Геология лекции. Конспект лекций для студентов всех форм обучения по направлению подготовки бакалавров 270800. 62 Строительство
 Скачать 7.71 Mb.
|
|
2.4. Деформационные свойства Деформационные свойства – характеризуют поведение грунта под нагрузками, не превышающими критические. Деформационные свойства дисперсных грунтов определяются их сжимаемостью под нагрузкой, в результате смешения минеральных частиц относительно друг друга и зависит от пористости породы. Сжимаемость – способность грунтов деформироваться под влиянием внешней нагрузки, не подвергаясь разрушению, определяется модулем общей деформации Е, МПа зависит: – от гранулометрического состава, – минералогического состава, – структуры и текстуры пород. 2.5. Прочностные свойства Прочность грунтов – характерное поведение грунта под нагрузками, равными или превышающими критические и определяются только при разрушении грунта. Для дисперсных грунтов прочность характеризуется сопротивлением грунтов сдвигу, τ, МПа. Τ=Рtgφ+С, (7) где, τ – предельное сдвигающее напряжение, Мпа; Р – нормальное давление, МПа, tgφ – коэффициент внутреннего трения; φ – угол внутреннего трения, град., С – сцепление, МПа. Величины φ и С – параметры зависимости сопротивления грунта сдвигу, и применяются для расчета прочности и устойчивости массива грунтов. Для скальных грунтов прочность характеризует предел прочности на одноосное сжатие Rс (МПа). 2.6. Классификационные показатели глинистых грунтов По содержанию глинистых частиц (<0,005 мм) все дисперсные грунты можно разделить: Глины – >30 %; Суглинки – 10–30 %; Супесь – 10–2 %; Песок – <2 %. Таблица 7 По показателю текучести IL глинистые грунты подразделяются
Таблица 8 По числу пластичности IP глинистые грунты подразделяются
Примечание: Илы подразделяются по значениям числа пластичности, указанным в таблице, на супесчаные, суглинистые и глинистые. Набухание – способность глинистых пород при насыщении водой увеличивать свой объем. Возрастание объема породы сопровождается развитием в ней давления набухания (глины и тяжелые суглинки). Набухание зависит: – от содержания глинистых и пылеватых частиц, их минералогического состава, – от химического состава воды, взаимодействующей с породой. Бентонитовая глина V увеличивается на 80 %, каолиновая – 25 %. Таблица 9 По относительной деформации набухания без нагрузки εsw глинистые грунты подразделяются
Просадочность – свойство лессовых грунтов уменьшать свой объем без изменения давления и давать просадку при замачивании. Лессы – пылеватые суглинки, супеси (фракции 0,05-0,005 мм >50 %), в сухом состоянии держат вертикальные откосы, быстро размокают в воде, пористость > 40%, высокое содержание карбонатов, засоление легко растворимыми солями. По относительной деформации просадочности εsl глинистые грунты разделяются: просадочные εsl ≥ 0,01 и непросадочные εsl <0,01. Таблица 10 По относительной деформации пученияεfh грунты подразделяются
Усадка грунта – уменьшение объема породы под влиянием высыхания, зависящее от его естественной влажности. Размокание – способность глинистых грунтов в соприкосновении со стоячей водой (замачивании) терять связность и разрушаться, превращаясь в рыхлую массу, с частичной или полной потерей несущей способности. Коррозионные свойства глин – разрушение строительных материалов и подземных металлических трубопроводов, расположенных в глинистых грунтах, возникает в результате электролиза, который начинается в грунтах после воздействия блуждающих электрических токов (трамваи в городах). Ил – водонасыщенный современный или древний осадок дна водоемов в виде песчано-пылевато- глинистых масс, богатых органикой. Илы практически не держат нагрузки, выдавливаются, при динамическом воздействии разжижаются. Замена на другой грунт, прорезка слоя ила сваями и опора на прочный грунт, наброска камня, намыв слоя песка. Заторфованные грунты –песчано-пылевато-глинистые водонасыщенные грунты с органикой в виде разложившихся растительных остатков. Степень разложения: Rр от 0–15 % , Rр от 16–30 % , Rр от 31–50 %, Rр от>50 %. Торф – высокая влажность, сильная сжимаемость, дает неравномерные осадки. Прорезка сваями, выторфовка, уплотнение с помощью дренажных скважин. 2.7. Классификационные показатели обломочных грунтов Гранулометрический состав – количественное соотношение частиц различной крупности в дисперсных грунтах. Определяется по ГОСТ 12536. Степень неоднородности гранулометрического состава Cu – показатель неоднородности гранулометрического состава. Определяется по формуле: Cu=d60/d10, (8) где d60, d10 – диаметры частиц, мм, меньше которых в грунте содержится соответственно 60 и 10 % (по массе) частиц. Таблица 11 Классификация обломочных грунтов по гранулометрическому составу
Примечания. Для установления наименования грунта последовательно суммируются проценты содержания частиц: сначала – крупнее 200 мм, затем крупнее 10 мм и т.д. При наличии в крупнообломочном грунте песчаного заполнителя более 40 % или глинистого более 30 % от общей массы воздушно-сухого грунта, добавляется наименование вида заполнителя и указывается характеристика его состояния. Например, дресва с заполнителем суглинком полутвердым. По степени влажности крупнообломочные и песчаные грунты разделяются на: насыщенные водой Sr≥0,8; средней степени насыщения 0,8>Sr>0,5;малой степени насыщения Sr<0,5. По степени неоднородности Сu крупнообломочные и песчаные грунты: однородные Сu < 3; неоднородные Сu>3. По коэффициенту выветрелости крупнообломочных грунтов: невыветрелые 0 ≤Кws<0,5; слабовыветрелые 0,5≤Кws<0,7; сильновыветрелые 0,75≤Кws≤1. Таблица 12 Классификация песков по коэффициенту пористости (е)
2.8. Классификационные показатели скальных грунтов Прочность – свойство грунтов сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами. По пределу прочности на одноосное сжатие Rс, в водонасыщенном состоянии грунты подразделяются: – очень прочные, Rс>120 МПа; – прочные, 120>Rс>50 МПа; – средней прочности, 50>Rс>15 МПа; – малопрочные, 15>Rс>5 МПа; – пониженной прочности, 5>Rс>3 МПа; – низкой прочности, 3>Rс>1 МПа; – очень низкой прочности, Rс<1. Выветривание – совокупность процессов разрушения горных пород, изменения их химического и минерального состава в результате внешних воздействий. Степень разрушения породы в результате процессов выветривания определяется по коэффициенту выветрелости грунта, Кws,д.е. Кws = ρ/ρ0, (9) где, ρ – плотность выветрелого, ρ0 – плотность монолитного грунта. По коэффициенту выветрелости скальные грунты подразделяются невыветрелые (монолитные) Кws =1,0 слабовыветрелые 1≥Кws>0,9, выветрелые 0,9≥Кws>0,8, сильновыветрелые (рухляки) Кws<0,8. Размягчаемость – уменьшение прочности скальных грунтов при водонасыщении. Численно характеризуется коэффициентом размягчаемости Кsof, д.е., отношение пределов прочности грунта на одноосное сжатие в водонасыщенном и в воздушно-сухом состоянии. По коэффициенту размягчаемости грунты подразделяются: – неразмягчаемые Кsof>0,75; – размягчаемые Кsof<0,75. III. ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ 3.1. Классификация подземных вод Гидрогеология – наука о происхождении, движении, развитии и распространении подземных вод в земной коре. Задачи, решаемые гидрогеологией: 1) Вопросы питьевого и технического водоснабжения. 2) Защита от влияния подземных вод на производственные процессы (котлованы, шахты) и строительные конструкции. Гидрогеология состоит из нескольких дисциплин: общая гидрогеология, динамика подземных вод, гидрогеохимия, методика гидрогеологических исследований, гидрогеология МПИ, региональная гидрогеология, палеогидрогеология. Происходит т.н. круговорот воды в природе – большой и малый. Qатм осадков=Qподз.+Qповерх.+Qиспарен., (10) Вода в горных породах породах существует в двух основных видах – связанная и свободная. Связанная вода подразделяется: Кристаллизационная вода находится в кристаллической решетке минералов (потеря молекул воды приводит к изменениям свойств: гипс минус 1 молекула = алебастр минус еще одна молекула воды = ангидрит). Цеалитная вода занимает свободное пространство в кристаллической решетке (SiO2 – кварц, а с nН2О – опал). Конституционная вода в виде иона ОН-. Свободная вода подразделяется: 1. Водяной пар – он занимает все поры, свободные от жидкой воды. Он образуется из всех других форм почвенной воды, путем испарения и вновь переходит в нее путем конденсации. Ее количествово не превышает 0,001 % от веса породы. 2.Гигроскопичная – это вода, поглощаемая коллоидными оболочками частиц грунта (породы), отделить можно только нагреванием. 3.Пленочная вода – т.н. слабосвязанная вода, окружающая набухшую частицу грунта (породы) в виде оболочки (свойство влагоемкости – способность горных пород удерживать часть воды в капельножидком состоянии). 4.Капиллярная вода – защемленная или связанная с капиллярами между отдельными гранулами или частицами ГП. 5. Гравитационная– свободная вода, ясно из названия. Движется, в отличие от предыдущих, под влиянием гравитационных сил (силы тяжести). 6. Лед– в твердом состоянии (в условиях многолетней мерзлоты). В зависимости от заполнения пор пород свободной гравитационной водой выделяют: зону насыщения и зону аэрации. Первые три типа воды относятся к промежуточному слою между атмосферой и подземной гидросферой – зоне аэрации (от 0 до 30–40 м, иногда 100–200 м) и регулируют водообмен атмосферных вод и вод зоны насыщения. Между этими зонами – капиллярная подзона (окаймляет зону насыщения). Отметим, что в случае, когда мы рассматриваем воду как полезное ископаемое – главное это свободная (гравитационная) вода. Все остальные несущественны и играют основную роль при характеристике физико-механических свойств грунтов. Основные гидрогеологические понятия 1. Водопроницаемые породы – горные породы, пропускающие через себя воду, могут составлять и зону аэрации, и зону насыщения. 2. Водоупорные породы – это микропористые горные породы, задерживающие фильтрацию воды, не пропускающие ее (глины). 3. Водоносные породы – это горные породы , дающие возможность движения воды в порах и пустотах (инфильтрация). 4. Водоносный горизонт - водоносные породы, насыщенные водой и образующие по площади и мощности выдержанный пласт. 5. Уровень грунтовых вод – это граница между зоной аэрации и зоной насыщения (граница появления подземных вод в земной коре). Главные водно-физические свойства горных пород Пористость – обуславливает возможность присутствия подземных вод в земной коре – отношение объема пор к объему грунта. При гидрогеологической оценке горных пород различают скважность и пористость. Под скважностью понимают наличие в них пустот, независимо от их размеров и формы (трещины, карст). Пористость – это вид скважности, который обусловлен порами, т.е. мелкими промежутками между частицами породы. Влагоемкость – способность горных пород вмещать и удерживать определенное количество воды (численно может быть равна пористости). По степени влагоемкости горные породы подразделяются на три категории – весьма влагоемкие (торф, глины, суглинки), – слабовлагоемкие (мергели, рыхлые песчаники, мелкие пески), – невлагоемкие (изверженные и осадочные породы, галечник, гравий, крупный песок). Водоотдача – характеризуется количеством гравитационной воды, которое можно получить из 1 м3 породы путем свободного стока. Это, так называемая, удельная водоотдача. Водоотдачу можно охарактеризовать и коэффициентом водоотдачи (μ) – отношение количества воды, которое может отдать порода к общему количеству воды в породе. Водопроницаемость – способность горных пород пропускать через себя воду. Степень водопроницаемости не определяется величиной пористости, а зависит от размера пор (пустот). Пример: глины имеют пористость порядка 60 %, однако непроницаемы, а песок, с пористостью 30 % – хорошо водопроницаем. По степени водопроницаемости горные породы подразделяют на четыре группы: – хорошо водопроницаемые (галечник, гравий, крупнозернистый песок, карст), – водопроницаемые (трещиноватые скальные породы, пески), – слабопроницаемые (пылеватые пески, супеси, суглинки, лессы, торф), – непроницаемые (водоупорные) – монолитные породы, глины. Вода состоит из 11,1 % водорода и 88,8 % кислорода. Однако в воде присутствуют микроэлементы, газы, микроорганизмы, присутствие которых влияет на качество воды. То есть, в одном случае она полезна для здоровья, в другом не совместима с жизнью. Основные физическиесвойства ПВ (органолептические), которые определяются при гидрогеологических исследованиях: температура, цвет, прозрачность, вкус, запах. Температура – колеблется в широких пределах, от близкой к Оº (многолетняя мерзлота) до нагретых паров (вулканы) +120º. Наиболее вкусная и освежающая вода имеет tº 7–11ºС. На курортах – минеральные воды имеют tº>20º (лучше всего, полезнее 35–37º). Температура воды влияет на химический состав. Повышение tº увеличивает скорость физико-химических процессов, а значит и растворение горных пород под влиянием подземных вод. Однако, растворимость Nа и К солей (NаCl и КСl) с повышением tº растет, а вот сульфатно-кальциевых (СаSO4) – уменьшается. Поэтому холодные воды чаще кальциевые, а теплые и горячие – натриевые. Цвет – характеризует качество воды. Химически чистая вода бесцветна. Окраску придают механические примеси. Желтоватый цвет – болотного происхождения (гуминовые вещества). Изумрудный оттенок дают сероводородные воды, вследствие окисления Н2S и образования коллоидальной мути. Красивый голубой цвет воды – присутствие гидрокарбонатов. Прозрачность – через столб воды высотой 30см виден печатный текст. Вкус– зависит от состава растворенных в ней веществ. Например, соленый вкус вызывается хлористым натрием (поваренная соль), горький – сульфатом магния, ржавый – солями железа, сладковатый – много органики; вяжущий вкус – вызывают соединения меди; приятный освежающий вкус – наличие свободной углекислоты. Запах – говорит о наличии газов биохимического происхождения (сероводород и пр.) или о присутствии гниющих органических остатков (для определения – слегка нагревают). Различают затхлый, тухлый, болотный запахи. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||