Определение характеристик грунта

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Отчёт по геологической практике Выполнил: бригада № 1, бригадир: Гераськов М. Н.

Состав бригады: Актуганов А.,

Болотских А., Ватутин А.,

Врабий Т., Гераськов М.,

Гончарук А., Грибова О.,

Жуков А., Извеков И.,

Кытин А., Малышевский В.

Проверил: Сотников Д. Ю.

время прохождения практики с 15.07.2009 г. по 28. 07. 2009 г.

Орёл, 2009 г.

1. Техника безопасности

2. Дневник практики

3. Определение влажности грунта.

4. Построение геологического разреза.

5. Определение влажности грунта на пределах раскатывания и текучести. Определение разновидностей глинистого грунта.

6. Определение гранулометрического состава песчаного грунта ситовым методом.

7. Экскурсия № 1

8. Карьеры

9. Заболачивание. Борьба с заболачиванием

10. Карстовые процессы.

11. Оползни. Борьба с оползнями

12. Осадка зданий

13. Литература

1. Техника безопасности

При прохождении практики студенты должны придерживаться правил техники безопасности:

1. Производство работ должно осуществляться в присутствии преподавателя;

2. При переходе через проезжую часть соблюдать правила дорожного движения;

3. Во время экскурсии не отрываться от группы;

4. При производстве работ на открытом воздухе не загрязнять окружающую среду;

5. Земляные работы следует вести в специальной одежде;

6. Каждый студент должен быть экипирован защитной каской;

7. При заборе проб грунта не подставлять части тела к буру;

8. После забора грунта из скважины хорошо очистить бур;

9. Засыпать скважину после забора проб грунта;

10. Перенос бура должен осуществляться только в чехле.

2. Дневник практики

3. Определение влажности грунта

3.1 Материалы и оборудование: монолит грунта, бюксы, весы лабораторные, сушильный шкаф Влажность (W) — это отношение массы воды, содержащейся в грунте, к массе сухих твердых частиц. Величина влажности влияет на прочность грунтов. Естественная влажность является показателем, необходимым для вычисления пористости, а также коэффициента водонасыщения и других параметров.

3.2 Порядок выполнения работы

Взвешивают пустой бюкс (m1).

Часть грунта, оставшуюся в кольце после определения плотности, массой 10…15 г, переносят в этот бюкс.

Бюкс с влажным грунтом взвешивают с точностью до 0,01 г (m2).

Бюкс с грунтом помещают в сушильный шкаф, где высушивают при температуре 105С в течение 4…5 ч. Бюксы с сухим грунтом хранят в эксикаторе — закрытом сосуде с хлористым кальцием, поглощающим влагу из воздуха.

На следующем занятии бюкс с сухим грунтом взвешивают с той же точностью (m3).

Влажность рассчитывают по формуле:

где m1 — масса бюкса;

m2 — масса бюкса с влажным грунтом;

m3 — масса бюкса с сухим грунтом.

Таблица 3.1. Журнал определения влажности грунта

На основании полученных результатов следует, что более влажными грунтами являются глина и суглинок, а менее влажным — супесь.

4. Построение геологического разреза

4.1 Цель работы: построить геологический разрез

4.2 Материалы и оборудование план расположения горных выработок, геологические колонки скважин, масштабная линейка или циркуль, миллиметровая бумага.

4.3 Теоретическая часть

Геологический разрез строится для более четкого представления об условиях залегания грунтов в выбранном районе строительства. Линия пересечения земной поверхности с плоскостью геологического разреза называется линией разреза. Для построения геологического разреза выбирается базисная линия, от которой и строится разрез. За базисную линию принимают топографический профиль, линию с абсолютной отметкой 0,000 или нижнюю горизонтальную линию, выбираемую с таким расчетом, чтобы разрез располагался выше этой линии.

4.4 Порядок выполнения работы

грунт геологический влажность оползень

На плане через горные выработки проводят линию разреза, концы которой обозначают цифрами I — I.

Вдоль выбранной линии разреза строят топографический профиль.

На профиль наносят устья скважин, отмечают номера выработок и абсолютные отметки их устьев. Тонкими вертикальными линиями отмечают направление осей скважин.

На основе линии горных выработок наносят данные о пройденных породах (интервал залегания, наименование породы, ее возрастной индекс). Все построения выполняют от базисной линии.

Приступают к объединению аналогичных пород с соседними выработками, в пласты и массивы. Такое объединение возможно лишь для пород, одинаковых по составу, возрасту и происхождению (генезису), а иногда одинаковых только по возрасту и генезису.

Нижняя граница геологического разреза определяется наиболее глубокой скважиной. Разрез снизу нельзя ограничивать линией, соединяющей забои горных выработок.

На разрез наносят данные о подземных водах. При безнапорном характере подземных вод депрессионная поверхность подземного потока показывается на разрезе I — I сплошной линией, соединяющей отметки воды в скважинах. При напорном характере величина напора обозначается стрелкой, направленной вверх, от отметки появления воды до отметки ее установления. Стрелку проводят слева от скважины.

Справа от скважины условными знаками показывают места отбора монолитов и проб горных пород, а также проб воды.

При окончательном оформлении чертежа линии скважин от устья до забоя четко выделяют. Забой скважины необходимо подчеркнуть короткой горизонтальной линией.

По каждой скважине проставляют отметки забоя, кровли и подошвы пластов. Пласты пород на разрезе отмечают в соответствии с принятыми условными обозначениями, контуры пластов выделяют жирными линиями. В пределах контуров пластов и массивов проставляют генетические и возвратные индексы.

Схему разреза сопровождают условными обозначениями. Условные обозначения пород располагают в строгой возрастной последовательности, от более молодых к более древним породам, сверху вниз или слева направо.

Рекомендуемый масштаб геологического разреза: горизонтальный 1:500, вертикальный 1:100.

Высота разреза — 6 метров

Рисунок 4.2. Геологический разрез второго участка

На основании полученных данных можно сделать вывод, что преобладающим типом грунта является суглинок.

5. Определение влажности грунта на пределах раскатывания и текучести. Определение разновидностей глинистого грунта

5.1. Цель работы

Определить влажность грунта на пределах раскатывания и текучести. Определить разновидности глинистого грунта.

5.2 Материалы и оборудование грунтовая паста объемом около 80 см³, шпатель, колба с водой, бюксы, лабораторные весы, сушильный шкаф, балансирный конус, металлический стаканчик с подставкой, пластиковые листы, шпатель.

5.3 Теоретическая часть

К дополнительным физическим характеристикам относятся влажность грунта при переходе из твердого состояния в пластичное (граница раскатывания — WР) и влажность при переходе из пластичного состояния в текучее (граница текучести — WL).

Определение границы текучести.

5.4 Порядок выполнения работы

Грунтовое тесто с помощью шпателя переносят (вмазывают) в стандартный металлический стаканчик без оставления пустот. Поверхность грунта выравнивают с краями стаканчика. Стаканчик с грунтовым тестом ставят на подставку.

Рисунок 5.1. Схема испытания грунта балансирным конусом

В центральную часть теста плавно опускают балансирный конус (рисунок 1), позволяя ему погрузиться в грунт под собственной массой. Если конус в течение 5 с опуститься на 10 мм (до риски), то влажность грунта соответствует влажности на границе текучести (WL). При меньшей или большей глубине погружения в грунтовую пасту добавляют воду или сухой грунт, добиваясь такого состояния, когда конус погрузится до риски.

Взвешивают пустой бюкс (m1). Из стаканчика отбирают около 20 г грунта, укладывают в бюкс и взвешивают с точностью до 0,01 г (m2).

Высушивают грунт до постоянной массы в течение 4…5 ч. После охлаждения взвешивают (m3) и определяют влажность на границе текучести WL:

(5.1)

где m1 — масса бюкса;

m2 — масса бюкса с влажным грунтом;

m3 — масса бюкса с сухим грунтом.

Таблица 5.1. Журнал для определения влажности грунта на пределах текучести и раскатывания

Определение границы раскатывания.

5.5 Порядок выполнения работы

В чашку с грунтовым тестом добавляют немного сухого грунта и массу тщательно перемешивают шпателем.

Из полученного теста отбирают кусок объемом 2…3 см3 и раскатывают на пластиковом листе до шнура диаметром 3 мм. Раскатывание ведут до тех пор, пока шнур не будет крошиться на кусочки длиной 3…10 мм, что свидетельствует о доведении влажности до границы раскатывания. Если шнур не распадется на куски, то его скатывают и снова раскатывают до указанного диаметра.

Взвешивают пустой бюкс (m1). Полученные от раскатывания кусочки массой не менее 10 г укладывают в бюкс и взвешивают (m2). Ставят бюкс в сушильный шкаф, сушат 4…5 ч и взвешивают (m3).

Результаты опыта заносят в таблицу 2.1 и определяют WР.

5.6 Определение разновидностей грунта

Определяют число пластичности IP:

(5.2)

Ip=0,244−0,124=0,12

где WL — влажности грунта на границе текучести;

WP — влажности грунта на границе раскатывания.

Вычисляют показатель консистенции IL (значение влажности WL берут из работы № 1):

(5.3)

IL=(0,146−0,124)/(0,244−0,124)=0,183

где W — естественная влажность грунта;

WL — влажности грунта на границе текучести;

WP — влажности грунта на границе раскатывания.

По ГОСТ 25 100– — 95 определяют разновидности глинистого грунта.

Вывод: суглинок полутвёрдый

6. Определение гранулометрического состава песчаного грунта ситовым методом

6.1 Цель работы: Определить гранулометрический состав песчаного грунта ситовым методом

6.2 Материалы и оборудование песчаный грунт массой более 100 г, набор круглых сит (с отверстиями 2,00; 0,50; 0,25; 0,10 мм), лабораторные весы, листы плотной бумаги, ложка.

6.3 Теоретическая часть

Гранулометрический состав грунта — это весовое содержание в нем зерен различной крупности, выраженное в процентах по отношению к массе сухой пробы, взятой для анализа.

6.4 Порядок выполнения работы

Взвешивают на весах 100 г песка.

Собирают сита в колонку, размещая их от поддона в порядке увеличения отверстий. Высыпают навеску грунта в верхнее сито и закрывают его.

Пробу грунта просеивают ручным или механизированным способом. Полноту просеивания проверяют встряхиванием каждого сита над листом бумаги, пока зерна не перестанут просыпаться через сито. Выпавшие зерна ссыпают на следующее сито с меньшими отверстиями.

Фракции, оставшиеся на ситах, последовательно взвешивают с точностью до 0,01 г. Расчет процентного содержания фракций х производится по формуле:

(6.1)

где a — масса фракций, г;

a0 — полная навеска, г.

Результаты вычислений выражают с точностью до 0,1% и заносят в таблицу 6.1. Допустимая потеря должна составить не более 0,5%, при большем расхождении анализ повторяют.

Таблица 6.1. Журнал гранулометрического анализа

6.5 Обработка результатов анализа Для построения кривой гранулометрического состава необходимо последовательно просуммировать содержание фракций, начиная с наиболее мелкой. Дается это в табличной форме (таблица 5.2).

Таблица 6.2. Данные гранулометрического анализа

По данным таблицы 5.2 строят график. По оси абсцисс откладывают размеры фракций, а по оси ординат — суммарное содержание фракций (рисунок 5.1). Наиболее удобным масштабом для графика является следующий: по оси абсцисс 1 см соответствует диаметру отверстий 0,1 мм, а по оси ординат 1 см — 10% суммарного содержания частиц.

По полученной кривой определяют коэффициент неоднородности гранулометрического состава. Для этого по графику находят размеры частиц, соответствующих ординате 10% (d10) и 60% (d60), где d10 представляет собой диаметр, меньше которого в грунте содержится 10%(по массе) частиц; d60 — диаметр, меньше которого в грунте содержится 60%(по массе) частиц.

Рисунок 6.1. Суммарная кривая гранулометрического состава песчаного грунта Коэффициент неоднородности Сu определяют по формуле:

. Cu=0,693/0,127= 5,46 (5.2)

Чем больше Сu, тем более разнородным по гранулометрическому составу является грунт. При Сu3 грунт считается однородным, а при Сu>3 — неоднородным.

По ГОСТ 25 100– — 95 определяют разновидность песчаного грунта.

В зависимости от гранулометрического состава, пески подразделяются на следующие разновидности:

песок гравелистый — при массе частиц крупнее 2,00 мм — более 25%;

песок крупный — при массе частиц крупнее 0,50 мм — более 50%;

песок средней крупности — при массе частиц крупнее 0,25 мм — более 50%;

песок мелкий — при массе частиц крупнее 0,10 мм — более 75%;

песок пылеватый — при массе частиц крупнее 0,10 мм — 75% и менее.

В нашем случае масса частиц крупнее 2,00 мм составляет 4,86%, крупнее 0,25 мм — 44,08%, крупнее 0,10 мм — 98,28%. Следовательно, разновидность песка — мелкий, неоднородный.

7. Экскурсия № 1

Родник — это естественный выход подземных вод на земную поверхность на суше или под водой (подводный источник).

Образование источников может быть обусловлено различными факторами:

· пересечением водоносных горизонтов отрицательными формами современного рельефа (например, речными долинами, балками, оврагами, озёрными котловинами),

· геолого-структурными особенностями местности (наличием трещин, зон тектонических нарушений, контактов изверженных и осадочных пород),

· фильтрационной неоднородностью водовмещающих пород и др.

Родники бывают: восходящими — напорными и нисходящими — безнапорными; временно действующими (сезонными) и постоянно действующими и др.

По температуре родники делятся на холодные, тёплые, горячие, кипящие.

Химический и газовый состав воды источников разнообразен; он определяется, главным образом, составом разгружающихся подземных вод и общими гидрогеологическими условиями района

Таблица 7.1. Сравнительная характеристика родниковой и речной воды.

8. Карьеры

Карьер — это совокупность горных выработок, образованных при добыче полезного ископаемого открытым способом.

Принцип открытой разработки заключается в том, что более мощные слои пород, покрывающих пласт полезного ископаемого, в пределах горного отвода разделяется на горизонтальные слои, которые вынимают последовательно в направлении сверху вниз с опережением нижних слоев верхними. Толщина слоя зависит от прочности пород и применяемой техники и колеблется от нескольких метров до нескольких десятков метров.

Элементы карьера — пространственные составляющие карьера, которые исчерпывающе характеризуют его геометрию. Основные элементы: рабочий и нерабочий борт карьера, подошва или дно, верхний и нижний контуры карьера, уступы, площадки.

Рабочая зона карьера — совокупность рабочих (розкривних и добывающих) уступов, на которых выполняются работы по подготовке и выниманию горных пород.

Рабочая зона карьера определяется на разрезе углом наклона рабочего борта карьера и высотными отметками верхнего и нижнего рабочих горизонтов; в плане — протяжностью фронта работ на рабочих уступах.

При разработке горизонтальных и пологих месторождений малой и средней мощности высотное положение рабочей зоны карьера остаётся неизменным; при разработке наклонных и крутых месторождений, а также мощных изометрических залежей рабочая зона постепенно снижается вместе с увеличением глубины карьера.

Дно карьера — площадка нижнего уступа карьера (что называется также подошвой карьера). В условиях разработки крутых и наклоненных тел полезных ископаемых минимальные размеры. Дно карьера определяется с учетом условий безопасного вынимания и нагрузки горных пород из последнего уступа: по ширине — не меньше 20 м, по длине — не меньше 50−100 м.

В условиях разработки морфологически сложных залежей значительного протягивания дно карьера может иметь ступенчатую форму.

Глубина карьера — расстояние по вертикали между уровнем земной поверхности и дном карьера или расстояние от верхнего контура карьера к нижнему. Различают проектную, конечную и предельную глубину карьера.

Предельный контур карьера — контур карьера на период его погашения, то есть прекращение работ.

9. Заболачивание. Борьба с заболачиванием

Болото — это участок суши (или ландшафта), характеризующийся избыточным увлажнением, сточными или проточными водами, но без постоянного слоя воды на поверхности. Для болота характерно отложение на поверхности почвы неполно разложившегося органического вещества, превращающегося в дальнейшем в торф. Слой торфа в болотах не менее 30 см, если меньше, то это заболоченные земли.

Болота чаще встречаются в Северном полушарии, в лесах. В России распространены на севере Европейской части, в Западной Сибири, на Камчатке.

Болота возникают двумя основными путями: из-за заболачивания почвы или же из-за зарастания водоёмов.

Непременным условием образования болот является постоянная избыточная влажность. Одна из причин избыточной увлажнённости и образования болота состоит в особенностях рельефа — наличие низин, куда стекаются воды осадков и грунтовые воды; на равнинных территориях отсутствие стока — все эти условия приводят к образованию торфа.

Болота играют важную роль в образовании рек, препятствуют развитию парникового эффекта. Их, в не меньшей степени, чем леса, можно назвать «лёгкими планеты». Дело в том, что реакция образования органических веществ из углекислого газа и воды полностью обратима, и поэтому при разложении органики углекислый газ, связанный до этого растениями, выделяется назад в атмосферу. Единственный процесс способный уменьшить содержание углекислого газа в атмосфере — это захоронение неразложившейся органики, что и происходит в болотах, образующих залежи торфа, трансформирующегося затем в каменный уголь.

Классификация болот:

· Низинные — расположены в низких местах, характерная растительность — ольха, берёза, осока, тростник, рогоз.

· Топь — переувлажнённый участок болота с разжиженной торфяной залежью, высоким уровнем воды и рыхлой непрочной дерниной[1].

· Переходные — характерны берёза, сосна, осоки, сфагновые мхи.

· Верховые — расположены на водоразделах, вода в них резко кислая, растительность — лиственница, багульник, кассандра, клюква, пушица, шейхцерия. В свою очередь они делятся на два типа:

· Лесные — покрыты низкой сосной, вересковыми кустарниками, сфагнумом.

· Грядово-мочажинные — похожи на лесные, но покрыты торфяными кочками и деревья на них практически не встречаются.

Для борьбы с заболачиванием почв в районах достаточного или избыточного увлажнения в результате нарушения природного водного режима применяют различные осушительные меры. В зависимости от причин заболачивания это может быть понижение уровня грунтовых вод с помощью закрытого дренажа, открытых каналов или водозаборных сооружений, строительство дамб, спрямление русла реки для защиты от затопления, перехват и сброс атмосферных склоновых вод и др.

Однако чрезмерное осушение больших площадей может вызвать нежелательные изменения в экосистемах — пересушку почв, их дегумификацию и декальцинирование (приставка «де» означает устранение чего-либо), а также вызвать обмеление малых рек, усыхание лесов и т. д.

10. Карстовые процессы

Карст — это совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью воды и выражающихся в растворении горных пород и образовании в них пустот, а также своеобразных форм рельефа, возникающих на местностях, сложенных сравнительно легко растворимыми в воде горными породами (гипсами, известняками, мраморами, доломитами и каменной солью). Наиболее характерны для карста отрицательные формы рельефа.

По происхождению они подразделяются на формы, образованные путём растворения (поверхностные и подземные), эрозионные и смешанные.

Для развития карстового процесса необходимы следующие условия:

· наличие ровной или слабо наклонной поверхности, чтобы вода могла застаиваться и просачиваться внутрь по трещинам;

· толща карстующихся пород должна иметь значительную мощность;

· уровень подземных вод должен стоять низко, чтобы было достаточное пространство для вертикального движения подземных вод.

Карст характеризуется комплексом поверхностных (воронки, карры, желоба, котловины, каверны и др.) и подземных (карстовые пещеры, галереи, полости, ходы) форм рельефа.

Степень и характер закарстованности массивов растворимых пород зависят от гидродинамических условий.

По характеру движения и режима подземных вод выделяют следующие гидродинамические зоны:

1) зона аэрации, где осуществляется главным образом нисходящее движение инфильтрационных и инфлюационных вод, с которыми связано формирование поверхностных карстовых форм;

2) зона сезонного колебания уровня трещинно-карстовых вод. При высоком стоянии уровня в этой зоне происходит горизонтальное движение воды, при низком — вертикальное, в соответствии, с чем осуществляется направленное выщелачивание карстующихся пород;

3) зона полного насыщения, находящаяся в сфере дренирующего воздействия местной гидрографической сети, прорезающей массив карстующихся пород. Эта зона имеет наибольшее значение в развитии

подземных карстовых пещер и каналов.

При оценке степени закарстованности массива важно знать историю геологического развития района. Известны несколько возрастных генераций карста, соответствующих длительным этапам континентального развития, в течение которых происходило активное эрозионное расчленение, формирование речных долин и связанных с ними подземных вод и карстовых процессов.

11. Оползни. Борьба с оползнями

Оползень — смещение вниз по склону массы рыхлой горной породы под влиянием силы тяжести, особенно при насыщении рыхлого материала водой. Одна из форм стихийного бедствия.

Оползни возникают на участке склона или откоса вследствие нарушения равновесия пород, вызванного увеличением крутизны склона в результате подмыва водой, ослаблением прочности пород при выветривании или переувлажнении осадками и подземными водами, воздействием сейсмических толчков, а так же строительной и хозяйственной деятельностью, без учета геологических условий местности (разрушение склонов дорожными выемками, чрезмерный полив садов и огородов, расположенных на склонах и др.).

Развитию оползней способствуют наклон слоев земли в сторону уклона, трещины в породах, направленные также в сторону уклона. В сильно увлажненных глинистых породах оползни приобретают форму потока. Оползни наносят большой ущерб сельскохозяйственным угодьям, промышленным предприятиям, населенным пунктам и т. д.

Разрушительные оползни, движущиеся в виде беспорядочной груды обломков, называют камнепадами; если блок перемещается по некоторой ранее существовавшей поверхности как единое целое, то оползень считается обвалом; оползень в лессовых породах, поры которых заполнены воздухом, приобретает форму потока (оползень течения).

Для прогноза и контроля развития оползней проводят детальные геологические исследования и составляют карты, на которых указаны опасные места.

Первоначально при картировании методами аэрофотосъемки выявляют участки скопления обломочного оползневого материала, которые на аэрофотоснимках проявляются характерным и очень четким рисунком. Определяются литологические особенности породы, углы склона, характер течения подземных и поверхностных вод. Ведется регистрация движения на склонах между опорными реперами, вибраций любой природы (сейсмических, техногенных и т. п.).

Если вероятность возникновения оползней велика, то осуществляются специальные мероприятия по защите от оползней.

Они включают укрепление оползневых склонов берегов морей, рек и озер подпорными и волноотбойными стенками, набережными. Сползающие грунты укрепляют сваями, расположенными в шахматном порядке, проводят искусственное замораживание грунтов, высаживают растительность на склонах.

Для стабилизации оползней в мокрых глинах проводят их предварительное осушение методами электроосмоса либо нагнетанием горячего воздуха в скважины.

Крупные оползни можно предотвратить дренажными сооружениями, перекрывающими путь поверхностным и подземным водам к оползневому материалу.

Поверхностные воды отводятся канавами, подземные — штольнями или горизонтальными скважинами. Несмотря на дороговизну этих мероприятий, их осуществление дешевле, чем ликвидация последствий произошедшей катастрофы.

12. Осадка зданий

Неравномерность деформации оснований зданий из-за неравномерности грунта приводит к неравномерной осадке здания и появлению трещин.

13. Литература

1. ГОСТ 25 100–95 Грунты. Классификация. Введен с 1.07. 96. — М.: Госстрой России — 1996. — 24 с.

2. СНиП 11−02−96 Инженерные изыскания для строительства. М.: Госстрой России, 1996. — 60 с.;

3. СП 11−105−97 Инженерно-геологические изыскания для строительства. М.: Госстрой России, 1997. — 77 с.;

4. Чернышев, С. Н. Задачи и упражнения по инженерной геологии / С. Н. Чернышев, А. Н. Чумаченко, И. Л. Ревелис — М.: Высш. шк., 2002. — 254 с.;

5. Ананьев, В. П. Инженерная геология и гидрогеология / В. П. Ананьев, А. Д. Потапов — М.: Высш. шк., 2002. — 400 с.;