Конспект лекций по геологии. Конспект лекций по инженерной геологии направление подготовки Строительство Профиль Промышленное и гражданское строительство
 Скачать 2.57 Mb.
|
|
Инженерно-геологическая съемка. Является основным видом изучения территории в инженерном аспекте на начальной стадии изысканий. Основная ее задача состоит в изучении и топографическом изображении инженерно-геоло- гических условий территории в расчете на ее рациональное использование и охрану от техногенного воздействия, а также определение пригодности для строительства различных сооружений, выполнения строительных, горных и других инженерных работ. Конечным итогом съемки является составление инженерно-геологической карты, описания, характеристики и оценки инже- Название работ Инженерно-геологические исследования рекогносцировочные предварительные детальные дополнительные Камеральные Инженерно- геологическая съемка Разведочные Полевые опытные Режимные стационарные наблюдения Лабораторные Организация и ликвидация работ 114 нерно-геологических условий изученной территории. Материалы съемки необ- ходимы для правильной организации других видов геологических работ, позво- ляющих с достаточной полнотой на той или иной стадии изысканий осветить инженерно-геологические условия. Разведочные работы. При инженерно-геологической съемке условия территорий чаще всего изучаются путем непосредственных наблюдений за при- родными элементами, которые проявляются в рельефе, в естественных обна- жениях или в существующих откосах котлованов, выемок и т. д. Однако таких наблюдений недостаточно для достоверного суждения об условиях территории. Таким образом, возникает необходимость проводить разведочные работы. Основными техническими средствами, с помощью которых выполняют разведку, являются геофизическая аппаратура, буровое и горнопроходческое оборудование, станки. Обычно все методы разведки применяют в комплексе, хотя и в неодинаковых масштабах на разных стадиях изысканий. Сначала целесообразно отдавать предпочтение геофизическим методам, использующим наиболее транспортабельную аппаратуру, что позволяет охватывать исследо- ваниями значительные площади при сравнительно небольших затратах времени и средств, а потому наиболее экономичным. На стадии рекогносцировки разведочные работы выполняют вначале с целью изучения общих, региональных геологических условий территории, т. е. для уточнения геологического разреза, оценки распространения четвер- тичных отложений, водоносных горизонтов. На стадии предварительных и детальных исследований основной объем разведочных работ составляют бурение скважин и горные работы. Полученная на этой стадии информация должна иметь такую степень детализации и досто- верности, чтобы отвечать следующим требованиям: 1. В процессе проектирования не должно возникать необходимости рас- сматривать дополнительные варианты компоновки сооружений, глу- бины их врезки, оценки устойчивости, организации и выполнения строительных работ из-за неопределенности геологической характе- ристики. 2. Во время строительства нужно исключить возможность возникновения непредвиденных обстоятельств геологической природы, осложняющих проведение строительных работ, вызывающих изменения в проектных решениях, в стоимости сооружений и сроках их возведения. Нередко значительные объемы горнобуровых работ приходится осу- ществлять на стадии дополнительных исследований, например, при обосно- вании рабочих чертежей, с целью уточнения различных данных, необходимых для решения конкретных практических задач строительства. 115 Отдавая предпочтения горнобуровым работам на стадии предваритель- ных и детальных исследований, в комплексе с ними необходимо применять геофизические методы разведки и другие виды работ. Бурение.В практике инженерных изысканий производят бурение сква- жин диаметром от 36 до 273 мм на глубину до 100 – 150 м. Из всех наиболее распространённых способов разведочного бурения – колонкового, ударно- канатного, вибрационного, шнекового и ручного – первые два являются наи- более эффективными, поскольку позволяют обеспечить наиболее полное соб- людение следующих требований: 1. Изучение всего геологического разреза независимо от мощности слоев, линз, прослоев грунтов. 2. Точное установление положения любых геологических границ – кон- тактов, слабых прослоев, трещин, водоносных горизонтов. 3. Обеспечение минимальной нарушенности физического состояния грун- тов, извлекаемых из скважин в виде керна и образцов. 4. Возможность отбора грунтов с любой глубины для изучения их сос- тава, строения и физико-механических свойств. 5. Возможность выполнения комплекса наблюдений за изменением физи- ческого состояния грунтов с увеличением глубины, за появлением подземных вод, а также установления их уровня. 6. Качественное выполнение опытных работ в скважинах. 7. Использование скважин для проведения режимных (стационарных) наблюдений. Проходка горных выработок. Наблюдения в горных выработках позво- ляют получать наиболее точные и достоверные данные. На предварительной стадии изысканий чаще всего делают закопушки, расчистки, канавы, проходят неглубокие шурфы и дудки. В процессе детальных изысканий проходят более глубокие шурфы и дудки, а подготовка к проектированию таких ответственных сооружений, как тоннели, плотины, электростанции и т. д. требует разработки штолен и шахт В целом объем горных работ при инженерных изысканиях обычно невелик, он составляет примерно 10 % объема разведочных или буровых работ. Опробование грунтов. В процессе бурения и проходки горных выра- боток отбираются образцы грунтов для их визуального изучения и лаборатор- ного исследования. Образцом грунта или пробой следует считать любой его объем, отобранный с целью дальнейшего изучения. Образец, в котором сохра- нены естественная структура и влажность, называется монолитом. При отборе проб следует придерживаться следующих правил: 116 1. Пробы отбирают отдельно из каждого слоя грунтов, независимо от их мощности и распространения по простиранию. 2. В петрографических однородных толщах грунтов пробы берут в каж- дой отдельной зоне из тех, которые различаются по строительным ка- чествам. 3. В мощных толщах тонкопереслаивающихся грунтов при помощи проб исследуется каждая пачка с однотипным чередованием слоев, одина- ковых или близких по составу и состоянию. Количество опытов по определению характеристик грунтов оснований, необходимое для вычисления их нормативных и расчетных значений, должно устанавливаться в зависимости от степени неоднородности этих пород, требуе- мой точности вычисления каждого параметра и класса здания или сооружения. При изучении физических свойств каждого выделенного на площадке инженерно-геологического элемента опытов должно быть не менее 10, а для механических свойств – не менее 6. Геофизические методы разведки. В практике изысканий при помощи этих методов удается решить немало задач, в частности: 1. Определить структурно-тектонические особенности района, разделив его на части в зависимости от расположения геологических структур или тектонических нарушений. 2. Установить, каким образом распространяются четвертичные отложе- ния и какой рельеф поверхности коренных грунтов. 3. Выделить и изучить зоны выветривания и разрушения грунтов. 4. Определить глубину залегания, а также распространение водопро- ницаемых и водоупорных слоев. 5. Исследовать глубину и условия залегания подземных вод, направление и скорость их движения, выявить области питания и разгрузки водо- носных пластов. 6. Изучить глубину залегания и распространение карстовых полостей, определить примерный состав их заполнителя. 7. Установить расположение заброшенных подземных горных вырабо- ток, остатков или частей сооружений. 8. Определить мощность и распространение оползневых накоплений, искусственно отсыпанных грунтов и отвалов. 9. Обнаружить некоторые виды минеральных строительных материа- лов. 10. Исследовать влажность, плотность, деформационные свойства и сейс- мическую жесткость грунтов. 11. Изучить напряженное состояние грунтового массива. 117 Полевые опытные работы. В процессе проектирования различных сооружений и ведения инженерных работ обычно используют данные, характе- ризующие физические, водные и механические свойства грунтов, а также пара- метры водоносных горизонтов. Эту информацию сравнительно легко получить при помощи лабораторных исследований. Известно, что их выполняют на образцах малых размеров, полную сохранность естественной структуры кото- рых гарантировать нельзя. По этой причине результаты таких исследований, особенно касающиеся обоснования технического и рабочего проектов ответст- венных сооружений, необходимо проверять и уточнять более надежными поле- выми методами. Полевые опытные работы выполняют, чтобы изучить перечисленные ниже показатели: 1. Направление и скорость движения подземных вод – методами запуска индикаторов и электрометрическим и т. д.. 2. Водообильность водоносных горизонтов и дебит скважин, водопро- ницаемость грунтов, взаимосвязь между водозаборами и водоносны- ми горизонтами – методом опытных откачек. 3. Водопроницаемость грунтовых массивов – методом налива воды в шурфы и скважины. 4. Водопроницаемость, трещиноватость и наличие в массивах карстов методом опытного нагнетания жидкости. 5. Сравнительную сжимаемость и деформационные свойства грунтов методом пробных нагрузок. 6. Деформационные свойства грунтов в скважинах с применением прес- сиометра. 7. Просадочность лессовых грунтов – методом пробных нагрузок в шур- фах и скважинах. 8. Сопротивление грунтов сдвигу – методом плоского сдвига в шурфах и в скважинах с применением лопастных приборов, а также методом выдавливания и раздавливания грунтовых целиков. 9. Плотность и прочность грунтов – методами статического и динамичес- кого зондирования. 10. Напряженное состояние грунтов в условиях естественного залегания – методом разгрузки. Режимные стационарные наблюдения. Для геологического обоснова- ния проектов сооружений и инженерных работ требуется полная характе- 118 ристика инженерно-геологических условий, причем не только на момент наблюдений, но и в динамике. Наблюдения за развитием процессов и явлений во времени преследуют такие цели: 1. Получение их качественных и количественных характеристик. 2. Установление закономерностей развития и выявление причин их возникновения. 3. Предупреждение опасных и катастрофических проявлений процессов. 4. Составление прогноза развития процессов и опасных явлений. 5. Обоснование необходимых мероприятий по охране геологической сре- ды, обеспечение устойчивости сооружений, безопасности жизни и деятельности людей, а также по эффективности управления геологи- ческими процессами и явлениями в нужном для человека направлении. Проектирование, строительство и эксплуатация сооружений, а также хозяйственное использование территорий – все это чаще всего требует выпол- нения следующих видов режимных стационарных наблюдений: 1. Метеорологические и гидрологические. 2. Гидрогеологические. 3. Геотермические. 4. За деформацией грунтовых масс на склонах, откосах, на оползневых участках, в подземных выработках и котлованах. 5. За осадкой и деформацией сооружений. 6. За динамикой и характером развития процессов выветривания, эрозии, абразии, пучения. Лабораторные исследования физико-механических свойств грунтов Необходимость изучения грунтов возникает как в процессе инженерно- геологической съемки, так и при выполнении разведочных, опытных работ и стационарных наблюдений. Этот вид исследований призван решать следующие задачи: 1. Получение данных для полной характеристики, описания и класси- фикации грунтов в каждой толще, слое, которые обнаружены в гео- логическом разрезе, определение степени их однородности и измен- чивости с увеличением глубины и по простиранию. 2. Определение нормативных показателей для предварительной оценки физического состояния и свойств грунтов. 3. Установление расчетных показателей, которые характеризуют плот- ность, влажность, водопроницаемость, прочность и деформируемость грунтов, что необходимо с целью окончательной оценки условий строительства и устойчивости конкретных зданий и сооружений. 119 Вопросы для самоконтроля 1. Какую часть литосферы называют геологической средой? 2. Каким образом в инженерной геологии дают определение грунтам? 3. Что называют инженерно-геологическим элементом? 4. На какие основные классы подразделяются все сооружения? 5. На какие основные стадии можно разделить инженерно-геологи- ческие исследования? 6. Выполнение каких инженерно-геологических работ предусмотрено на стадиях проектирования и возведения сооружений? 7. В чем состоит главная цель проведения горных выработок при инже- нерно-геологических исследованиях? 8. С какой целью проводятся режимные стационарные наблюдения? 9. Какие задачи ставятся при изучении свойств грунтов? 10. Какие виды режимных стационарных наблюдений существуют? 11. Какие задачи решаются при выполнении лабораторных исследований физико-механических свойств грунтов? 120 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Учебная литература (основная) 1. Кусков В.С. Основы геодезии, картографии и космоаэросъемки: учеб. пособие для студ. высших учеб. заведений, спец. «Геология» / В.С. Кусков. – М. : Академия, 2009. – 225 [1] с. 2. Ананьев В.П. Инженерная геология: учеб. / В.П. Ананьев, А.Д. Потапов. – 4-е изд., стер. – М. : Высш. шк., 2006. – 575 с. 3. Ананьев В.П. Инженерная геология: учеб. / В.П. Ананьев, А.Д. Потапов. – 3-е изд., перераб. испр. – М. : Высш. шк., 2005. – 575 с. 4. Зоценко М. Л. Інженерна геологія. Механіка ґрунтів, основи і фундаменти: підручник / М.Л. Зоценко та ін. – Полтава: ПНТУ, 2003. – 556 с. Учебная литература (для углубленного изучения) 1. Кусков В.С., Основы геодезии, картографии и космоаэросъемки: учеб. посо- бие для студ. высш. учеб. заведен., спец. «Геология» / В.С. Кусков. – М. : Академия, 2009. – 225 с. Учебно-методические издания 1. Методические указания к лабораторной работе по курсу «Инженерная геология» (раздел «Минералы»): дисциплина «Инженерная геология»: специальность 270103, 270105, 270115, д/о, з/о / ВятГУ, ФСА, каф. СиДМ / сост. Л.И. Песков. – Киров: [б. и.], 2011. – 20 с. 2. Пестов Л.И. Породообразующие минералы [Электронный ресурс] : учеб. пособие: дисциплина «Инженерная геология»: спец. 270102 (ПГС), 270105 (ГХС) для дневной, заочной форм обучения / Л. И. Пестов. – ВятГУ, Ф. 3. Пестов Л.И. Геологические и инженерно-геологические процессы [Электронный ресурс] : учеб. пособие: дисциплина «Инженерная геология» : спец. 270102 (ПГС), 270105 (ГХС) для дневной, заочной форм обучения / Л. И. Пестов. – ВятГУ, ФСА. 4. Пестов Л.И. Горные породы : метод. указания к лаб. работам: спец. 290300, 290500 для д/о, з/о / ВятГУ, ФСА, каф. СиДМ. – Киров : [б. и.], 2011. – 22 с. 121 СОДЕРЖАНИЕ ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ…………………………………………………. 3 ЛЕКЦИЯ 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОЛОГИИ ………....... 5 1.1. Задачи инженерной геологии на строительной площадке…….…... 5 1.2. Земля в мировом пространстве, ее происхождение и строение…… 8 1.3. Минералы, их классификация и физические свойства…………….. 12 Вопросы для самоконтроля…………..…………………….…………………… 14 ЛЕКЦИЯ 2. ОСНОВЫ ГРУНТОВЕДЕНИЯ …………………………. 15 2.1. Горные породы, их происхождение и отличительные признаки..... 15 2.2. Общие законы образования горных пород…………………………. 21 2.3. Возраст пород и школа геологического времени………………….. 27 2.4. Составные компоненты и структурные связи грунтов……………. 30 2.5. Физические характеристики грунтов……………………………….. 33 2.6. Классификация грунтов……………………………………………… 38 Вопросы для самоконтроля……………………………………………….. 47 ЛЕКЦИЯ 3. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ИНЖЕНЕРНО- ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ…….……………...… 48 3.1. Общие понятия о геологических и инженерно-геологических процессах……………………………………………………………… 48 3.2. Движения «земной коры» и дислокации………………………........ 49 3.3. Магматизм и вулканы………………………………………………… 52 3.4. Землетрясения………………………………………………………… 53 3.5. Выветривание и элювиальные отложения………………………...... 56 3.6. Геологическое воздействие поверхностных текучих вод и образование делювиальных, аллювиальных и пролювиальных отложений…………………………………………………………….. 57 3.7. Геологическое воздействие ледников и ледниковые отложения….. 61 3.8. Геологическое воздействие ветра и эоловые отложения…………... 64 3.9. Геологическое воздействие моря и морские отложения…………... 65 3.10. Отложения озер и болот…………………………………………….. 67 3.11. Четвертичные и коренные отложения……………………………… 68 3.12. Плывуны и особенности возведения на них зданий и сооружений…………………………………………………………… 69 3.13. Суффозия……………………………………………………………... 71 3.14. Карст………………………………………………………………….. 74 3.15. Оползни………………………………………………………………. 76 Вопросы для самоконтроля……………………………………………….. 81 ЛЕКЦИЯ 4. ОСНОВЫ ГИДРОГЕОЛОГИИ ………………………… 83 4.1. Круговорот воды в природе………………………………………….. 83 4.2. Происхождение и формирование подземных вод…………………. 85 4.3. Виды воды в порах горных пород…………………………………… 86 4.4. Физические свойства, химический и бактериальный состав 122 подземных вод и их агрессивность………………………………… 90 4.5. Классификация подземных вод……………………………………… 93 4.6. Характеристика подземных вод……………………………………... 94 4.7. Движение воды в горных породах…………………………………... 98 4.8. Методика определения расхода потока грунтовых вод и объема притока воды к водозаборным сооружениям………………………. 100 4.9. Взаимодействие скважин и устройство водопонижения…………... 105 Вопросы для самоконтроля………………………………………………... 107 ЛЕКЦИЯ 5. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ…. 108 5.1. Общие положения…………………………………………………….. 108 5.2. Оценка инженерно-геологических условий строительства и эксплуатации зданий и сооружений………………………............. 109 5.3. Классы сооружений. ………………………………………...……….. 110 5.4. Стадии проектирования сооружений и выполнения инженерно-геологических исследований…………………………... 111 Вопросы для самоконтроля……………………………….…………..………… 119 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………..120 |