного института. 2017. Т. 223. C. 51-57. DOI: 10.18454/PMI.2017.1.51
- Protosenya A.G., Karasev M.A., Verbilo P.E. The prediction of elastic-plastic state of the soil mass near the tunnel with taking into account its strength anisotropy // International Journal of Civil Engineering and Technology. 2017. Vol. 8. Iss.11. P. 682-694.
- Volokhov E.M., Kireeva V.I. Analysis of the results of field studies of geomechanical processes in construction of large transport tunnels with the use of a mechanized tunnelboring complex with work face earth pressure balance in the special conditions of voids compensation in the rock massif // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2017. Vol. 12. Iss. 20. P. 5811-5821.
- Chaminé H.I., Afonso M.J., Trigo J.F. et al. Site appraisal in fractured rock media: coupling engineering geological mapping and geotechnical modelling // European Geologist Journal. 2021. Vol. 51. P. 30-38. DOI: 10.5281/zenodo.4948771
- Davidson J., Castelletti M., Torres I. Pile driving prediction for monopile foundations in London clay // Proceedings of the XVII ECSMGE, 1-6 September 2019. Reykjavík, Iceland. ECSMGE, 2019. P. 1-9. DOI: 17ecsmge-2019-Y-XXXX
- Rosone M., Ziccarelli M., Ferrari A., Farulla C.A. On the reactivation of a large landslide induced by rainfall in highly fissured clays // Engineering Geology. 2018. Vol. 235. P. 20-38. DOI: 10.1016/j.enggeo.2018.01.016
- Vitone C., Guglielmi S., Pedone G., Cotecchia F. Effects of micro-to meso-features on the permeability of fissured clays // Géotechnique Letters. 2019. Vol. 9. Iss. 4. P. 369-376. DOI: 10.1680/jgele.18.00237
- Подковыров В.Н., Котова Л.Н. Литогеохимия и условия формирования отложений верхнего венда и нижнего кембрия северо-запада Балтийской моноклинали // Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле. 2020. Т. 65. № 3. С. 600-619. DOI: 10.21638/spbu07.2020.310
- Бажин Н.П., Петров В.А., Карташов Ю.М., Баженов А.И. Результаты исследования физико-механических свойств кембрийских глин // Горное давление, сдвижение горных пород и методика маркшейдерских работ: Труды ВНИМИ. 1964. Вып. LIII. С. 49-63.
- Дашко Р.Э. Инженерно-геологический анализ и оценка водонасыщенных глинистых пород как основания сооружений. СПб: Институт «Геореконструкция», 2015. 382 с.
- Ломтадзе В.Д. Физико-механические свойства нижнекембрийских глин северо-западной окраины Русской платформы // Записки Ленинградского горного института. 1958. Т. 34 (2). С. 154-188.
- Багринцева К.И. Трещиноватость осадочных пород. М.: Недра, 1982. 256 с.
- 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.-минерал. наук. СПб: Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», 2015. 20 с.
- Feeser V. On the mechanics of glaciotectonic contortion of clays // Glaciotectonics: forms and processes. Various meetings of the glaciotectonics work group. 1988. P. 63-76.
- Деменков П.А., Голдобина Л.А., Трушко О.В. Метод прогноза деформации земной поверхности при устройстве котлованов в условиях плотной городской застройки с применением способа «стена в грунте» // Записки Горного института. 2018. Т. 233. С. 480-486. DOI: 10.31897/PMI.2018.5.480
- Ilyukhina E., Lakhman S., Miller A., Travush V. Structures of the high-rise building «Lakhta center» in Saint-Petersburg // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2019. Vol. 15. № 3. P. 14-39. DOI: 10.22337/2587-9618-2019-15-3-14-39
- ТравушВ.И., ШулятьевО.А., ШулятьевС.О. идр. Анализ результатов геотехнического мониторинга башни «Лахта Центра» // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2019. № 2. С. 15-21.
- Жукова А.М. Инженерно-геологические и гидрогеологические особенности оценки условий строительства и эксплуатации высотных зданий (на примере локальной зоны правобережья р. Невы) // Записки Горного института. 2010. Т. 186. С. 13-17.
- Жукова А.М. Инженерно-геологическое обоснование строительства высотных зданий в г. Санкт-Петербурге: Автореферат дис. ... канд. геол.-минерал. наук. СПб: Санкт-Петербургский государственный горный университет, 2011. 20 с.
- Котюков П.В. Инженерно-геологическое и гидрогеологическое обеспечение эксплуатационной надежности подземных транспортных сооружений в Санкт-Петербурге (на примере перегонных тоннелей «Елизаровская – Ломоносовская», «Обухово – Рыбацкое»): Автореферат дис. ... канд. геол.-минерал. наук. СПб: Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова, 2010. 20 с.
- Шатская Е.Ю. Инженерно-геологическое обоснование условий строительства и эксплуатации подземных транспортных сооружений в пределах исторической части Санкт-Петербурга: Автореферат дис. ... канд. геол.-минерал. наук. СПб: Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова, 2010. 20 с.
- Dashko R.E., Kotiukov P.V. Fractured clay rocks as a surrounding medium of underground structures: The features of geotechnical and hydrogeological assessment // ISRM European Rock Mechanics Symposium – EUROCK 2018, 22-26 May 2018, St. Petersburg, Russia. OnePetro, 2018. P. 241-248. DOI: 10.1201/9780429462078-25/
- Hilpmann S., Drobot B., Steudtner R. et al. Uranium (VI) reduction by a sulphate-reducing microorganism in Opalinus Clay pore water // Tage der Standortauswahl. 2021. P. 147.
- Emerson D. The role of iron-oxidizing bacteria in biocorrosion: a review // Biofouling. 2018. Vol. 34. Iss. 9. P. 989-1000. DOI: 10.1080/08927014.2018.1526281
- Kalajahi S.T., Rasekh B., Yazdian F. et al. Corrosion behaviour of X60 steel in the presence of sulphate-reducing bacteria (SRB) and iron-reducing bacteria (IRB) in seawater // Corrosion Engineering, Science and Technology. 2021. Vol.56. Iss. 6. P. 543-552. DOI: 10.1080/1478422X.2021.1919840
- Loto C.A. Microbiological corrosion: mechanism, control and impact – a review // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017. Vol. 92. Iss. 9. С. 4241-4252. DOI: 10.1007/s00170-017-0494-8
- Efe D., Ertan B., Savas M., Orhan F. Isolation and Identification of Bacteria with silicium dissolution ability from boron clay // International Journal of Scientific & Engineering Research. 2019. Vol. 10. Iss. 9. P. 26-29.
- Fomina M., Skorochod I. Microbial Interaction with Clay Minerals and Its Environmental and Biotechnological Implications // Minerals. 2020. Vol. 10. Iss. 10. № 861. DOI: 10.3390/min10100861
- Černoušek T., Shrestha R., Kovářová H. et al. Microbially influenced corrosion of carbon steel in the presence of anaerobic sulphate-reducing bacteria // Corrosion Engineering, Science and Technology. 2020. Vol. 55. Iss. 2. P. 127-137. DOI: 10.1080/1478422X.2019.1700642
- Chen H., Kimyon Ö., Ramandi H.L. et al. Microbiologically influenced stress corrosion cracking responsible for catastrophic failure of cable bolts // Engineering Failure Analysis. 2021. Vol. 131. №105884. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2021.105884
- Ковязин В.Ф., Скачкова М.Е., Дьячкова И.С. Историко-культурная оценка урбанизированных территорий как часть кадастровой, землеустроительной и оценочной деятельности // Геодезия и картография. 2020. № 12. С. 57-62. DOI: 10.22389/0016-7126-2020-966-12-57-62
Similar articles
Tensor compaction of porous rocks: theory and experimental verification
2022 Ivan A. Panteleev, Vladimir Lyakhovsky, Virginiya A. Mubassarova, Vladimir I. Karev, Nikolaj I. Shevtsov, Eyal Shalev
Study of a set of factors influencing the error of surveying mine facilities using a geodesic quadcopter
2022 Vladimir N. Gusev, Aleksandr A. Blishchenko, Anna P. Sannikova
Study of the kinetics of the process of producing pellets from red mud in a hydrogen flow
2022 Akhmed A. Khalifa, Vladimir Yu. Bazhin, Yana V. Ustinova, Mokhamed E. Shalabi
Mullite production: phase transformations of kaolinite, thermodynamics of the process
2022 Olga B. Kotova, Vladimir A. Ustyugov, Shiyong Sun, Alexey V. Ponaryadov