Инженерная геология

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ХАРЬКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ»

Выполнила:

студентка группы ТЗУ-41

Проверил преподаватель:

ХАРЬКОВ-2007

2 ВАРИАНТ.

Задание 1. Описать два породообразующих минерала и две горные породы, перечисленные в соответствии с вариантом. Кварц, биотит, гранит, мрамор. Приведены таблицы «Описание минералов по основным физическим свойствам», «Описание горных пород по внешним признакам». (В КОНЦЕ)

Задание 2. Расположить геологические периоды в хронологическом порядке, написать их индексы. Указать между периодами какого возраста имеется стратиграфический перерыв. Отметить, породы каких периодов отсутствуют.

Дано: девонский, четвертичный, силурийский, неогеновый геологические периоды.

В хронологическом порядке: четвертичный — Q, неогеновый — N, девонский — D, силурийский — S.

Стратиграфический перерыв наблюдается между неогеновым и девонским периодами. Отсутствуют породы палеогенового — R, мелового — K, юрского — I, триасового — T, пермского — P и каменноугольного — C периодов.

Задание 3. Охарактеризоватьотложения, образовавшиеся в результате различных физико-геологических процессов. Объяснить сущность этих процессов и указать строительные особенности отложений. Морские отложения.

Морские отложения, донные осадки современных и древних морей Земли. Преобладают над континентальными отложениями, слагая более 75% общего объёма осадочной оболочки материковой земной коры. Формирование морских отложений началось с появлением первых морей в архее или в ещё более отдалённом геологическом прошлом, около 3,5—4 млрд. лет назад, и происходило в течение всей геологической истории. Ископаемые морские отложения превращены процессами диагенеза в осадочные горные породы. К морским отложениям относятся большинство известняков, доломитов, мергелей и кремнистых пород, значительная часть глин и аргиллитов, алевролитов, песчаников, конгломератов, а из полезных ископаемых — многие железные и марганцевые руды, большинство фосфоритов, горючие сланцы и др. Многие метаморфические горные породы (гнейсы, сланцы, мраморы) первоначально накапливались как морские отложения.

Из поступающего на дно водоёма осадочного материала разного происхождения образуются основные типы морских отложений — терригенные, биогенные, хемогенные и вулканогенные, а также различные их сочетания.

В зависимости от глубины, удалённости берега, форм рельефа дна, течений, условий обитания осадкообразующих организмов и др. факторов в пределах отдельных морских бассейнов существуют одновременно разнообразные обстановки осадкообразования, в которых развиваются разные фации морские отложения. Так, в прибрежной наиболее мелководной зоне под воздействием волнения накапливаются терригенные пески, галечники, ракушечники, а в участках затишья и близ устьев рек — глины, алевриты. На подводных поднятиях и на открытых шельфах часты ракушечные и детритовые биогенные известковые осадки, пески; во впадинах эпиконтинентальных морей преобладают глины, алевриты, иногда богатые органическим веществом; встречаются мергелистые, известковые, кремнистые илы. Особый тип мелководных морских отложений представляют рифовые тела известняков или доломитов, часто залегающие среди глубоководных морских отложений. К мелководным морским отложениям относятся некоторые осадочные железные (оолитовые) и марганцевые руды, бокситы, фосфориты.

Глубоководные морские отложения, накапливающиеся главным образом в котловинах глубоких морей, преимущественно тонкозернистые (глины, алевриты, известковые и кремнистые илы), но встречаются и пески, отложенные придонными течениями. На склонах образуются подводно-оползневые отложения. В центральных частях обширных глубоких морей, куда поступает мало терригенного материала, морские отложения приобретают пелагический облик, приближаются к океаническим осадкам (пелагические диатомиты, известняки). На дне и у подножий склонов замкнутых котловин образуются морские отложения, обогащенные органическим веществом.

Ископаемые Морские отложения распознаются по содержащимся в них остаткам или следам жизнедеятельности морских организмов, которые, однако, могут отсутствовать (особенно в глубоководных морских отложениях). Признаками морских отложений служат некоторые аутигенные минералы (глауконит), структурные и текстурные особенности пород.

Массы морских отложений, их состав и распределение на поверхности Земли зависят в первую очередь от тектонического режима и климатических условий. Тектонические движения предопределяют образование морских бассейнов, их конфигурацию, основные черты рельефа дна и прилегающих берегов, обусловливают трансгрессии и регрессии моря, влияют на интенсивность осадконакопления и на мощности накапливающихся толщ морских отложений. Характер морских отложений в тектонических подвижных геосинклинальных областях и на относительно стабильных платформах существенно различен. Для первых характерны большие мощности, формирование на начальных и заключительных стадиях тектонических циклов глубоководных морских отложений: кремнистых и глинистых пород, туфов и туффитов, мергелей, пелитоморфных пелагических известняков, а также полимиктовых и граувакковых обломочных отложений — конгломератов, песчаников, алевролитов, ритмично-слоистого флиша, подводно-оползневых отложений, рифовых известняков. Платформенные морские отложения — мелководные органогенные известняки и доломиты, тонкозернистые терригенные породы (глины, мергели, мелкозернистые песчаники — кварцевые, нередко глауконитовые) накопились преимущественно в эпиконтинентальных морях и отличаются небольшими мощностями.

Состав морских отложений закономерно связан с климатической зональностью Земли. Как показывает изучение современных морей, в основных климатических зонах морское осадкообразование протекает по-разному (см. Литогенез). В морях гумидных зон, в условиях интенсивного выноса реками продуктов выветривания пород суши, как в умеренном, так и в тропическом поясах господствуют терригенные отложения — пески, алевриты, глины. В холодноводных бассейнах умеренного пояса местами накапливаются диатомовые илы. В пределах аридной зоны, в условиях слабого терригенного выноса, более широко развито биогенное карбонатонакопление, образуются ракушечные, мшанковые, фораминиферовые, кокколитовые, птероподовые осадки, а в тёплых водах тропической зоны — кораллово-водорослевые рифовые комплексы; местами происходит хемогенное карбонатонакопление (оолитовые известковые осадки). В ледовой зоне большое значение приобретают ледово-морские отложения.

Условия образования морских отложений в течение геологической истории не оставались неизменными. Например, в протерозое и палеозое хемогенные морские отложения накапливались в более широких масштабах, чем в мезозое и кайнозое, когда большее развитие получило биогенное осадкообразование. В докембрии и раннем палеозое были широко распространены морские доломиты, а в последующие эпохи — в основном известняки. Своеобразные морские отложения — железистые кварциты (джеспилиты) известны только в протерозое и т. д. В этих изменениях можно видеть отражение длительной эволюции состава гидросферы и атмосферы, развития жизни на Земле.

Задание 4. Дать общую характеристику тектонических движений земной коры (колебательных и складчато-разрывных). Охарактеризовать различные формы дислокаций горных пород. Пояснить возможность влияния дислокаций на условия строительства различных сооружений.

Тектонические движения, механические движения земной коры, вызываемые силами, которые действуют в земной коре и главным образом в мантии Земли, приводящие к деформации слагающих кору пород. Тектонические движения связаны, как правило, с изменением химического состава, фазового состояния (минерального состава) и внутренней структуры подвергающихся деформации горных пород. Тектонические движения охватывают одновременно очень большие площади. Геодезические измерения показывают, что практически вся поверхность Земли находится непрерывно в движении, однако скорость Тектонические движения невелика, изменяясь от сотых долей до первых десятков мм/год, и только накопления этих движений в ходе очень продолжительного (десятки — сотни млн. лет) геологического времени приводят к крупным суммарным перемещениям отдельных участков земной коры.

Американский геолог Г. Джильберт предложил (1890), а немецкий геолог Х. Штилле развил (1919) классификацию «Тектонические движения» с разделением их на эпейрогенические, выражающиеся в длительных поднятиях и опусканиях крупных участков земной поверхности, и орогенические, проявляющиеся эпизодически (орогенические фазы) в определённых зонах образованием складок и разрывов и ведущие к формированию горных сооружений (см. Орогенез). Эта классификация применяется до сих пор, но её основной недостаток — объединение в единое понятие орогенеза двух принципиально различных процессов — складкои разрывообразования, с одной стороны, и горообразования — с другой. Поэтому были предложены др. классификации. Одна из них (советские геологи А. П. Карпинский, М. М. Тетяев и др.) предусматривала выделение колебательных складкои разрывообразующих Тектонические движения, другая (немецкий геолог Э. Харман и голландский учёный Р. В. ван Беммелен) — ундационных (волновых) и ундуляционных (складчатых) Тектонические движения (см. Колебательные движения земной коры). Стало ясным, что Тектонические движения весьма разнообразны как по форме проявления, так и по глубине зарождения, а также, очевидно, по механизму и причинам возникновения. По др. принципу Тектонические движения были разделены ещё М. В. Ломоносовым на медленные (вековые) и быстрые. Быстрые движения связаны с землетрясениями и, как правило, отличаются высокой скоростью, на несколько порядков превышающей скорость медленных движений. Смещения земной поверхности во время землетрясений составляют несколько м, иногда более 10 м. Однако такие смещения проявляются эпизодически и в сумме дают эффект, не намного превышающий эффект медленных движений.

Существенное значение имеет подразделение Тектонические движения на вертикальные (радиальные) и горизонтальные (тангенциальные), хотя оно и носит в большей мере условный характер, ибо эти движения взаимосвязаны и переходят одни в другие (см. Горизонтальные движения земной коры). Поэтому правильнее говорить о Тектонические движения с преобладающей вертикальной или горизонтальной компонентой. Преобладающие вертикальные движения обусловливают поднятия и опускания земной поверхности, в том числе образование горных сооружений. Они являются основной причиной накопления мощных толщ осадочных пород в океанах и морях, а отчасти и на суше. Горизонтальные движения наиболее ярко проявляются в образовании крупных сдвигов отдельных блоков земной коры относительно других с амплитудой в сотни и даже тысячи км, в их надвигах с амплитудой в первые сотни км, а также (спорно) в образовании океанических впадин шириной в тысячи км в результате раздвига глыб континентальной коры (см. Мобилизм).

Тектонические движения отличаются определённой периодичностью или неравномерностью, которая выражается в изменениях знака и (или) скорости во времени. Относительно короткопериодические вертикальные движения с частой переменой знака (обратимые) называются колебательными. Горизонтальные движения обычно длительно сохраняют свою направленность и являются необратимыми. Колебательные Тектонические движения. вероятно, служат причиной трансгрессий и регрессий моря, образования морских и речных террас. По времени проявления выделяют новейшие Тектонические движения. которые непосредственно отражаются в современном рельефе Земли и поэтому распознаются не только геологическими, но и геоморфологическими методами, и современные Тектонические движения, которые изучаются также и геодезическими методами (повторные нивелировки и пр.). Они составляют предмет исследования неотектоники.

Тектонические движения отдалённого геологического прошлого устанавливаются по распространению трансгрессий и регрессий океана, по суммарной толщине (мощности) накопившихся осадочных отложений, по распределению их фаций и источников обломочного материала, снесённого в депрессии. Таким способом выясняется вертикальная компонента перемещения верхних слоев земной коры или поверхности консолидированного фундамента, расположенного под осадочным чехлом. В качестве репера используется уровень Мирового океана, который считают почти постоянным, с возможными отклонениями до 50—100 м при таянии или образовании ледников, а также более значительными отклонениями — до нескольких сот м в результате изменения ёмкости океанических впадин при их разрастании и образовании срединно-океанических хребтов.

Крупные горизонтальные перемещения, которые признаются не всеми учёными, устанавливаются как по геологическим данным, путём графического выпрямления складок и восстановления надвинутых толщ горных пород в первоначальном положении, так и на основании изучения остаточной намагниченности горных пород (см. Палеомагнетизм) и изменений палеоклимата (см. Палеоклиматология). Считается, что при достаточном количестве палеомагнитных и геологических данных можно восстанавливать былое расположение материковых глыб и определять скорость и направление перемещений, происходивших в последующее время, например с конца палеозойской эры.

Скорость горизонтальных перемещений определяется сторонниками мобилизма по ширине новообразованных океанов (Атлантического, Индийского), по палеомагнитным данным, указывающим на изменения широты и ориентировки по отношению к меридианам, и по ширине образующихся при разрастании океанического дна полос магнитных аномалий различного знака, которые сопоставляются с длительностью эпох различной полярности магнитного поля Земли. Эти оценки, как и скорость современных горизонтальных движений, измеренная геодезическими методами в рифтах (Восточная Африка), складчатых областях (Япония, Таджикистан) и на сдвигах (Калифорния), составляют 0,1—5 см/год. На протяжении миллионов лет скорость горизонтальных движений изменяется незначительно, направление остаётся почти постоянным.

Вертикальные движения имеют, напротив, переменный, колебательный характер; повторные нивелировки показывают, что скорость опускания или поднятия на равнинах обычно не превышает 0,5 см/год, поднятие в горных областях (например, на Кавказе) достигает 2 см/год. В то же время средние скорости вертикальных Тектонические движения, определяемые для больших интервалов времени (например, за десятки млн. лет), не превышают 0,1 см/год в подвижных поясах и 0,01 см/год на платформах. Это различие в скоростях, измеренных за малые и большие промежутки времени, указывает на то, что в геологических структурах фиксируется лишь интегральный результат вековых вертикальных движений, накапливающийся при суммировании колебаний противоположного знака. Сходство Тектонические движения. повторяющихся на одних и тех же тектонических структурах, позволяет говорить об унаследованном характере вертикальных Тектонические движения К Тектонические движения обычно не относят перемещения горных пород в приповерхностной зоне (десятки м от поверхности), вызванные нарушениями их гравитационного равновесия под влиянием экзогенных (внешних) геологических процессов, а также периодические поднятия и опускания земной поверхности, обусловленные твёрдыми приливами Земли вследствие притяжения Луны и Солнца. Спорным является отнесение к Тектонические движения процессов, связанных с восстановлением изостатического равновесия (см. Изостазия), например, поднятий при сокращении крупных ледниковых покровов типа антарктического или гренландского. Локальный характер носят движения земной коры, вызванные деятельностью вулканов. Причины Тектонические движения до сих пор достоверно не установлены; в этом отношении высказываются различные предположения (см. Тектонические гипотезы). По мнению ряда учёных (О. Ампферер. 1906; P. Швиннер. 1919; и др.), глубинные Тектонические движения вызваны системой крупных конвекционных течений, охватывающих верхние и средние слои мантии Земли; с такими течениями, по-видимому, связано растяжение земной коры в океанах и сжатие в складчатых областях, над теми зонами, где происходит сближение и погружение встречных течений вниз. Др. учёные (В. В. Белоусов. 1954) отрицают существование замкнутых конвекционных течений в мантии, но допускают подъём разогретых в низах мантии и более лёгких продуктов её дифференциации, вызывающий восходящие вертикальные движения коры. Охлаждение этих масс служит причиной её опусканий.

При этом горизонтальным движениям не придаётся существ. значения и они считаются производными от вертикальных. При выяснении природы движений и деформаций земной коры некоторые исследователи отводят определённую роль напряжениям, возникающим в связи с изменениями скорости вращения Земли, другие считают их слишком незначительными.

Моноклиналь [от моно… и греч. klino — наклоняю (сь)], форма залегания слоев горных пород, характеризующаяся их пологим наклоном в одну сторону. Представляет собой обычно крыло какого-либо обширного и пологого поднятия или прогиба слоев. Моноклиналь особенно характерны для платформ, где они приурочены к крыльям антеклиз и синеклиз. Примером Моноклиналь является структура, образуемая палеозойскими толщами от южного склона Балтийского кристаллического щита к центру Московской синеклизы; наклон слоев исчисляется в 2—2,5 м на 1 км длины

Складчатые и разрывные дислокации пластов, особенности их влияния

на инженерно-геологические условия строительных площадок, эксплуатацию

зданий и сооружений.

Земная кора обладает различной подвижностью. На поверхности Земли постоянно возникают горные системы и океанические впадины. Осадочные породы первоначально залегают горизонтально. Тектонические движения (сейсмические явления, землетрясения, вулканизм) выводят пласты из горизонтального положения, нарушают первичную форму залегания. Эти нарушения получили название дислокации (или вторичные формы залегания). Дислокации в зависимости от вида тектонических движений разделяют на складчатые (не разрывные) и разрывные.

Складчатые дислокации формируются без разрыва сплошности слоев. К ним относятся моноклиналь, складка и антиклиналь (рис. 1).

Рис. 1. Складчатые дислокации:

1 — моноклиналь, 2 — флексура

Моноклиналь — наиболее простая форма связанных тектонических нарушений в слоистых горных породах, связанная с наклонным залеганием слоев, которые однообразно падают в одном направлении (от 5 и более градусов).

Флексура — моноклинальное и горизонтальное залегание слоев нарушается коленообразным изгибом, обусловленным возведением на породы тангенциальных тектонических сил.

Складки — тектонические нарушения представляют собой волнообразные изгибы слоев горных пород, среди которых выделяют выпуклые (антиклинали — замок расположен вверху, крылья — внизу) и вогнутые (синклинали — замок расположен внизу. А крылья — вверху) (рис. 2).

Рис. 2. Складчатые дислокации:

1 — антиклиналь, 2 — синклиналь

Разрывные дислокации образуются в результате интенсивных тектонических движений, сопровождающиеся разрывом сплошности пород и смещением слоев относительно друг друга. Амплитуда смещения может быть от нескольких сантиметров до километров при ширине трещин до нескольких метров. К разрывным дислокациям относятся сбросы, взбросы, грабены, горсты, сдвиги и надвиги (рис. 3: а — неподвижная часть земной коры, б — подвижная часть).

Рис. 3. Разрывные типы дислокаций

Сбросы — разрывные нарушения, когда подвижная часть земной коры опустилась вниз по отношению к неподвижной.

Взброс — разрывное нарушение, когда подвижная часть земной коры поднялась в результате тектонического движения по отношению к неподвижной.

Грабен — когда подвижный участок земной коры опустился по отношению к двум неподвижным участкам в результате тектонического движения.

Горст — обратное грабену движение.

Сдвиг — представляет собой разрывное нарушение, в котором происходит горизонтальное смещение горных пород по простиранию.

Надвиг — обратное сдвигу перемещение.

С инженерно-геологической точки зрения наиболее благоприятными местами строительства являются горизонтальное залегание горных пород, где присутствует большая их мощность, однородность состава. Фундаменты зданий и сооружений располагаются в однородной грунтовой среде, при этом создается равномерная сжимаемость слоев под весом сооружения и создается наибольшая их устойчивость (рис. 4).

Наличие дислокации резко изменяет и усложняет инженерно-геологические условия строительства — нарушается однородность грунтов основания фундамента сооружений, образуются зоны дробления (разрывы), снижается прочность пород, по трещинам разрывов происходят смещения, нарушается режим подземных вод. Это вызывает неравномерную сжимаемость грунтов и деформацию самого сооружения вследствие неравномерной осадки различных его частей (рис. 4).

Рис. 4. Неблагоприятные (а) и благоприятные (б) условия строительства.

Задание 5. Проектируется строительство промышленных и гражданских сооружений на участке с просадочными грунтами. Необходимо дать общую характеристику просадочным грунтам, на основании расчетной величины установить тип грунтовых условий (І или ІІ) и наметить мероприятие по борьбе с просадочностью.

К І типу по просадочности относятся условия, при которых просадка в основном происходит в пределах деформируемой зоны, обусловленной приложением внешней нагрузки. В этих условиях величина просадки под действием собственной силы тяжести практически находится в пределах от 0 до 5 см. К ІІ типу по просадочности относятся условия, при которых просадка грунта от собственной силы тяжести происходит преимущественно в нижних слоях просадочной толщи, а просадка от внешней нагрузки и в пределах деформируемой зоны. Следовательно, І тип грунтовых условий.

СПОСОБЫ БОРЬБЫ С ПРОСАДОЧНОСТЬЮ ЛЁССОВЫХ ПОРОД

В связи с широким распространением лёссовых пород на территории России и стран СНГ проблема борьбы с просадочностью этих пород в основаниях инженерных сооружений становится весьма актуальной. Ведь при промачивании лёсса происходит просадка и резкое уменьшение прочности грунта (под грунтом понимают любую горную породу, являющуюся предметом инженерной деятельности человека). При этом наблюдается потеря устойчивости основания, его интенсивная осадка и часто выдавливание водонасыщенного лёссового грунта из-под фундамента сооружения, что обычно приводит к полному или частичному разрушению зданий, плотин, дорог и т. д. По оценкам специалистов, до 45% стоимости работ по строительству гражданских и промышленных объектов на лёссовых грунтах тратится на комплекс мероприятий, предотвращающих деформацию сооружений из-за просадочности.

Познание природы просадочности лёссовых пород позволило разработать эффективные инженерные методы борьбы с этим грозным явлением. В основном эти методы сводятся к воздействию на неустойчивую специфическую структуру лёсса и трансформации ее в устойчивое недеформируемое состояние. При этом, исходя из описанного механизма просадки, стремятся повысить плотность лёссового грунта (снизить его активную пористость) и увеличить прочность контактов между минеральными частицами (перевести менее прочные, обратимые по отношению к воде, переходные контакты в более прочные — фазовые).

Существует несколько способов борьбы с просадкой лёссов. Наиболее распространенным является механическое уплотнение лёссовых грунтов тяжелыми трамбовками, вес которых может достигать 10 т, а иногда и более. Обычно трамбовки многократно (до 10 — 16 раз) сбрасываются на уплотняемый участок грунта с высоты 4 — 8 м. Данный метод позволяет уплотнить толщу лёссового грунта на глубину до 3,5 м.

Если необходимо ликвидировать просадочные свойства лёссовых грунтов на глубину до 25 м, то проводят их глубинное уплотнение грунтовыми набивными сваями или энергией взрыва. Иногда для ликвидации просадочных свойств производят предварительное промачивание лёссового массива. При этом происходит спровоцированная просадка грунта, после чего он уплотняется, теряет просадочность и переходит в стабильное состояние.

Одним из способов борьбы с просадочностью является термическое закрепление лёссовых грунтов, при котором через грунт с помощью специальных приспособлений пропускают раскаленный воздух или газы при температуре 300 — 800 њC. Под действием высокой температуры происходит оплавление и спекание минералов на контактах между отдельными частицами и агрегатами частиц и формируются прочные фазовые контакты кристаллизационного типа, устойчивые по отношению к воздействию воды. В результате существенно повышается прочность лёссового грунта и он становится непросадочным. Просадочность многих типов лёссовых отложений может быть также существенно уменьшена с помощью метода силикатизации. При этом в грунт через перфорированные трубы с одной стороны нагнетают раствор силиката натрия (жидкого стекла), а с другой — раствор хлористого кальция. При соединении обоих растворов в порах просадочного грунта образуется водонерастворимый гель кремниевой кислоты, который цементирует грунт и делает его непросадочным. К сожалению, данный метод в некоторых случаях может приводить к сильному химическому загрязнению закрепляемых пород, и поэтому в настоящее время он применяется очень редко.

ВЫВОДЫ. Проблема лёссов, возникшая более ста лет назад, все еще существует и далека до полного разрешения. Тем не менее, сейчас можно говорить о различных условиях происхождения лёссов и о весьма сложной и многофакторной природе их просадочности. Во многом просадочность лёссов может объясняться формированием в них особой лёссовой структуры. Последующее углубленное изучение тончайших особенностей структуры лёссовых пород, по-видимому, и является ключом к разгадке проблемы лёссов. Решение этой проблемы позволит достичь существенного прогресса в создании эффективных методов борьбы с просадочностью лёссовых пород, что повысит надежность строительства и исключит возможность разрушения возводимых на этих породах инженерных сооружений.

Механическое уплотнение грунтов является эффективным методом подготовки оснований зданий и промышленных сооружений в условиях неравномерно сжимаемых, водонасыщенных, просадочных и насыпных грунтов и дает возможность отказаться от применения глубоких фундаментов и свайных оснований.

Разработанные НИИОСП способы поверхностного и глубинного уплотнения освоены рядом строительных организаций и могут быть широко использованы в практике строительства с целью сокращения расхода цемента и металла.

Следует расширить научные исследования по подготовке оснований механическим уплотнением, усовершенствовать методы расчета и разработать технологию производства работ с использованием высокопроизводительных машин для повышения производительности труда и качества работ.

Академии строительства и архитектуры необходимо включить в план работ Института экономики вопрос о переходе от планирования по стоимости готовой продукции к планированию по стоимости строительно-монтажных работ Задание 6. Определить и описать инженерно-геологические процессы, которые могут возникнуть при фильтрационном воздействии на них подземных вод. Указать мероприятия по борьбе с этими процессами. Галит.

Подземные воды — воды, находящиеся в верхней (до глубины 12−16 км) части земной коры в жидком, твердом и парообразном состоянии.

Подземные воды — полезное ископаемое, особенно ценное своей возобновляемостью в естественных условиях и в процессе эксплуатации. Количество подземных вод оценивается их запасами.

По условиям залегания подземные воды подразделяются на почвенные, верховодку, грунтовые, межпластовые.

По степени минерализации подземные воды делятся на:

— пресные: до 1 г/л;

— солоноватые: 1−10 г/л;

— соленые: от 10 до 35−50 г/л; и

— рассолы: более 35−50 г/л.

По температуре подземные воды делятся на:

— переохлажденные: ниже 0 град. С;

— холодные: 0−20 град. С; и

— термальные: выше 20 град.С.

В зависимости от качества подземные воды делятся на питьевые и технические.

Наличие в грунтовых водах галита (хлористого натрия) резко повышает растворимость гипса, образуя карстовые явления. Вода, содержащая NaCl до полного насыщения, образует так называемый маточный раствор и свободно протекает в пустотах залежей каменной соли, не оказывая на нее никакого растворяющего действия.

Карстовый рельеф :

Карстовые формы рельефа — формы рельефа, образованные деятельностью подземных вод на участках суши, поверхность которых сложена растворимыми горными породами: известняками, гипсом, каменной солью и др.

В карстовых формах рельефа преобладают замкнутые отрицательные формы рельефа:

— поверхностные: карры, воронки, котловины; и

— подземные: колодцы, пещеры.

В тропиках часто встречаются положительные карстовые формы рельефа: башни, конусы, купола и т. п

Система гидровакуумного понижения уровня грунтовых вод

Региональный Гидротехнический Центр «Гейзер» разработал и внедрил систему инженерной защиты от подтопления грунтовыми водами отдельных объектов и обширных территорий. В настоящее время применяются три общепринятых способа по борьбе с подтоплением территорий грунтовыми водами.

Первый способ — предусматривает строительство водоотводного канала. Способ эффективный, но требующий весьма значительных капиталовложений и применяемый в исключительных случаях при строительстве новых жилых массивов и при благоприятных инженерно-геологических условиях.

Второй способ — заключается в строительстве и эксплуатации горизонтальной дренажной системы по снижению уровня грунтовых вод. Способ эффективен, не требует больших затрат на обслуживание, но только в начальный период эксплуатации. Кроме того, он требует больших капитальных вложений на строительство самой дренажной системы, не достаточно надежен и характеризуется небольшим сроком эффективной работы. На большинстве застроенных территорий его строительство практически невозможно.

Третий способ — сводится к строительству и эксплуатации вертикальной дренажной системы, которая основывается на откачке и отводу воды из ряда пробуренных водопонизительных скважин. Способ эффективен, долговечен и на строительство необходимы значительно меньшие капвложения. Недостатками способа являются сложность обслуживания и высокая стоимость эксплуатационных затрат.

Внедрена система гидровакуумного площадного понижения уровня грунтовых вод промышленных и городских территорий.

Способ основан на строительстве и эксплуатации системы водопонижения и водоотведения в отличие от приведенных выше не требует больших капитальных вложений в строительство системы защиты от подтопления. Такую систему можно строить на любых подтапливаемых территориях, вплоть до плотно застроенных, с обилием подземных коммуникаций, а также на территориях предприятий. Отличается простотой в обслуживании и меньшими затратами на ее эксплуатацию. При не агрессивных и пресных водах, отводимых с территории подтопления, амортизационный срок работы системы при обычном обслуживании, оценивается в 25 и более лет. Понижение уровня грунтовых вод с помощью гидровакуумной установки:

Новшество предлагаемого способа заключается в несколько другом подходе к проблеме строительства и оборудования системы защиты и, главное, в использовании природного фактора (атмосферное давление) при водопонижении и водоотведении.

При задействовании в общем процессе водопонижения атмосферного давления значительно снижаются затраты на эксплуатацию всей системы, а также, что немаловажно, происходит равномерное площадное снижение уровня грунтовых вод. Такое водопонижение предотвращает неравномерные просадки грунтов под зданиями и сооружениями. Рекомендуется переоборудование систем строительного водопонижения.

Суть рекомендации заключается в переоборудовании и введении в долговременную энергосберегающую эксплуатацию части водопонизительных скважин используемых во многих случаях для понижения уровня грунтовых вод при строительстве гражданских и промышленных объектов.

Задание 7. составить краткий обзор конкретного вида инженерно-геологических исследований, проводимых при проектировании промышленных и гражданских сооружений. Полевые опытные испытания грунтов и стационарные наблюдения Предисловие1 РАЗРАБОТАН Государственным предприятием — Научно-исследовательским, проектно-изыскательским и конструкторско-технологическим институтом оснований и подземных сооружений (НИИОСП) им. Герсеванова с участием Производственного и научно-исследовательского института по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИИС) и Государственного дорожного научно-исследовательского института (СоюздорНИИ) Российской Федерации ВНЕСЕН Госстроем России

2 ПРИНЯТ Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (МНТКС) 2 декабря 1999 г.

За принятие проголосовали:

Наименование государства

Наименование органа государственного управления строительством Республика Армения

Министерство градостроительства Республики Армения Республика Казахстан

Казстройкомитет Кыргызская Республика

Государственная инспекция по архитектуре и строительству при Правительстве Кыргызской Республики Республика Молдова

Министерство развития территорий, строительства и коммунального хозяйства Республики Молдова Российская Федерация

Госстрой России Республика Таджикистан

Комархстрой Республики Таджикистан Республика Узбекистан

Госкомархитектстрой Республики Узбекистан Украина

Госстрой Украины

3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

4 ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ с 1 июля 2000 г. в качестве государственного стандарта Российской Федерации постановлением Госстроя России от 23 декабря 1999 г. № 83

1 Область применения Настоящий стандарт устанавливает общие требования к методам полевого определения характеристик физико-механических свойств грунтов при их исследовании для строительства.

2 Нормативные ссылки В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 5686–94 Грунты. Методы полевых испытаний сваями ГОСТ 12 248–96 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости ГОСТ 20 522–96 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний ГОСТ 25 100–95 Грунты. Классификация ГОСТ 27 217–87 Грунты. Метод полевого определения удельных касательных сил морозного пучения ГОСТ 30 416–96 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения

3 Определения В настоящем стандарте применяют термины, приведенные в ГОСТ 5686, ГОСТ 12 248, ГОСТ 25 100, ГОСТ 27 217, ГОСТ 30 416.

4 Общие положения4.1 Метод определения характеристик физико-механических свойств грунтов устанавливают в программе испытаний в зависимости от стадии проектирования, грунтовых условий, вида и уровня ответственности проектируемых зданий и сооружений.

4.2 Область применения методов полевых испытаний грунтов в зависимости от вида грунта приведена в приложении А.

4.3 Полевые испытания проводят непосредственно на поверхности грунта, в массиве грунта или в опытных горных выработках (котлованах, шурфах, дудках или буровых скважинах).

4.4 Площадка, выбранная для проведения испытаний грунтов или заложения горной выработки, должна быть спланирована и оконтурена водоотводной канавой. Размеры площадки устанавливают из условий размещения выработки и установки для испытаний грунта.

4.5 Точки проведения испытаний или опытные горные выработки закрепляют временными знаками с использованием геодезических методов. Планово-высотная привязка этих точек должна контролироваться после проведения испытания.

4.6 Испытания просадочных грунтов, проводимые с замачиванием, следует выполнять на специально отводимой опытной площадке.

4.7 Способы проходки выработок для испытаний должны обеспечивать сохранение ненарушенного сложения грунта и его природной влажности.

При бурении скважины для испытания грунта ниже уровня подземных вод не допускается его понижение в скважине.

При испытании мерзлого грунта забой выработки зачищают до ненарушенного мерзлого грунта.

4.8 В процессе проходки выработок следует вести документацию литологического строения, а в мерзлых грунтах — и криогенного строения толщи грунтов.

4.9 Места проведения испытаний должны быть защищены от проникновения поверхностных вод и атмосферных осадков, а в зимнее время — от промерзания.

Приборы и оборудование должны быть защищены от непосредственного воздействия солнечных лучей, сильного ветра и атмосферных осадков.

4.10 При режимных наблюдениях на опытных площадках необходимо не нарушать растительный и снежный покровы около горной выработки и на площадке в целом.

4.11 После проведения испытаний горную выработку, пройденную в процессе испытания и не переданную заказчику для продолжения стационарных наблюдений, надлежит затампонировать грунтом и при необходимости закрепить с соответствующей маркировкой (номер выработки, организация и т. п.).

Площадку испытания следует очистить от мусора и восстановить почвенно-растительный слой в местах, где он был нарушен в результате испытаний грунта.

4.12 За результат испытаний принимают среднеарифметическое значение параллельных определений, предусмотренных для соответствующего метода.

4.13 Погрешность измерений при испытаниях не должна превышать:

0,1 мм — при измерении деформаций грунта и отказов свай;

5% — при измерении прикладываемой нагрузки от ступени нагрузки;

0,1 °С — при измерении температуры грунта.

4.14 При обработке результатов испытаний модуль деформации грунта вычисляют с точностью 1 МПа при Е более 10 МПа; 0,5 МПа — при Е от 2 до 10 МПа; 0,1 МПа — при Е менее 2 МПа; начальное просадочное давление — 0,1 МПа; относительную просадочность — 0,001; сопротивление грунта срезу — 0,01 МПа; угол внутреннего трения — 1°; удельное сцепление — 0,01 МПа.

4.15 Статистическую обработку результатов определений характеристик физико-механических свойств грунтов, используемых при проектировании оснований и фундаментов зданий и сооружений, производят по ГОСТ 20 522.

4.16 Результаты полевых испытаний грунта заносят в журналы испытаний, содержащие данные о месте проведения испытаний и схему расположения точек испытаний или опытных горных выработок, описание грунта и другие необходимые характеристики грунта.

Образцы грунта для определения этих характеристик отбирают непосредственно в опытных горных выработках на отметке испытания грунта или на расстоянии не более 3 м от оси выработки.

Страницы журнала должны быть пронумерованы, а журнал подписан руководителем полевого подразделения и исполнителями.

5 Требования к установкам для проведения испытаний, приборам и оборудованию

5.1 Все конструкции установок для проведения испытаний должны быть рассчитаны на нагрузку, превышающую на 20% наибольшую нагрузку, предусмотренную программой испытаний.

5.2 Домкраты должны быть предварительно оттарированы, а насосные станции гидравлических домкратов со шлангами — проверены на герметичность.

5.3 После окончания монтажа установки для проведения испытаний следует проверить правильность и надежность сборки всей установки и ее отдельных узлов, а также безопасность работы во время испытаний.

5.4 При необходимости нагнетания воды в опытные скважины трубопроводы и другие конструкции должны быть рассчитаны на напоры, превышающие на 50% напоры, предусмотренные программой испытаний.

5.5 Все оборудование, используемое при испытаниях грунтов, должно подвергаться периодическим проверкам в соответствии с паспортными данными.

5.6 Механизмы и устройства для создания давления на грунт (прессы, прессиометры, крыльчатки, зонды и пр.) должны обеспечивать:

— центрированную (соосную) передачу нормальной нагрузки на грунт и ее вертикальность;

— приложение касательной нагрузки в строго фиксированной плоскости среза, перпендикулярной к плоскости приложения нормальной нагрузки;

— возможность нагружения грунта ступенями или непрерывно при заданной постоянной скорости деформирования грунта;

— постоянство давления на каждой ступени нагружения.

5.7 Устройства и приборы, используемые для измерения деформаций и нагрузок, должны обеспечивать погрешности измерений не более указанных в 4.13.

5.8 Измерительные приборы должны периодически (согласно паспорту) подвергаться метрологическим поверкам и иметь ведомость поправок в пределах рабочего диапазона каждого прибора.

Перед их отправкой на место испытаний проводят внеочередную поверку.

5.9 При применении приборов с ионизирующими излучениями должны соблюдаться правила техники безопасности, изложенные в инструкциях к этим приборам.

5.10 Части установок и приборы, соприкасающиеся с водой, должны быть изготовлены из коррозионно-стойких материалов.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(рекомендуемое) Методы полевых испытания грунтов:

Задание 8. По данным бурения четырех скважин построить геолого-гидрогеологический разрез. Расстояние между скважинами 50 м. масштаб разреза: горизонтальный- 1:1000;

Вертикальный 1:1000

Задание 9.1.Используя данные в таблице, определить направление, скорость фильтрации и действительную скорость движения загрязненных подземных вод по трем скважинам, расположенным (в плане) в углах равностороннего треугольника.

Масштаб 1:1000

Расстояние между

скважинами 60 м

Кф=2,3 м/сутки

I=48−40/39=0,205

V=2,3*0,205=0,47м/сутки

n=39%

U=0,47/0,41=1,15м/сутки Задание9.2.построить розы ветров по повторяемости направлений ветра (%) в январе и июле по данным г. Архангельска:

Задание 10.1

Дано: объемV=62 см3; масса влажного грунта=124 г; масса сухого грунта =105 г; плотность частиц грунта Определить: плотность;удельный вес;плотность сухого грунтаудельный вес сухого грунта;пористостькоэффициент пористости; степень влажности.

Решение.

=/ V=105/62=1,7;

=*q=1,7*10=17; (q =10)

W=+/=124−105/105=0.18=18%;

=/1+W=1,7/1+0,18=1,44;

=*q=1,44*10=14,4;

=1-/=1−1,44/2,7=0,47=47%;

=/(1-)=0,47/(1- 0,47)=0,25;

=-/=2,7−1,44/1,44=0,87;

=15%=0,15 (ГОСТ 5180−84)

==0,15/0,87=0,17=17%.

Задание 10.2.Определить массу грунта при изменении его влажности. Масса грунта при влажности 0,06 равна 1,7 т. Определить массу того же грунта при влажности 0,22.

Решение.

Масса влажного грунта равна массе сухого грунта и массе воды:=+

Масса воды:= *, тогда := +*=(1+)

Следовательно, =/(1+)= 1,7/(1+0,06)=1,6 т Так как =0,22,то=1,60(1+0,22)=1,95 т.

Задание 10.3.Определить влажность песка при поливании водой, а масса в воздушно-сухом состоянии известна. Масса песка в воздушно-сухом состоянии 3,5 т. В песок вылили 0,35 л воды. Определим влажность.

=/ =0,35/3,5=0,1.

Задание 10.4.Природная влажность грунта =0,19;влажность грунта на границе текучести =0,27; влажность грунта на границе раскатывания =0,12. Определить наименование грунта и показатель текучести.

Решение.

Число пластичности =-=0,27−0,12=0,15

Следовательно, грунт называется суглинком.

Показатель текучести:=-/- =0,19−0,12/0,27−0,12=0,07/0,15=0,46

Следовательно, консистенция грунта тугопластичная.

Литература

:

1. Хаин В. Е. Общая геотектоника, 2 изд., М. 1973; Белоусов В. В. Основы геотектоники, М. 1975.

2. ГОСТ 5686–94 Грунты. Методы полевых испытаний сваями ГОСТ 12 248–96 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости ГОСТ 20 522–96 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний ГОСТ 25 100–95 Грунты. Классификация ГОСТ 27 217–87 Грунты. Метод полевого определения удельных касательных сил морозного пучения ГОСТ 30 416–96 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения

3.Л. М. Пешковский, Т. М. Перескокова Инженерная геология, М. 1982.

4.В. М. Кононов, А. М. Крысенко, В. М. Швец Основы геологии гидрогеологии и инженерной геологии, М. 1978

5.Н. Н. Маслов, М. Ф. Котов Инженерная геология., М. 1971