nznistuНауки о Земле и недропользованиеEarth sciences and subsoil use2686-99932686-7931Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Irkutsk National Research Technical University"10.21285/2686-9993-2025-48-3-281-295DGQEAMnznistu-418Research ArticleСтатьиКомплексный подход к лабораторным исследованиям деформационно-прочностных свойств техногенных грунтов на примере обвально-осыпных отложений карьера «Айхал» (Якутия)An integrated approach to laboratory studies of deformation and strength properties of man-made soils on example of landslide deposits of Aikhal open-pit mine (Yakutia)https://orcid.org/0009-0004-2628-1071ДушкинЕ. П.DushkinE. P.

Душкин Егор Павлович, аспирант, ведущий инженер лаборатории инженерной геологии и геоэкологии

г. Иркутск

Egor P. Dushkin, Postgraduate Student, Leading Engineer of the Laboratory of Engineering Geology and Geoecology

Irkutsk

dushkin@crust.irk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6253-6140АкуловаВ. В.AkulovaV. V.

Акулова Варвара Викторовна, кандидат геолого-минералогических наук, ведущий эксперт лаборатории инженерной геологии и геоэкологии

г. Иркутск

Varvara V. Akulova, Cand. Sci. (Geol. & Mineral.), Leading Expert of the Laboratory of Engineering Geology and Geoecology

Irkutsk

akulova@crust.irk.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2615-8423РыбченкоА. А.RybchenkoA. A.

Рыбченко Артем Александрович, кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией инженерной геологии и геоэкологии

г. Иркутск

Artem A. Rybchenko, Cand. Sci. (Geol. & Mineral.), Head of the Laboratory of Engineering Geology and Geoecology

Irkutsk

rybchenk@crust.irk.ruИнститут земной коры Сибирского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of the Earth’s Crust of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202510112025483281295Copyright © Душкин Е.П., Акулова В.В., Рыбченко А.А., 20252025Душкин Е.П., Акулова В.В., Рыбченко А.А.Dushkin E.P., Akulova V.V., Rybchenko A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nznj.ru/jour/article/view/418

Эффективность отработки подкарьерных запасов алмазных кимберлитовых трубок Якутии во многом определяется состоянием техногенных предохранительных массивов. Обычно они представляют собой рудопородную подушку, а иногда – рудный целик, перекрытый техногенно измененными и переотложенными грунтами, которые сформировались в результате интенсификации выветривания и развития гравитационных процессов (осыпей, обвалов, оползней и др.) в бортах карьера. Целью проведенного исследования являлась комплексная оценка деформационно-прочностных свойств техногенных обвально-осыпных отложений, сформированных на дне карьера «Айхал» и определяющих безопасность ведения подземных горных работ. Лабораторные исследования грунтов включали гранулометрический, минералого-петрографический, химический, геомеханический и другие анализы. Дополнительно проведены экспериментальные исследования деформационного потенциала обломочных и дисперсных грунтов. Реализация комплексного подхода к исследованию техногенных отложений позволила выявить их особенности, заключающиеся в высокой степени неоднородности их состояния и свойств. Грунты представлены преимущественно щебнем и дресвой с супесчано-суглинистым заполнителем. Крупнообломочный материал характеризуется широким спектром показателей выветрелости и прочности (от слабо- до сильновыветрелых и от прочных до малопрочных). Наличие малопрочных обломков в составе отложений способствует их преждевременному разрушению. Тонкодисперсные грунты отличаются аномально низкими значениями деформационно-прочностных параметров, что позволило характеризовать их как структурно-неустойчивые, склонные к проявлению текучести.

The efficiency of mining the underground reserves of diamond kimberlite pipes in Yakutia is largely determined by the condition of man-made protective massifs. These typically consist of an ore cushion, or sometimes an ore pillar, overlain by man-made altered and redeposited soils formed as a result of intensified weathering and development of gravitational processes (talus, rock falls, landslides, etc.) within the quarry walls. The purpose of this study is to comprehensively assess the deformation and strength properties of man-made landslide deposits formed at the bottom of the Aikhal open-pit mine and determining the safety of underground mining operations. Laboratory studies of soils included granulometric, mineralogical-petrographic, chemical, geomechanical, and other types of analyses. Additionally, experimental studies of the deformation potential of detrital and dispersed soils were conducted. The use of an integrated approach to studying man-made sediments revealed their distinctive features, including a high degree of heterogeneity in their state and properties. The soils are composed primarily of crushed rock and gravel with sandy loam aggregate. The coarse-grained material is characterized by a wide range of weathering and strength parameters (from slightly to highly weathered and from strong to soft). The presence of soft fragments in the composition of sediments contributes to their premature destruction. Fine-grained soils are characterized by abnormally low values of deformation and strength parameters, which allowed them to be characterized as structurally unstable and prone to yielding.

техногенные грунтыобвально-осыпные отложенияАйхалдеформационно-прочностные свойствалабораторные исследованияtechnogenic soilslandslide depositsAikhaldeformation and strength propertieslaboratory studiesИсследование проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (грант № 075-15-2024-533, проект «Фундаментальные исследования Байкальской природной территории на основе системы взаимосвязанных базовых методов, моделей, нейронных сетей и цифровой платформы экологического мониторинга окружающей среды»). Работа выполнена с использованием оборудования и инфраструктуры Центра коллективного пользования «Геодинамика и геохронология» Института земной коры Сибирского отделения Российской академии наук.The study was supported by the Russian Ministry of Education and Science (grant no. 075-15-2024-533, project “Fundamental research of the Baikal natural territory based on a system of interrelated basic methods, models, neural networks and a digital platform of environmental monitoring”). The work was conducted using the equipment and infrastructure of the Centre for Geodynamics and Geochronology at the Institute of the Earth’s Crust of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences.ReferencesОгородникова Е.Н., Николаева С.К., Дургалян М.Г., Абакумова Н.В. Рациональное использование техногенных грунтов – отходов производств // Актуальные проблемы экологии и природопользования: сборник научных трудов XVIII Всерос. науч.-практ. конф. / отв. ред. Т.Н. Ледащева (г. Москва, 23–24 ноября 2017 г.). М.: Изд-во РУДН, 2017. С. 201–206. EDN: YRJKWJ.Ogorodnikova E.N., Nikolaeva S.K., Durgalyan M.G., Abakumova N.V. Rational use of man-made soils – production wastes. In: Ledashcheva T.N. (ed.). Aktual’nye problemy ehkologii i prirodopol’zovaniya: sbornik nauchnykh trudov XVIII Vseros. nauch.-prakt. konf. = Relevant problems of ecology and nature management: collected scientific papers of the 18 th All-Russian scientific and practical conference. 23–24 November 2017, Moscow. Moscow: People’s Friendship University of Russia; 2017, p. 201-206. (In Russ.). EDN: YRJKWJ.Несмеянов С.А., Воейкова О.А. Техногенная формация – характерный признак техногенного этапа истории Земли // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2020. № 1. С. 18–21. https://doi.org/10.31857/S0869780920010147. EDN: MXIHXM.Nesmeyanov S.A., Voeikova O.A. Technogenic formation as a characteristic feature of the technogenic stage in the Earth’s history. Geoekologiya. Inzhenernaya geologiya, gidrogeologiya, geokriologiya. 2020;1:18-21. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S0869780920010147. EDN: MXIHXM.Huot H., Simonnot M.O., Morel J.L. Pedogenetic trends in soils formed in technogenic materials // Soil Science. 2015. Vol. 180. Iss. 4/5. P. 182–192. https://doi.org/10.1097/SS.0000000000000135.Huot H., Simonnot M.O., Morel J.L. Pedogenetic trends in soils formed in technogenic materials. Soil Science. 2015;180(4/5):182-192. https://doi.org/10.1097/SS.0000000000000135.Hulisz P., Pindral S., Kobierski M., Charzyński P. Technogenic layers in оrganic soils as a result of the impact of the soda industry // Eurasian Soil Science. 2018. Vol. 51. Iss. 10. P. 1133–1141. https://doi.org/10.1134/S1064229318100046.Hulisz P., Pindral S., Kobierski M., Charzyński P. Technogenic layers in organic soils as a result of the impact of the soda industry. Eurasian Soil Science. 2018;51(10):1133-1141. https://doi.org/10.1134/S1064229318100046.Uzarowicz Ł., Charzyński P., Greinert A., Hulisz P., Kabała C., Kusza G., et al. Studies of technogenic soils in Poland: past, present, and future perspectives // Soil Science Annual. 2020. Vol. 71. Iss. 4. P. 281–299. https://doi.org/10.37501/sVoloilsa/131615.Uzarowicz Ł., Charzyński P., Greinert A., Hulisz P., Kabała C., Kusza G., et al. Studies of technogenic soils in Poland: past, present, and future perspectives. Soil Science Annual. 2020;71(4):281-299. https://doi.org/10.37501/soilsa/131615.Сазонова С.А., Пономарев А.Б. О необходимости комплексного изучения свойств техногенных грунтов и использования их в качестве оснований зданий // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. 2013. № 2. С. 98–106. EDN: RBQSIJ.Sazonova S.A., Ponomarev A.B. On the need for a comprehensive study of the properties of man-made soils and their use as building foundations. Vestnik Permskogo natsional’nogo issledovatel’skogo politekhnicheskogo universiteta. Stroitel’stvo i arkhitektura. 2013;2:98-106. (In Russ.). EDN: RBQSIJ.Лолаев А.Б., Рященко Т.Г., Акулова В.В., Бадоев А.С., Тваури И.В. Комплексное исследование состава, структуры и свойств техногенных грунтов // Научные труды Вольного экономического общества России: труды региональной площадки МАЭФ-2021: экономика, экология, энергетика отдаленных территорий. (г. Владикавказ, 22 мая 2021 года – 24 мая 2022 года). Владикавказ: Изд-во ГГАУ, 2021. С. 122–134. EDN: WQOOXT.Lolaev A.B., Ryashchenko T.G., Akulova V.V., Badoev A.S., Tvauri I.V. Complex research of structure and properties of the technogenic soils. In: Nauchnye trudy Vol’nogo ehkonomicheskogo obshchestva Rossii: trudy regional’noi ploshchadki MAEF-2021: ekonomika, ekologiya, energetika otdalennykh territorii = Scientific Works of the Free Economic Society of Russia: Proceedings of the MAEF-2021 regional site: economics, ecology, energy of remote territories. 22 May 2021 – 24 May 2022, Vladikavkaz. Vladikavkaz: Gorsky State Agrarian University; 2021; p. 122-134. (In Russ.). EDN: WQOOXT.Сафиуллина И.С., Хайрулина Л.А., Шайнурова А.Р. К вопросу об изучении физико-механических свойств грунтов для инженерно-геологических целей. Исторические аспекты становления и развития грунтоведения и механики грунтов // Вестник Академии наук Республики Башкоторстан. 2022. Т. 43. № 2. С. 22–36. https://doi.org/10.24412/1728-2022-2-22-36. EDN: AVIMDB.Safiullina I.S., Khairulina L.A., Shainurova A.R. Study of physical and mechanical properties of soils for engineering and geological purposes. Historical aspects and contemporary issues. Herald of the academy of sciences of the republic of Bashkortostan. 2022;43(2):22-36. (In Russ.). https://doi.org/10.24412/1728-2022-2-22-36. EDN: AVIMDB.Гладков А.С., Дроздов А.В., Кошкарев Д.А., Потехина И.А., Афонькин А.М. Оценка структурно-тектонического строения глубоких горизонтов трубки «Айхал» для постановки гидрогеомеханического мониторинга // Известия Сибирского отделения секции наук о Земле Российской академии естественных наук. Геология, поиски и разведка рудных месторождений. 2015. № 2. С. 46–56. EDN: ULFFIF.Gladkov A.S., Drozdov A.V., Koshkarev D.A., Potekhina I.A., Afon’kin A.M. Evaluation of structural and tectonic framework of Aikhal kimberlite pipe deep horizons for hydrogeomechanical monitoring setting. Proceedings of the Siberian Department of the Section of Earth Sciences of the Russian Academy of Natural Sciences. Geology, Prospecting and Exploration of Ore Deposits. 2015;2:46-56. (In Russ.). EDN: ULFFIF.Дроздов А.В., Иост Н.А., Лобанов В.В. Криогидрогеология алмазных месторождений Западной Якутии. Иркутск: Изд-во ИГТУ, 2008. 507 с.Drozdov A.V., Iost N.A., Lobanov V.V. Cryohydrogeology of diamond deposits in Western Yakutia. Irkutsk: Irkutsk State Technical University; 2008, 507 p. (In Russ.).Кисленко А.Б. Вещественный состав кимберлитов трубки Айхал (Алакит-Мархинское кимберлитовое поле, республика Саха-Якутия) // Проблемы геологии и освоения недр: труды XXIII Междунар. симпозиума им. академика М.А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного 120-летию со дня рождения академика К.И. Сатпаева, 120-летию со дня рождения профессора К.В. Радугина. (г. Томск, 8–12 апреля 2019 г.). Томск: Изд-во НИТПУ, 2019. Т. 2. С. 40–42. EDN: NUDENY.Kislenko A.B. Material composition of Aikhal pipe kimberlites (Alakite-Markha kimberlite field, Sakha Yakutia Republic). In: Problemy geologii i osvoeniya nedr: trudy XXIII Mezhdunar. simpoziuma im. akademika M.A. Usova studentov i molodykh uchenykh, posvyashchennogo 120-letiyu so dnya rozhdeniya akademika K.I. Satpaeva, 120-letiyu so dnya rozhdeniya professora K.V. Radugina = Problems of Geology and Subsoil Development: Proceedings of the 23 d International Symposium named after Academician M.A. Usov for students and young scientists dedicated to the 120 th birth anniversary of Academician K.I. Satpayev, and the 120 th birth anniversary of Professor K.V. Radugin. 8–12 April 2019, Tomsk. Tomsk: National Research Tomsk Polytechnic University; 2019, vol. 2, p. 40-42. (In Russ.). EDN: NUDENY.Курленя М.В., Барышников В.Д., Гахова Л.Н. Влияние частичного затопления карьера «Айхал» на напряженно-деформированное состояние рудной потолочины // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2013. № 4. С. 23–31. EDN: RADOUF.Kurlenya M.V., Baryshnikov V.D., Gakhova L.N. Influence of Aikhal mine partial flooding on the stress-strain state of the ore ceiling. Fiziko-texhnicheskiye problemy razrabbotki poleznykh iskopaemykh. 2013;4:23-31. (In Russ.). EDN: RADOUF.Янников А.М., Трифонов Н.С., Лепокурова О.Е. Влияние разрывных нарушений на обводнение и газоносность глубоких горизонтов трубки «Айхал» (Республика Саха (Якутия)) // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Геология. 2021. № 1. С. 104–113. https://doi.org/10.17308/geology.2021.1/3342. EDN: ILANMX.Yannikov A.M., Trifonov N.S., Lepokurova O.E. The impact of faults on the water inflow and gas content of the deep levels of the Aikhal pipe (Republic of Sakha (Yakutia)). Proceedings of Voronezh State University. Series: Geology. 2021;1:104-113. (In Russ.). https://doi.org/10.17308/geology.2021.1/3342. EDN: ILANMX.Курилко А.С., Дроздов А.В., Каймонов М.В. Оценка возможности ликвидации водного объекта в карьере «Айхал» // Наука и образование. 2013. № 4. С. 53–57. EDN: RYEYLJ.Kurilko A.S., Drozdov A.V., Kaimonov M.V. Assessment of the possibility of water body liquidation in Aikhal mine. Nauka i obrazovanie. 2013;4:53-57. (In Russ.). EDN: RYEYLJ.Рященко Т.Г. Региональное грунтоведение (Восточная Сибирь) / отв. ред. В.В. Ружич. Иркутск: Изд-во ИЗК СО РАН, 2010. 287 с. EDN: QKJFJF.Ryashchenko T.G. Regional soil science (Eastern Siberia). Irkutsk: Institute of the Earth’s Crust of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science; 2010, 287 p. (In Russ.). EDN: QKJFJF.Янников А.М. Особенности формирования дезинтегрированных толщ в открытых горных выработках в зонах многолетнемерзлых пород месторождения трубки «Айхал» // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Северо-Востока России: материалы XII Всерос. науч.-практ. конф., посвященной 65-летию Института геологии алмаза и благородных металлов Сибирского отделения РАН (г. Якутск, 23–25 марта 2022 г.). Якутск: Изд-во СВФУ им. М.К. Аммосова, 2022. С. 513–515. https://doi.org/10.52994/9785751332846_2022_106. EDN: DPRDTJ.Yannikov A.M. Formation features of disintegrated strata in open mine workings of Aikhal pipe deposit permafrost zones. In: Geologiya i mineral’no-syr’evye resursy Severo-Vostoka Rossii: materialy XII Vseros. nauch.-prakt. konf., posvyashchennoi 65-letiyu Instituta geologii almaza i blagorodnykh metallov Sibirskogo otdeleniya RAN = Geology and mineral resources of the North-East of Russia: Proceedings of the 12 th All-Russian scientific and practical conference dedicated to the 65 th anniversary of the Institute of Geology of Diamond and Precious Metals of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. 23–25 March 2022, Yakutsk. Yakutsk: Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Professional Education M.K. Ammosov North-Eastern Federal University; 2022, p. 513-515. (In Russ.). https://doi.org/10.52994/9785751332846_2022_106. EDN: DPRDTJ.Карпенко Ф.С. Физико-химическая природа прочности глинистых грунтов // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2019. № 5. С. 48–60. https://doi.org/10.31857/S0869-78092019548-60 EDN: HWRXZT.Karpenko F.S. Physico-chemical nature of clayey soils strength. Geoekologiya. Inzhenernaya geologiya, gidrogeologiya, geokriologiya. 2019;5:48-60 (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S0869-78092019548-60. EDN: HWRXZT.Осипов В.И., Карпенко Ф.С., Кальбергенов Р.Г., Кутергин В.Н., Румянцева Н.А. Реологические свойства глинистых грунтов // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2017. № 6. С. 41–51. EDN: ZRJAWL.Osipov V.I., Karpenko F.S., Kal’bergenov R.G., Kutergin V.N., Rumyantseva N.A. Rheological properties of the clay soils. Geoekologiya. Inzhenernaya geologiya, gidrogeologiya, geokriologiya. 2017;6:41-51. (in Russ.). EDN: ZRJAWL.Карасев М.А., Поспехов Г.Б., Астапенко Т.С., Шишкина В.С. Анализ моделей прогноза напряженно-деформированного состояния техногенных грунтов низкой прочности // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2023. № 11. C. 49–69. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_11_0_49. EDN: EOTJVE.Karasev M.A., Pospekhov G.B., Astapenko T.S., Shishkina V.S. Stress–strain behavior prediction models for weak manmade soil. Mining informational and analytical bulletin (scientific and technical journal). 2023;11:49-69. (In Russ.). https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_11_0_49. EDN: EOTJVE.Вознесенский Е.А. Общая генетическая классификация техногенных грунтов // Вестник Московского университета. Серия 4: Геология. 2019. № 5. С. 3–9. https://doi.org/10.33623/0579-9406-2019-5-3-9. EDN: NWQUZB.Voznesenskii E.A. General genetic classification of technogenic soils. Moscow University Bulletin. Series 4. Geology. 2019;5:3-9. (In Russ.). https://doi.org/10.33623/0579-9406-2019-5-3-9. EDN: NWQUZB.

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