Гидрогеологические исследования. 
Воробьевы горы и р. Химки, парк Покровское-Стрешнево

Опытные гидрогеологические исследования включают:

• — определение коэффициента фильтрации грунтов в зоне аэрации методом инфильтрации (методы налива воды в шурфы);
• — определение коэффициента фильтрации грунтов в водоносном горизонте методом опытных откачек.

Геофизические методы работ

Геофизические исследования включают:

• — работу с одноканальной сейсмической установкой ОСУ- 1;
• — электроразведочные работы методом вертикальных электрических зондирований (ВЭЗ);

К числу самостоятельно выполняемых относятся:

• — проходка буровых скважин методом бурения;
• — испытание грунтов динамическим зондированием;
• — проведение цикла фильтрационных наблюдений.

Задание № 1.

Изучение плотности песчаных грунтов методом динамического зондированя с помощью ручного зонда.

Основные положения метода:

Зондирование легким забивным зондом осуществляется по тому же принципу, что и зондирование УПБ-15 М. Ручной зонд отличается от зонда УПБ преимущественно размерами. Конус ЛЗЗ геометрически подобен конусу большой установки. Сохранено и соотношение диаметра зонда и штанги: диаметр зонда 18 мм, штанги -10 мм. Длина штанги в зависимости от модификации зонда ЛЗЗ-1, ЛЗЗ-2, ЛЗЗ-3 от 0,7 до 1 м. Груз массой 2,5 кг, высота сбрасывания груза 20 см. это обеспечивает уменьшение энергии удара пропорционально уменьшению диаметра конуса. ЛЗЗ создан для контроля плотности укладки намывных и насыпных искусственных песчаных грунтов в процессе их укладки, т. е. при подготовке искусственных оснований, возведении дамб, плотин и других земляных сооружений. Контроль, выполненный по мере укладки или намыва грунта, позволяет оперативно и дешево охарактеризовать плотность грунтов, являющуюся одним из главных показателей качества строительства. Последовательное послойное зондирование позволяет оценить искусственный грунтовой массив на всю мощность. Недостаток зонда — малая длина, что исключает его применение при изысканиях естественных оснований сооружений.

Согласно ГОСТ 199 221–81, в качестве показателя динамического зондирования используется условное динамическое сопротивление Р_Д (МПа). При работе с ЛЗЗ рекомендуется применять наиболее простой показатель динамического зондирования N (уд/ дм), представляющий собой число молота, необходимое для погружения зонда на 10 см.

N = 10*n/h.

Где n — число ударов зонда, т. е. условно принятое число ударов, после которого происходит замер осадки зонда; h — глубина погружения зонда от залога (см).

По данным динамического зондирования видно, что на изучаемой территории залегают пески средней плотности со средним модулем общей деформации? МПа и средним углом внутреннего трения? градусов и рыхлые пески со средним модулем общей деформации? МПа и средним углом внутреннего трения? градусов.

Задание № 2.

Оценка свойств грунтов методом динамического зондирования.

Основные положения метода:

Динамическое зондирование является основным методом непрерывного изучения свойств грунтов вдоль вертикальной оси зондировочной скважины. Метод заключается в определении сопротивления грунтов внедрению зонда, состоящего из конического наконечника и штанги, под действием динамической нагрузки. Разница в сопротивлении грунтов объясняется отличием их состава, состояния и свойств. Метод применим для глинистых, песчано-глинистых, песчаных и песчано-гравийных отложений.

Методом динамического зондирования решаются следующие задачи:

• — расчленение разреза песчано-глинистых грунтов на слои и линзы;
• — ориентировочная оценка физико-механических свойств грунтов (для промышленно-гражданских сооружений 3−4 класса капитальности физико-механические характеристики могут являться расчетными, для сооружений 1−2 класса получаемые показатели уточняются лабораторными и полевыми опытными работами);
• — выбор места расположения опытных площадок и отбора образцов грунтов для уточнения их физико-механических свойств путем лабораторных исследований, штамповых и др. опытов в поле.

Сопротивление, оказываемое грунтом внедрению в него зонда, называется условным динамическим сопротивлением зондированию. Количественно оно оценивается условным динамическим сопротивлением грунтов Р_Д (МПа) в соответствии с ГОСТ 19 912–81 и определяется по формуле:

Р_Д =К*А*Ф*n/h.

Где Ккоэффициент, учитывающий потери энергии при ударе; А — показатель удельной кинетической энергии (кг*с/см); Ф — коэффициент для учета потерь энергии на трение штанг о грунт; n — число ударов в серии (залоге); h — глубина погружения зонда на залог (см).

Метод динамического зондирования широко используется при проведении инженерно-геологических изысканий под жилищное и промышленное строительство, строительство дорог, возведение ЛЭП, газои нефтепроводов и т. д. Из-за простоты конструкций зондировочных установок, их небольшой массы. Удобства в обслуживании (бригада из 2-х человек) этот метод широко применяется как в России, так и за рубежом.

Динамическое зондирование значительно сокращает стоимость изысканий и срок проведения полевых работ, т.к. зондировочные испытания выполняются гораздо быстрее и стоимость их значительно ниже буровых и горнопроходческих работ, лабораторных исследований и др. опытных испытаний грунтов. Так, геологический разрез 15−20 м получается в 2−3 раза быстрее, чем с помощью данных бурения, а его стоимость в 3−4 раза дешевле.

Техническая характеристика установки УБП-15 М.

Установка буровая пенетрационная УБП-15 М является основным стандартным устройством, принятым в России для ударно-канатного бурения и динамического зондирования. Она состоит из следующих основных узлов:

• 1. транспортного устройства, представляющего собой раму, смонтированную на одноосном шасси автомобильного прицепа. На ней размещают двигатель, блок управления, редуктор с механической лебедкой и ручная лебедка для подъема и опускания мачты;
• 2. погружающего устройства, включающего свободную мачту, молот и двигатель с механической лебедкой.

Для динамического зондирования до глубины 20 м применяется конический стальной наконечник диаметром 74 мм с углом при вершине 60°, который крепиться на нижнем конце ударной штанги. Забивка зонда осуществляется стандартным молотом (60 кг), сбрасываемым с высоты 0,8 м.

Для ударно-канатного бурения (до глубины 15 м) только в песчано-глинистых грунтах применят забивные стаканы для бурения скважин кольцевым забоем в глинистых и песчаных грунтах, долото для разрушения валунов, желонки для чистки скважин и бурения в водонасыщенных грунтах, ударные патроны для забивки буровых наконечников, обсадные трубы для крепления стенок скважины.

Задание № 3.

Определение модуля общей деформации грунтов статическими нагрузками на штамп.

Штамп — квадратная или круглая плита, служащая для передачи давления на грунт при полевых испытаниях грунтов методом пробных (опытных) нагрузок.

Цель и результаты работы — ознакомиться с методом испытания грунтов статическими нагрузками на штампы для оценки их сжимаемости в полевых условиях и произвести пробное испытание грунтов.

Основные положения метода и техническая характеристика штамповой установки:

Все грунты в той или иной степени деформируются — сжимаются за счет уплотнения под действием приложенной к ним статической нагрузки. Деформация грунтов слагается из упругой нагрузки, восстанавливающейся после снятия, и остаточной. Последняя преобладает в обломочных, песчаных, глинистых и сильно трещиноватых скальных грунтах. Количественной характеристикой упругой и остаточной деформаций, т. е. сжимаемости, является МОДУЛЬ ОБЩЕЙ ДЕФОРМАЦИИ Е_о, используемый проектировщиками для расчета осадок сооружений. Модулем общей деформации называется коэффициент пропорциональности между приращениями нагрузки и осадки.

Статические нагрузки на штампы передаются ступенями до стабилизации осадки штампа при каждой ступени. Для создания давления на штамп существуют различные установки. В данном задании используется свайный гидравлический штамп конструкции ПНИИИСа.

Установка состоит из жесткого стального штампа площадью 5000кв. см, упорной фермы, четырех анкерных свай, гидравлического домкрата, мощностью 50 т и насосной станции с манометром для создания давления на штамп, двух прогибометров для регистрации осадок штампа в мм.

Задание № 4.

Определение плотности и влажности грунтов.

Показатели плотности, прочности и влажности входят в число основных физических характеристик грунтов.

Плотность служит главнейшей характеристикой способа расположения частиц в грунте, а влажность характеризует содержание воды в грунте, оказывающей влияние на ряд механических свойств грунта.

Плотность — отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к объему, занимаемому грунтом. Плотность сухого грунта — равна отношению массы образца грунта, высушенного при 100−150^о, к его первоначальному объему.

Влажность грунта — отношение массы воды, содержащейся в грунте в природных условиях, к массе грунта, высушенного при 100−150^о до постоянного веса.

Для установления плотности грунта возникает необходимость в отборе монолитов (образцов ненарушенного сложения), которые в песчаных и глинистых грунтах вырезаются методом режущего цилиндра.

Пористость грунта — отношение объема пор к объему всего грунта, включая поры.

Коэффициент пористости — отношение объема пор к объему частиц грунта.

Конструкция пробоотборник:

Рассматриваемый комплект для отбора песков ненарушенного сложения состоит — режущего цилиндра, верхней насадки, опорного направляющего кольца и поршня с рукояткой для задавливания.

Цилиндр представляет собой открытый с обеих сторон отрезок металлическую трубы, у которого одна кромка заострена.

Для определения плотности и влажности грунта надо иметь:

• — пробоотборник;
• — стальную линейку или нож с длинным лезвием;
• — савок;
• — полиэтиленовые пакетики;
• — ровную, металлическую пластину, превышающую диаметр цилиндра.

Задание № 5.

Определение коэффициента фильтрации грунтов опытными наливами в шурфы.

Шурф — вертикальная горная выработка квадратного или прямоугольного сечения, проводимая с поверхности Земли при поисках и разведке полезных ископаемых, а также при геологической съемке, инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях и т. д. Глубина шурфа может быть различной в зависимости от его назначения и глубины залегания вскрываемого объекта, редко более 20—30 м.

Сущность метода заключается в создании вертикального фильтрационного потока, просачивающегося через сухой грунт вниз от дна шурфа, измерении площади сечения потока, расхода и гидравлического уклона, т. е. всех параметров закона Дарси, кроме К_ф.

Условия движения воды в зоне аэрации существенно отличаются от условий ее движения в водонасыщенных грунтах. Вода, поступающая в шурф, впитывается в сухой грунт и движется в нем не только под действием сил тяжести, но и капиллярных сил, кот. могут действовать во всех направлениях. Благодаря действию этих сил, вода, просачиваясь из шурфа в сухой грунт, растекается, образуя увлажненную зону, форма которой изменяется во времени, вытягиваясь вниз.

По мере увеличения глубины промачивания, темп фигуры увлажнения замедляется, и расход воды на фильтрацию из шурфа стабилизируется. Однако, даже при постоянном расходе, линии токов инфильтрационного потока не параллельны между собой, т. е. площадь горизонтального сечения потока, а значит и его скорость меняются с глубиной. Влияние растекания ограничивают специальной схемой опытных установок или учитывают в формулах. Т.О., существующие методы позволяют установить величину коэффициента фильтрации только приближенно, но с точностью вполне приемлемой для практических целей.

Значение коэффициента фильтрации определяется по формуле:

К_ф=Q_уст /(щ*I).

Где Q_уст — установившей расход во внутреннем цилиндре, щ — площадь поперечного сечения внутреннего цилиндра, I — гидравлический уклон (принимаем =1).

Маршрут: Воробьевы горы Воробьёвы горы — это уступ Теплостанской возвышенности до 80 метров возвышающийся над урезом реки. Высокий и крутой склон речной долины рассечен глубокими балками, спускающимися к самой Москве-реке.Склон, обращённый к Москве-реке, расчленён глубокими оврагами, по которым раньше сбегали небольшие речки: Чура с притоками, Кровянка и Котловка; встречаются выходы подземных вод (родники), наблюдаются оползневые процессы. Ландшафт Воробьёвых гор формирует одноимённый парк, в составе которого сохранились три пруда, а также массив широколиственного леса.

Характерная особенность — широкое развитие оползневых террас. Почти на всем протяжении Воробьёвы горы покрывает старый широколиственный лес, состоящий преимущественно из липы, дуба, клёна, берёзы и ясеня. Корни мощных деревьев надежно закрепляют крутые склоны от размывания и эрозии. Под пологом леса в числе других травянистых растений встречаются ландыши, колокольчики, медуница, хохлатки, дремлик широколистный.

Здесь представлены разнообразные типы рельефа: комплексы оползневого развития; родниковые ямы и зоны высачивания подземных вод; малые формы флювиального генезиса (овраги и балки); фрагменты надпойменных террас Москвы-реки, участки антропогенного рельефа и др.

Оползни на Воробьевых горах Большая часть территории заказника является ареной оползневых смещений. Имеет место сочетание мелких и глубоких оползней мощностью до 40−60· м, поверхность скольжения которых (в толще глин) уходит под дно реки.

Различимы оползневые террасы и ступени, перемещенные на различное расстояние от кромки плато. Внешним выражением оползневых процессов в рельефе являются бугры и гряды, уступы и рвы оседания оползневых тел.

Развитие оползневого процесса является неотъемлемой частью истории Воробьевых гор.

В геологическом строении пород, слагающих склон Воробьевых гор, можно выделить континентальные и морские отложения. Рыхлые континентальные отложения представлены толщей мощностью около 40· м, в составе которой можно выделить склоновые отложения, аллювий речных террас и поймы реки Москвы, ледниковые моренные и флювиогляциальные отложения.

В эпоху, когда эта территория была покрыта морем, в дочетвертичное время, здесь накапливались мощные толщи морских осадков — известняки карбона, юрские глины и меловые пески — общей мощностью до 80· м. Почти на всей площади склона рыхлые отложения преобразованы и деформированы оползневыми процессами. Воробьевы горы — это активная геодинамическая зона с аномальными значениями магнитного и электромагнитного полей, газовыделением (CO2, CH4, H2S). В нарушенных участках развиваются карст, суффозия и оползни.

Маршрут Р. Химки парк Покровское-Стрешнево Геологическое строение.

Вся территория Покровского-Стрешнева расположена на третьей надпойменной террасе р. Москвы, т. е. характеризуется приречным рельефом. Третью террасу ещё называют Ходынской, так как она отчётливей всего выражена в районе Ходынского поля. Поверхность на большей части площади сложена четвертичными отложениями — речными и отчасти водно-ледниковыми песками и супесями. Местность плавно понижается к югу — к р.Москве. Именно в этом направлении «пропиливают» данную москворецкую террасу р. Химка и её левый приток р. Чернушка (с правым истоком). Есть и местные уклоны — к р. Химке и р.Чернушке. Особенно крут левый коренной берег р. Химки, который в Покровском-Стрешневе называется Елизаветинскими горами. Здесь есть участки с оползневым рельефом, что связано с обнажениями чёрных глин юрского периода мезозоя (вышележащие отложения, преимущественно песчаные и супесчаные, постепенно «соскальзывают» по смоченной поверхности водоупорных юрских глин). С водоносными слоями, которые располагаются над юрскими глинами, связаны многочисленные родники Елизаветинских гор, в том числе общеизвестный родник «Лебедь». Кроме того, здесь хорошо выражен современный эрозионный рельеф, обусловленный стоком поверхностных вод в р. Химку (имеется одна хорошо выраженная овражно-балочная система и ряд не столь чётких проявлений поверхностного смыва).

Гидрогеологическое строение Гидрологическое строение территории Покровского-Стрешнева представлено рекой Химкой, её левым притоком Чернушкой, правым притоком или истоком Чернушки, а также небольшими родниковыми ручьями Елизаветинских гор и небольшими искусственными водотоками, питающими правый исток Чернушки.

Родник «Лебедь» («Царевна-Лебедь») даёт около 60 000 литров воды в сутки и имеет многочисленные места выхода грунтовых вод. Температура воды постоянная — 6 градусов Цельсия. Родник считается одним из самых чистых в Москве. По-видимому, водоносные слои «Лебедя» и соседних с ним родников имеют связь с Химкинским водохранилищем, но вода, проходя через естественный песчаный фильтр, успевает в достаточной степени очиститься.

Геологические процессы Абразия (от лат. abrasio — соскабливание). Абразия — процесс разрушения волнами и прибоем берегов водоемов. Волны водохранилища, ударяясь о берег, непрерывно его подтачивают, подмывают и, таким образом, сглаживают все выступы и неровности. Таким путем вырабатывается более или менее широкая подводная волноприбойная терраса. По мере того как вода проникает далее вглубь разрушаемой им суши, возрастает ширина этой террасы и уменьшается живая сила волн вследствие трения о ее поверхность. Если уровень водохранилища повышается относительно прилегающего берега, разрушительная работа волн проникает дальше вглубь берега и ширина абразионной террасы возрастает.

Суффозия (от лат. suffosio — подкапывание) — вынос мелких минеральных частиц породы фильтрующейся через неё водой. Процесс близок к карсту, но отличается от него тем, что суффозия является преимущественно физическим процессом и частицы породы не претерпевают дальнейшего разрушения. Одна из характеристик размываемости грунтов.

Суффозия приводит к проседанию вышележащей толщи и образованию западин (суффозионных воронок, блюдец, впадин) диаметром до 10 и даже 100 метров, а также пещер. Другим следствием может быть изменение гранулометрического состава пород как подверженных суффозии, так и являющихся фильтром для вынесенного материала.

Основным сооружением, которое мы рассматриваем, это комплекс зданий «Северный парк». Дом стоит на флювиогляциальных (водно-ледниковых) отложениях, глины и суглинки перешли в пластичное состояние и дом даёт неравномерную осадку. Из-за этого рвутся кабели, ломаются окна, появляются трещины в стенах дома Поход в музей.

Помимо обычной геологической практики, мы успели сходить в Минералогический музей им. Ферсмана г. Москва.

История главного минералогического музея России началась в 1714 г., когда в соответствии с приказом Петра I была куплена коллекция минералов, в количестве 1195 экземпляров, у доктора Готвальда (Данцинг). С 1955 г. музей стал носить имя академика Ферсмана, который возглавлял институт с 1919 по 1934 гг. Ученый внес огромный вклад в развитии минералогии в стране. Он возглавил геологические исследования и поиск новых месторождений полезных ископаемых по всей территории России. В музейных фондах хранится 140 000 экземпляров минералов собранных по всему миру. Фонды музея состоят из пяти основных коллекций: 1). Систематическая Насчитывает на текущий момент более 90 000 образцов, представляющих около 2600 из почти 4000 известных в природе минеральных видов. В эту коллекцию подобраны образцы, характеризующие разнообразие видов и разновидностей минералов по составу, морфологии, физическим свойствам, ассоциациям с другими минералами.

2). Коллекция кристаллов Более 4800 образцов, представляющих кристаллы 7 кристаллических систем (сингоний). В эту коллекцию подобраны, как правило, хорошо образованные кристаллы, характеризующие известные формы природной огранки, законы двойникования. В эту же коллекцию по традиции входят синтетически полученные минералы.

3). Коллекция месторождений Насчитывает более чем 31 000 образцов. Характеризует набор минеральных видов, комплексы минеральных ассоциаций и генетические особенности более чем трех сотен отечественных месторождений и нескольких десятков наиболее известных зарубежных.

4). Коллекция образований и превращений минералов Около 2200 образцов, представляющих различные способы роста, изменений и замещений минералами друг друга или органических тел, процессы образования минералов. Основной частью этой коллекции является подборка псевдоморфоз.

5). Коллекция драгоценных и поделочных камней и изделий из них.

Среди почти 8000 образцов этой коллекции, как необработанные минералы, используемые в ювелирном деле, так и граненые драгоценные камни. Большой раздел коллекции — изделия из камня русских и иностранных мастеров 18−20 веков. В частности, из мастерских Карла Фаберже.