Влияние на устойчивость отвалов гидроизоляции основания с применением геосинтетических материалов (геомембран)

В соответствии с требованиями строительных правил в области проектирования объектов размещения отходов производства (СП 127.13330.2023) отвалы вскрышных пород и других твердых отходов при наличии угрозы загрязнения подземных и поверхностных вод должны быть изолированы от породных массивов посредством противофильтрационных экранов. Использование полимерных изолирующих материалов в основании отвалов предопределяет необходимость постановки специальных исследований, моделирующих работу этих материалов в контакте с породным массивом. Представлены результаты изучения контактных взаимодействий двух видов грунтов с геомембранами HDPE (ПНД) с различными типами поверхности (гладкая, текстурированная и с прикатанным геотекстилем). Испытания проведены по стандарту ISO 12957-1:2018 «Geosynthetics – Determination of friction characteristics – Part 1: Direct shear test» методом прямого сдвига в приборе с большой площадью среза (500 см2). Параметры сопротивления сдвигу контакта «грунт / геомембрана» зависят от шероховатости поверхности геосинтетического материала, но в любом случает ниже, чем у чистого грунта. Геомеханическими расчетами показано, что гидроизоляция в основании отвалов с использованием геосинтетических материалов снижает устойчивость откосов сооружений за счет появления искусственного ослабленного контакта при отсыпке пород на прочное основание и формирования избыточного порового давления в водонасыщенных отложениях при отсыпке на слабое основание.

Кутепова Н. А., Кутепов Ю. И., Васильева А. Д., Кутепов Ю. Ю. Влияние на устойчивость отвалов гидроизоляции основания с применением геосинтетических материалов (геомембран) // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 1. – С. 47–65. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_1_0_47.

Кутепова Надежда Андреевна¹ — д-р техн. наук, главный научный сотрудник, e-mail: Kutepova_NA@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0009-0006-3803-7222,
Кутепов Юрий Иванович¹ — д-р техн. наук, профессор, зав. лабораторией, e-mail: Kutepov_YuI@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0009-0004-3333-5699,
Васильева Анастасия Дмитриевна¹ — канд. техн. наук, научный сотрудник, e-mail: Vasileva_AD@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-2769-3738,
Кутепов Юрий Юрьевич¹ — канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: Kutepov_YuYu@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0003-3698-3072,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II,

Васильева А.Д., e-mail: Vasileva_AD@pers.spmi.ru.

1. Кочетков А. В., Щеголева Н. В., Коротковский С. А., Талалай В. В., Васильев Ю. Э., Шашков И. Г. Устройство слоев транспортных сооружений из фосфогипса полугидрата (отхода — побочного продукта производства азотно-фосфорных удобрений) // Транспортные сооружения. — 2019. — № 1. DOI: 10.15862/18SATS119. URL: https://t-s.today/PDF/18SATS119.pdf.

2. Пашкевич М. А., Патокин Д. А., Данилов А. С. Утилизация нитроцеллюлозосодержащих отходов химической промышленности с получением минеральных почвенных добавок // Экология и промышленность России. — 2024. — Т. 28. — № 6. — С. 10—17. DOI: 10.18412/18160395-2024-6-10-17.

3. Чукаева М. А., Поваров В. Г., Сверчков И. П. Железосодержащие отходы металлообработки как хемосорбент для очистки сточных вод от ионов молибдена // Вестник Московского университета. Серия 2: Химия. — 2020. — Т. 61. — С. 43—51.

4. Isteri V., Ohenoja K., Hanein T., Kinoshita H., Holger Kletti H., Rößler С., Tanskanen P., Illikainen M., Fabritius T. Ferritic calcium sulfoaluminate belite cement from metallurgical industry residues and phosphogypsum: Clinker production, scale-up, and microstructural characterization // Cement and Concrete Research. 2022, vol. 154, article 106715. DOI: 10.1016/j.cemconres.2022.106715.

5. Tayibi H., Choura M., López F. A., Alguacil F. J., López-Delgado A. Environmental impact and management of phosphogypsum (review) // Journal of Environmental Management. 2009, vol. 90, pp. 2377—2386.

6. Недбаев И. С., Цывкунова Н. В., Елсукова Е. Ю. Обзор российского и мирового опыта решения экологических проблем производства, хранения, переработки и использования фосфогипса // Вестник евразийской науки. — 2022. — Т. 14. — № 4. URL: https://esj.today/PDF/ 10NZVN422.pdf.

7. Matveeva V. A., Smirnov Y. D., Suchkov D. V. Industrial processing of phosphogypsum into organomineral fertilizer // Environ Geochem Health. 2022, vol. 44, pp. 1605—1618. DOI: 10.1007/ s10653-021-00988-x.

8. Макаров А. Б., Хасанова Г. Г., Талалай А. Г. Техногенные месторождения: особенности исследований // Известия Уральского государственного горного университета. — 2019. — № 3(55). — С. 58—62. DOI: 10.21440/0536-1028-2022-3-120-129.

9. Pashkevich M. A., Petrova T. A. Technogenic impact of sulphide-containing wastes produced by ore mining and processing at the ozernoe deposit: investigation and forecast // Journal of Ecological Engineering. 2017, vol. 18, no. 6, pp. 127—133. DOI: 10.12911/22998993/76700.

10. Mihaljevič M., Baieta R., Ettler V., Vaněk A., Kříbek B., Penížek V., Drahota P., Trubač J., Sracek O., Chrastný V., Mapani B. S. Tracing the metal dynamics in semi-arid soils near mine tailings using stable Cu and Pb isotopes // Chemical Geology. 2019, vol. 515, pp. 61—76. DOI: 10.1016/j. chemgeo.2019.03.026.

11. Xiaoyang Liu, Huading Shi, Zhongke Bai, Wei Zhou, Kun Liu, Minghao Wang, Yujie He Heavy metal concentrations of soils near the large opencast coal mine pits in China // Chemosphere. 2020, vol. 244, article 125360. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2019.125360.

12. Батугин А. С., Кобылкин А. С., Мусина В. Р. Исследование влияния геодинамической позиции углепородных отвалов на их эндогенную пожароопасность // Записки Горного института. — 2021. — Т. 250. — С. 526—533. DOI: 10.31897/PMI.2021.4.5.

13. Смирнов Ю. Д., Сучкова М. В. Перспективы полезного использования золы сжигания осадка сточных вод в народном хозяйстве // Вода и экология: проблемы и решения. — 2019. — № 3 (79). — С. 16—25.

14. Бекболотова А. К., Токтогулов А. Ж. Воздействие хвостохранилищ на подземные воды горных районов // Известия КГТУ им. И. Раззакова. — 2014. — № 31. — С. 415—417.

15. Семячков А. И., Почечун В. А., Семячков К. А. Гидрогеоэкологические условия техногенных подземных вод в объектах размещения отходов // Записки Горного института. — 2023. — Т. 260. — С. 168—179. DOI: 10.31897/PMI.2023.24.

16. Пашкевич М. А., Петрова Т. А., Сверчков И. П. Свойства обводненных отходов обогащения угля и перспективы их рециклинга // Обогащение руд. — 2017. — № 1. — С. 46—51. DOI: 10.17580/or.2017.01.09.

17. Терещенко С. В., Марчевская В. В., Павлишина Д. Н. Пути снижения негативного воздействия горного производства на окружающую природную среду // Вестник Кольского научного центра РАН. — 2016. — № 4. — С. 62—66.

18. Nathalie Touze-Foltz, Haijian Xie, Guillaume Stoltz Performance issues of barrier systems for landfills. A review // Geotextiles and Geomembranes. 2021, vol. 49, no. 2, pp. 475—488. DOI: 10.1016/j.geotexmem.2020.10.016.

19. Глаговский В. Б., Сольский С. В., Лопатина М. Г., Дубровская Н. В., Орлова Н. Л. Геосинтетические материалы в гидротехническом строительстве // Гидротехническое строительство. — 2014. — № 9. — С. 23—27.

20. Саинов М. П., Зверев А. О. Противофильтрационные элементы грунтовых плотин из геосинтетических материалов // Инновации и инвестиции. — 2018. — № 1. — С. 201—210.

21. Сольский С. В., Гладштейн О. И., Зеленский И. Г. Современные решения применения геосинтетических материалов на грунтовых сооружениях // Гидротехника. — 2023. — № 4. — С. 62—66. DOI: 10.55326/22278400_2023_4_62.

22. Жабко А. В. О проблемах и современных методах оценки устойчивости откосов на открытых горных работах // Проблемы недропользования. — 2018. — № 3(18). — С. 96—107. DOI: 10.25635/2313-1586.2018.03.096.

23. Павлович А. А., Хорева А. Ю. Определение прочностных свойств отвальной массы для оценки устойчивости откосов отвалов // Горный журнал. — 2023. — № 5. — С. 55—61. DOI: 10.17580/gzh.2023.05.08.

24. Бахаева С. П., Гурьев Д. В. Прогноз устойчивости насыпных дамб с учетом пространственной изменчивости прочностных свойств суглинистых грунтов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2020. — № 1. — С. 23—32. DOI: 10.15372/ FTPRPI20200103.

25. Шабаров А. Н., Носков В. А., Павлович А. А., Черепов А. А. Понятие геомеханического риска при ведении открытых горных // Горный журнал. — 2022. — № 9. — С. 22—28. DOI: 10.17580/gzh.2022.09.04.

26. Ческидов В. В., Маневич А. И., Липина А. В. Получение и анализ больших данных в практике мониторинга состояния горнотехнических сооружений // Горная промышленность. — 2019. — № 2 (144). — С. 86—88.

27. Маринин М. А., Карасев М. А., Поспехов Г. Б., Поморцева А. А., Кондакова В. Н., Сушкова В. И. Комплексное изучение фильтрационных свойств окомкованных песчано-глинистых руд и режимов фильтрации в штабеле кучного выщелачивания // Записки Горного института. — 2023. — Т. 259. — С. 30—40. DOI: 10.31897/PMI.2023.7.

28. Stoltz G., Nicaise S., Veylon G., Poulain D. Determination of geomembrane — protective geotextile friction angle: An insight into the shear rate effect // Geotextiles and Geomembranes. 2020, vol. 48, no. 2, pp. 176—189. DOI: 10.1016/j.geotexmem.2019.11.007.

29. Abdelaal F. B., Morsy M. S., Rowe R. K. Long-term performance of a HDPE geomembrane stabilized with HALS in chlorinated water // Geotextiles and Geomembranes. 2019, vol. 47, no. 6, pp. 815—830. DOI: 10.1016/j.geotexmem.2019.103497.

30. Husein Malkawi D. A., Husein Malkawi A. I., Bani-Hani K. A. Slope stability analysis for the phosphogypsum stockpiles: A case study for the sustainable management of the phosphogypsum stacks in Aqaba Jordan // Sustainability. 2022, vol. 14, article 15763. DOI: 10.3390/su142315763.