КР по инженерной геологии 1-вариант. Контрольная работа по дисциплине Инженерногеологические изыскания направление подготовки Нефтегазовое дело
 Скачать 68.3 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «САХАЛИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Технический нефтегазовый институт Кафедра нефтегазового дела КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА по дисциплине: Инженерно-геологические изыскания направление подготовки «Нефтегазовое дело»
Южно-Сахалинск 2019 Вариант №1 Теоретическая часть Задание №1 - Осветите основные положения следующих теоретических вопросов: 1. Характеристика связных грунтов. Связный грунт - грунт, особенность строения которого обусловлена количественным соотношением частиц, обеспечивающих его целостность. К связным грунтам относятся: супесь, суглинок, глина. К связным грунтам относят различные глины, суглинки, супеси, лессы и лессовидные породы. Все они формируются преимущественно под влиянием процессов выветривания и денудации (хотя имеются и морские глины различных генетических типов), когда наряду в агенты физического выветривания активно действуют агенты химического выветривания. Благодаря этому изменяется не только минеральный состав пород, но и степень их дисперсности. Химические реакции, протекающие в природе, приводят к возникновению и накоплению глинистых частиц (размером менее 0,001 мм), коллоидных частиц (размером менее 0,025 мм). Агенты химического выветривания являются основным фактором, обусловливающим особенности состава пород, входящих в связные. Связные грунты обладают целым рядом свойств, значительно от-личающих их от других фунтов. К числу наиболее характерных особенностей следовало бы отнести изменение их свойств в зависимости от влажности. Так, с ростом влажности прочность резко снижается, в сухом же состоянии эти породы способны выдерживать без разрушения весьма значительные нагрузки. При большом содержании воды порода вообще способна перейти в текучее состояние. Связные грунты при определенной влажности проявляют пластичность и липкость, они набухают при увлажнении и дают усадку при высыхании. Пористость этих грунтов обычно высока, однако, несмотря на это, их водопроницаемость незначительна, так как пористость породы сформирована преимущественно замкнутыми микропорами. Связные грунты, в свою очередь, подразделяют на глинистые, лессовые и алевритовые. К глинистым грунтам относят породы, у которых содержание глинистых частиц превышает 3 %. Эти грунты обладают хорошо выраженными пластическими свойствами и способностью к набуханию в воде. Во влажном состоянии они практически водонепроницаемы. По петрографическому составу глинистые фунты можно разделить на глины, суглинки и супеси. К глинам обыкновенно относят породы, у которых содержание глинистых частиц превышает 30 %. Встречаются глины, обладающие высокой дисперсностью, у них количество глинистых частиц может достигать 60 % и более. Как правило, в глинах содержится много коллоидов. Среди глин преобладают полиминеральные. Описанные выше особенности связных и глинистых фунтов выражены у глин особенно ярко. Содержание глинистых частиц у суглинков меньше, чем у глин — оно колеблется в пределах 10—30 %, в связи с этим количество коллоидов тоже не так велико. Мономинеральных разностей среди суглинков не встречается. Свойства, характерные для глинистых пород, выражены, естественно, в суглинках менее ярко. Супеси содержат от 3 до 10 % глинистых частиц, вследствие чего по своим инженерно-геологическим свойствам они занимают как бы промежуточное положение между глинистыми и песчаными фунтами. Глинистые фунты могут формироваться под воздействием различных природных процессов. В соответствии с этим при их подразделении в инженерно-геологических целях выделяют не только петрофафиче-ские, но и генетические типы. Каждый тип характеризуется присущими ему особенностями состава, структуры и текстуры глинистых толщ. Выделяют элювиальные, делювиальные, пролювиальные, аллюви-альные, флювиогляциальные, озерные, озерно-болотные, морские, моренные, золовые супеси, суглинки и глины (кроме, пожалуй, эоловых глин). Глинистые породы являются одним из наиболее широко распространенных типов фунтов. Они встречаются среди отложений различного возраста, начиная с кембрия и кончая современными, по сути еще формирующимися образованиями. По мнению Л.Б. Рухина, глинистые породы составляют не менее 60 % общего объема осадочных пород. Эти породы часто вовлекаются в сферу интересов инженеров-строителей и в связи с этим необходимо достаточно серьезное к ним отношение, с учетом того, что состав глинистых фунтов, структурно-текстурные особенности, а также сфоение слагаемых ими толщ определяются генезисом. Кроме того, ощутимое влияние на свойства глинистых фунтов оказывают их возраст и условия залегания. 2. Эоловые процессы Эоловые процессы Процессы и формы рельефа, связанные с работой ветра, названы эоловыми в честь древнегреческого бога Эола, повелителя ветров. Эти процессы включают: вынос ветром результатов выветривания; обтачивание, выдалбливание поверхности горных пород твердыми частицами, приносимыми ветром; перенос эолового материала и его аккумуляция. Процессы эти происходят везде, где есть незакрепленные рыхлые отложения, например, на песчаных берегах рек, но ярче всего работа ветра видна в пустынях — районах, отличающихся сухостью воздуха и отсутствием растительности. Горные породы там быстро разрушаются из-за сильных колебаний температуры (физическое выветривание). Ветер действует совместно с выветриванием, выносит его продукты и очищает поверхность для дальнейшего разрушения. В некоторых местах поверхность пустыни покрыта слоем крупных обломков, оставшихся на месте после выдувания мелких частиц. Этот слой предохраняет породы от дальнейшего разрушения. Случается так, что в безмолвной пустыне путник вдруг слышит странные звуки. В древности эти места называли «поющими песками», их боялись, считая, что это духи завлекают путников туда, откуда им не выбраться. Позднее обнаружилось, что звуки издаются песчинками, сползающими по поверхности влажных песков. Чем тоньше сползающий песок, тем тоньше звук. Причина появления этих звуков — электрические явления, возникающие в песке при сползании. «Поющие пески» есть не только в пустынях, они встречаются по берегам рек и морей. В пустынях ветер создает такие формы рельефа, как барханы. Это песчаные холмы, имеющие форму полумесяца. Высота их от 5 до 200 метров. Один склон у бархана пологий и длинный. Он всегда обращен в ту сторону, откуда дует ветер. Другой склон — крутой, с острым гребнем, изогнутый в виде дуги, и обращен он в ту сторону, куда дует ветер. Барханы под влиянием ветра могут передвигаться. Этим они и опасны, так как могут засыпать дома. Это происходит потому, что ветер сдувает песок с пологого склона, который скатывается вниз по крутому склону, и бархан передвигается со скоростью до сотен метров в год. Борьба с барханами заключается в закреплении песков деревьями или кустарниками. По мере роста отдельных барханов они соединяются в барханные цепи. Много барханов в пустынях Средней Азии и в Сахаре. В местах, где свободного песка мало для образования барханов и достаточно растительности, возникают бугристые или кучевые пески: неподвижные, закрепленные растительностью бугры высотой от 2 до 8 метров. На песчаных берегах морей, реже рек и озер, образуются дюны. В отличие от бархана, у дюны выпуклую форму имеет не пологий, а крутой склон. Наветренный склон пологий, подветренный — более крутой. Высота дюн может достигать 30 м и больше. На побережье Балтийского моря есть дюны высотой 60 м, а во Франции высота дюн достигает и 100 м. Перемещаются они со скоростью до 20 метров в год, обычно образуют цепь песчаных холмов параллельно береговой линии на некотором расстоянии от воды. Чтобы остановить движение песка, которое наносит непоправимый вред, засыпая пашни, леса, селения, сажают кусты на пляже, откуда ветер черпает материал для сооружения дюн. Дюны также закрепляют посадками сосны. Рельефообразующая деятельность ветра заметна не только в песчаных пустынях, но и в каменистых. Здесь выступы твердых пород, отдельные скалы, обрывы под влиянием ветра и при участии выветривания образуют причудливые формы: карнизы, колонны, столбы. Кроме барханов, дюн, бугристых песков к эоловым отложениям относится и эоловый лесс. 3. Место инженерно-геологических изысканий в системе инженерных изысканий для строительства. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, СВЯЗАННЫЕ С ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИЕЙ ЗЕМЛИ Сейсмические (от греч. «сейсмос» — колебание) процессы возникают в результате разрядки внутренних напряжений Земли. Οʜᴎ относятся к категории наиболее опасных геологических процессов. На поверхности земной коры сейсмические процессы проявляются в виде землетрясений (на суше) и моретрясений — (на дне океанов). Землетрясения — внезапные подземные толчки и быстрые упругие колебания земной поверхности. По происхождению различают землетрясения вулканические, связанные с извержением вулканов, денудационные (обвальные и провальные), техногенные, возникающие в результате подземных взрывов и других видов деятельности человека. При этом наиболее распространенными и разрушительными являются тектонические (95% всœех землетрясений в мире), связанные с внутренней энергией Земли. Землетрясения исключительно опасны не только прямым воздействием, но и негативными последствиями в виде оползней, обвалов, снежных лавин, селœей, цунами и других неблагоприятных процессов. В рельефе наиболее опасные сейсмические районы приурочены к молодым складчатым горным сооружениям (подвижным геосинклинальным зонам), для которых характеры активные тектонические движения. Строительство в сейсмических районах. При выборе строительных площадок в сейсмических районах предпочтение следует отдавать участкам со спокойным горизонтальным рельефом, сложенным скальными, полускальными и плотными крупнообломочными, песчаными и глинистыми фунтами с глубиной залегания грунтовых вод не менее 10 м от поверхности земли, удаленным от зон тектонических нарушений и очагов развития опасных геологических процессов. Общий принцип обеспечения сейсмостойкости сооружений — монолитность и равнопрочность всœех элементов зданий и сооружений, применение антисейсмических швов, жесткие каркасы, качающиеся фундаментные опоры и др. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЯХ Инженерно-геологические изыскания — составная часть инженерных изысканий для строительства, порядок проведения которых регламентируется СНиП 11-02—96 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения». Инженерно-геологические изыскания выполняются при проектировании различных зданий, сооружений и их комплексов. В необходимых случаях они бывают продолжены в период строительства, эксплуатации, реконструкции и ликвидации объектов. В состав инженерных изысканий, помимо инженерно-геологических, входят другие виды изысканий: · инженерно-геодезические (получение топографо-геодезических материалов, данных о рельефе местности и др.), · инженерно-гидрометеорологические (климатические условия, гидрологический режим рек и др.), · инженерно-экологические (оценка и прогноз современного экологического состояния), · изыскания грунтовых строительных материалов · изыскания источников водоснабжения на базе подземных вод Вместе с тем, к инженерным изысканиям для строительства относят следующие специальные работы: · геотехнический контроль; · обследование грунтов оснований фундаментов зданий и сооружений; · локальный мониторинг компонентов окружающей среды; геодезические, геологические и другие сопутствующие работы в процессе строительства, эксплуатации и ликвидации объектов; · обоснование мероприятий по инженерной защите территорий и другие виды работ. 4. Буровые и горнопроходческие работы. Буровые и горнопроходческие работы Буровые и горнопроходческие работы являются важнейшей частью инженерно-геологических и гидрогеологических исследований. С помощью буровых скважин и горных выработок (шурфов, штолен и др.) выясняют геологическое строение и гидрогеологические условия строительной площадки на необходимую глубину, отбирают пробы грунтов и подземных вод, проводят опытные работы и стационарные наблюдения. Бурение скважин является основным видом разведочных работ при инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях. Буровая скважина — цилиндрическая вертикальная выработка (реже наклонная) малого диаметра, выполняемая специальным буровым инструментом. В буровых скважинах различают устье (начало), стенки и забой или дно. Сущность бурения заключается в постепенном и последовательном разрушении (или обуривании) породы на забое и извлечении ее на поверхность. Образцы породы, извлекаемые из скважин, называют буровым керном. Для изоляции водоносных горизонтов и предупреждения вывала пород со стенок скважин ствол скважины, т. е. выбуренное пространство, закрепляют обсадными трубами. К преимуществам бурения относят: высокую скорость проходки скважин, возможность достижения больших глубин, механизацию спускоподъемных операций, мобильность буровых установок. Бурение имеет и недостатки: невозможность осмотра стенок скважины ввиду малого ее диаметра, небольшой размер образцов, необходимость промывки скважин при бурении и др. Диаметр скважин, используемых в практике инженерно-геологических изысканий, обычно находится в пределах 33—325 мм. Для гидрогеологических целей бурят скважины большего диаметра. Глубина скважин определяется задачами исследований и для инженерных сооружений редко превышает 30—50 м. При поисках и разведке подземных вод для водоснабжения глубина скважин может достигать 800 м и более. Бурение скважин производят буровым наконечником, который, соединяясь с бурильными трубами (штангами), создает буровой снаряд. Удары или вращение этого снаряда и передачу на него дав- ления осуществляют буровыми станками, приводимыми в действие различными двигателями. При инженерно-геологических исследованиях обычно применяют следующие виды бурения скважин: вращательно-колонковое, ударно-канатное кольцевым и сплошным забоем, вибрационное и шнековое. Другие виды бурения, с помощью которых трудно отобрать керн, при инженерно-геологических работах широкого применения не находят. , Вращательно-колонковое бурение позволяет бурить скважины диаметром 73—219 мм почти во всех разновидностях пород, включая и скальные, глубиной до 100 м и более. Буровой снаряд состоит из пустотелой колонковой трубы длиной 0,5—4,5 м с коронкой и колонной бурильных штанг. При вращении бурового снаряда коронка колонковой трубы с зачеканенными в ней зубьями из твердых сплавов прорезает кольцевой канал в породе, т. е. выбуривает столбик породы — керн. Используются также дробовые и алмазные коронки. После заполнения колонковой трубы керном буровой снаряд отрывают от забоя и поднимают на поверхность. Затем отвинчивают буровую коронку и извлекают керн из колонковой трубы. В глинистых породах для отбора проб грунта ненарушенной структуры (монолитов) используют наконечники специальной конструкции — грунтоносы, диаметром не менее 100—125 мм. При колонковом бурении через бурильные трубы на забой подается глинистый раствор, вода или сжатый воздух. Буровой инструмент при этом охлаждается, а измельченная порода (шлам) выносится на поверхность в специальные отстойники. У дар но-канатное бурение рекомендуется в районах с недостаточной геологической изученностью, так как позволяет вести тщательное описание горных пород. Различают ударно-канатное бурение сплошным забоем диаметром 127—325 мм с применением долот и желонок (крупнообломочные и песчаные обводненные грунты) и ударно-канатным кольцевым забоем диаметром 89—325 мм в песчаных и глинистых необводненных или слабообводненных. Глубина бурения в нескальных породах — до 100—150 м, в скальных — на большую глубину. Проходка ведется за счет сбрасывания на забой утяжеленного бурового снаряда (желонки, забивнбго стакана), подвешенного на канате, и последующего его подъема на поверхность вместе с породой. В галечниках и скальных породах на забой сбрасывается долото, а очистка забоя ведется желонкой. Одним из наиболее производительных способов бурения является вибробурение, при котором буровой снаряд погружается в породу благодаря вибрационным колебаниям. При помощи вибратора глинистые и песчаные обводненные породы проходят на глубину до 15—20 м. Следует помнить, что под влиянием вибрации глинистые грунты изменяют свою структуру и уплотняются. Шнековое бурение характеризуется высокой механической скоростью при проходке скважин в песчано-глинйстых грунтах на глубину до 30 м. Разрушение пород производится вращающимся долотом, а подъем их — шнеками, т. е. трубами, на поверхность которых приварена стальная спираль (рис. 36.3). При этом способе бурения качественное геологическое описание затруднительно. Бурение скважин в неустойчивых и водонасыщенных породах осложняется вследствие обваливания и оплывания стенок. Для их крепления применяют стальные обсадные трубы, которые опускают в скважину, после чего продолжают бурение наконечником уже мень- шего диаметра. По окончании бурения обсадные трубы извлекают, а скважину ликвидируют путем тампонажа глиной или цементно-пес-чаным раствором. Ручное ударно-вращательное бурение из-за низкой производительности и высокой трудоемкости применяется в крайне ограниченном объеме (труднодоступная местность, плотная городская застройка и др.). Ручным способом бурят скважины в рыхлых грунтах на глубину до 10—15 м, реже 30 м. При гидрогеологических исследованиях бурят скважины разведочные, опытные, наблюдательные и разведочно-эксплуатационные. Скважины, предназначенные для забора воды, называют скважинами на воду, они отличаются от других большим диаметром, что связано со значительными размерами погружных водоподъемных средств. Задание №2 – Дайте определение следующим понятиям
Абразия- [лат. abrasio —соскабливание] —разрушение волнами, прибоем и течениями берегов морей, озер и крупных водохранилищ. В результате А. могут образовываться террасы абразионные. Геологическая среда - верхние горизонты литосферы, взаимодействующие (актуально или потенциально) с техносферой (техническими объектами). Согласно Е. М. Сергееву (1979) под геологической средой понимается «верхняя часть литосферы, которая рассматривается как многокомпонентная динамичная система, находящаяся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека и, в свою очередь, в известной степени определяющая эту деятельность». Геологическая среда это подсистема гидролитосферы и биосферы. Карст - (от нем. Karst, по названию известнякового плато Карст (словен. Kras) в Словении) 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 — гипсом, известняком, мрамором, доломитом и каменной солью. Обнажение - Выход на земную поверхность горных пород, залегающих ниже поверхностных слоев. О. могут быть естественными (например, эрозионные речные врезы) и искусственные (в карьерах, туннелях, котлованах). Базис денудации - [гр basts — основание, база, denudatio—обнажение] — уровень, соответствующий перелому профиля склона, ниже которого процессы удаления продуктов выветривания г. п. с возвышенностей сменяются процессами их накопления. Делювий - [лат. deluo — смываю] — сокращенное название делювиальных отложений, образующихся в результате накопления на склонах и у подножий возвышенностей продуктов выветривания горных пород, смытых с вышележащих участков дождевыми или талыми водами. Минерал - [лат. minera — руда) — природные химические соединения или самородные элементы, образовавшиеся в результате естественных физико-химических процессов в земной коре, на поверхности Земли или прилегающих к ней оболочках; составная часть любых горных пород. По химическому составу М. подразделяют на классы само- родных элементов: силикатов, оксидов и гидроксидов, карбонатов, сульфатов, фосфатов, галоидов, сульфидов. Пенетрация - [лат. penetrara — проникать] — метод получения информации о свойствах грунта по результатам статического вдавливания в грунт конического наконечника на глубину, не превышающую высоты конуса. Вскрыша- горные породы, покрывающие и имеющие тело полезного ископаемого в массиве и подлежащие удалению (временному или постоянному) при открытой разработке месторождения. Вскрышные горные породы иногда являются сырьем для изготовления строительных материалов и изделий. Забой- (англ. face, нем. Sohle) поверхность отбитой горной массы (полезных ископаемых или горной породы), которая перемещается в процессе горных работ. Набухание - увеличение объема грунта (горной породы) вследствие поглощения из окружающей среды жидкости или паров воды. Н. происходит в результате расклинивающего действия образующихся на поверхности частиц или утолщающихся пленок связанной воды, а также за счет увеличения объема некоторых минералов при их гидратации (монтмориллонит, ангидрит). Свойством Н. обладают главным образом глинистые грунты. Величина Н. зависит от структуры грунта, действующего давления, дисперсности частиц, степени влажности, вида и количества солей и характеризуется следующими показателями: величиной свободного Н. (относительное увеличение высоты образца при полном водонасыщении без возможности бокового расширения и отсутствии вертикального давления), величиной Н. при различных давлениях на образец, давлением Н. (давление, при котором образец грунта, находящийся в кольце, не набухает), влажностью Н. (влажность набухшего образца) и плотностью набухшего грунта. Связные грунты - глинистые и лессовые грунты, характеризующиеся значительным содержанием глинистых частиц и обладающие способностью при определенных значениях влажности переходить в пластичное состояние. Экзогенные процессы - это внешние геологические процессы, происходящие под воздействием воздуха, воды, колебаний температуры, льда и снега, живых организмов. Процессы, связанные с деятельностью человека, обычно называют инженерно-геологическими. Практическая часть Задание №1 Масса образца грунта ненарушенного сложения объемом 70 см3 при естественной влажности равна 86,14 (г), после сушки на воздухе стала 76,3 (г), а после высушивания в термостате 75,62 (г). Объем минеральной части грунта равен 28,22 (см3). Определите: плотность частиц грунта, объемную влажность, плотность, полную влагоемкость, естественную влажность, коэффициент пористости, плотность сухого грунта, степень влажности, гигроскопическую влажность и пористость. Задание №2 По показателям физико-механических свойств вычислите классификационные характеристики грунта и дайте его наименование по ГОСТ 25100-2011.
Пример наименования по ГОСТ: Доломит по пределу прочности на одноосное сжатие – средней прочности; по степени выветрелости – слабовыветрелые; по коэффициенту размягчаемости – неразмягчаемые. Задание №3 По приведенным ниже результатам ситового анализа несвязного грунта до и после испытания на истираемость постройте интегральную кривую зернового состава, определите степень неоднородности, коэффициент выветрелости и дайте наименование грунта по этим показателям.
Задание №4 По приведенным ниже результатам лабораторного опреде ления физико-механических свойств связного грунта вычислите классификационные характеристики (число пластичности, показа тель текучести, коэффициент пористости) и дайте наименование грунта по ГОСТ.
Полученные результаты сопоставляют ГОСТ-ом и дают грунту наиме нование, например: суглинок, полутвердый. Задание №5 Для оценки строительных свойств грунтов производится их классификация по ГОСТ 25100-2011 и нормирование по СП 22.13330.2011. Для несвязных грунтов определяются: - разновидность по гранулометрическому составу; - разновидность по плотности сложения; - разновидность по степени водонасыщения; - расчетное сопротивление грунта; - модуль деформаций грунта; Для глинистых грунтов определяются: - разновидность по числу пластичности; - разновидность по гранулометрическому составу и числу пластичности; - разновидность по показателю текучести; - расчетное сопротивление грунта; - модуль деформаций грунта. Пример: Содержание песчаных частиц (размер фракции грунта от 2 до 0,5 мм) ≥ 50. Число пластичности Ip=2. Показатель текучести IL= 0,5. Коэффициент пористости е=0,7. Требуется: Произвести классификацию грунта по ГОСТ и нормирование по СП Ответ: данный грунт – супесь песчанистая, пластичная, с расчетным сопротивлением R0 =225кПа и модулем деформации Е =13 МПа. Дано:
Задание №6 По результатам бурения одной скважины необходимо построить геолого-литологическую колонку, на которой видно, как залегают слои, их мощность, литологический тип, глубина залегания уровня грунтовых вод, возраст пород. Буровые колонки составляют в масштабе 1:100 – 1:500.  Список источников: 1. Алексеев Н.А. Стихийные явления в природе.— М.: Мысль, 1988. 2. Ананьев В.П., Коробкян В.И. Инженерная геология.— М.: Высшая школа, 1973. 3. Ананьев В.П., Передельский Л.В. Инженерная геология и гидрогеология.—М.: Высшая школа, 1980. 4. Ананьев В.П., Потапов А.Д. Основы | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||