ПРАКТИКУМ ПО МЕРЗЛОТОВЕДЕНИЮ. Практикум по мерзлотоведению учебное пособие
 Скачать 1.34 Mb.
|
|
Среднемасштабная геокриологическая съемка является целевой и проводится на площадях, подлежащих определенному виду хозяйственного освоения. Результаты среднемасштабных съемок оптимальны в том случае, когда они проводятся на фоне мелкомасштабных, т.е. когда установленные ранее геокриологические закономерности уточняются и детализируются. Среднемасштабные геокриологические карты, так же как и круп- номасштабные, составляют для определенных видов освоения, но среднемасштабные карты охватывают большие площади исследования, особенно для целей гидротехнического строительства. Карты таких масштабов являются оптимальными для отражения геокриологических условий в границах всех элементов рельефа с учетом их ландшафтных особенностей и криогенного, строения и практически не требуют дополнительного разделения геоморфологических элементов по ландшафтно-литологическим микроусловиям. Особенности среднемасштабных карт выражаются: 1) в совпадении границ геоморфологических элементов и свой- ственных им геокриологических характеристик; 2) в необходимости отражения на карте и разрезах количественных параметров не только для инженерно- геокриологических условий, но и для гидрогеологических; 3) в отражении большей глубинности исследования для анализа взаимодействия мерзлых толщ и подземных вод. В комплект среднемасштабных карт, завершающих геокриоло- гическую съемку, обычно входят: геокриологическая карта, карта типов сезонного промерзания и оттаивания пород, инженерно- геокриологическая и гидрогеокриологическая карты, составляемые для естественных условий (на период исследования), и прогнозная геокриологическая карта с учетом генерального плана застройки и с разработкой мероприятий по охране природной среды. Крупномасштабные (1:2000–1:10 000) и детальные съемки (1:2000 и крупнее) веще большей степени, чем среднемасштабные, специализированы на какой-то определенный вид строительства. Обычно эти съемки проводятся на стадии разработки технического проекта и рабочей документации и дополняются исследованиями под 108 каждое конкретное сооружение с определенными конструктивными и технологическими особенностями его возведения. Детальность выделения участков с различными криолитологическими особенностями связана с детальностью ландшафтного микрорайонирования, при котором каждый элемент рельефа по сочетанию природных характеристик подразделяется на несколько ландшафтных участков (микрорайонов). Для каждого участка карты по всей его площади показывают: 1) среднегодовые температуры пород с градацией через 0,5 и 1 о С; 2) глубины сезонного оттаивания и промерзания (среднемноголетние с градациями через 0,5 м и экстремальные); 3) мощности мерзлых пород и таликов (в Южной геокриологической зоне через 10–25 м; в Северной – через 50–100 м); 4) криогенные явления на конкретных участках их развития. Такое картирование реализуется на геологическом фоне, показываемом на карте на уровне свит, подсвит и фаций с конкретным прослеживанием их границ, с отражением в легенде изменения физико- механических и теплофизических свойств пород. Кроме того, на таких картах должны отражаться: 1) участки талых и мерзлых пород в своих естественных границах, которые на картах более мелкого масштаба показывают знаком островного или прерывистого распространения; 2) наряду со среднемноголетними глубины сезонного оттаивания пород для теплых лет и промерзания для холодных; 3) интенсивность и стадия развития (начальная, зрелая, затухающая) криогенных явлений на конкретных участках распространения; 4) участки периодического разобщения мерзлых пород со слоем сезонного промерзания. Для инженерно-геологической оценки территории на карте необходимо показывать величину пучения грунта при промерзании для каждого криолитогенетического комплекса в естественных условиях и ее изменение при планируемом освоении. На каждом участке также должна оцениваться возможность развития термокарстового процесса при условии близкого залегания к поверхности льдистого слоя пород (или мономинеральных льдов), развития термоэрозии и др. Обычно в комплект входят криолитологическая и геокриологическая карты, карта типов сезонного промерзания и оттаивания пород, оценочные карты развития криогенных процессов и др. Инженерно-геокриологическая крупномасштабная карта должна сопровождаться прогнозными картами на строительный и 109 эксплуатационный периоды и рекомендациями по управлению геокриологической обстановкой для ее улучшения [4]. Лабораторная работа № 8.1. Анализ геокриологических карт и разрезов Цель работы: научиться анализировать геокриологические карты и разрезы с целью составления очерков о геокриологических, инженерно- геокриологических и гидрогеокриологических условиях территории. Задание: Познакомится с геокриологическими картами (разрезами). После изучения содержания карт (разрезов) ответить на вопросы: 1. Тип карты по масштабу, содержанию, назначению. 2. Какие характеристики мерзлотных условий и как изображены на карте? 3. Перечислить типы сезонного промерзания-оттаивания пород изображенные на карте. 4. Перечислить типы многолетнемерзлых пород изображенные на карте. 5. По каким признакам выделены типы многолетнемерзлых пород и типы сезонного промерзания-оттаивания пород на картах? Составьте описание мерзлотных условий любого участка на карте и прогноз изменения условий при гражданском строительстве. Исходные данные: Геокриологические и инженерно-геологические карты различных масштабов. 110 Контрольные вопросы 1. Что такое многолетнемерзлые породы? 2. Какие свойства многолетнемерзлых пород изучаются дополнительно к свойствам не мерзлых пород? 3. Какие методы изучения физико-механических свойств мерзлых пород применяются при изысканиях? 4. Чем определяется и от чего зависит механическая прочность мерзлых пород? 5. Принципы использования многолетнемерзлых пород в строительстве. Какие природные факторы и свойства грунтов определяют выбор принципов? 6. В чем заключается I принцип использования грунтов? 7. В чем заключается II принцип использования грунтов? 8. Какие конструктивые меры применяются при II принципе использования грунтов? 9. Можно ли использовать разные принципы при строительстве зданий или линейных сооружений на одной площадке? 10. Какими основными причинами вызываются деформации зданий и сооружений, возводимых на многолетнемерзлых грунтах? 11. Какие способы уменьшения деформации основания могут быть применены при использовании II принципа? 12. Какие расчеты выполняются при проектировании сооружений в районах развития многолетнемерзлых пород при использовании их – по I принципу, – по II принципу. 13. Какие характеристики пород используются: – при расчетах глубины промерзания (оттаивания) грунтов? – при расчетах осадки мерзлах пород? – при оценке пучинистости? – при расчетах чаши оттаивания под сооружением? – при расчетах несущей способности грунтов? – при расчетах устойчивости фундамента к силам пучения? 14. Какие основные характеристики геокриологических условий должны отображаться на геокриологических картах разного масштаба? 111 Литература 1. ВСН 29-85. Проектирование мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных сельских зданий на пучинистых грунтах М.: Минсельстрой 1985. – 28 с. 2. ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация». М.: Изд.-во стандартов. 1996. – 25с. 3. ГОСТ 5180-84 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик». М.: Изд.-во стандартов. 1985. – 23с. 4. Ершов Э.Д. Общая геокриология. – М.: Недра, 1990, 2002г – 559с. 5. Инженерная геокриология: справочное пособие / Э.Д. Ершов, Л.Н. Хрусталёв, Г.И. Дубиков, С.Ю. Пармузин; Под ред. Э.Д. Ершова. – М.: Недра, 1991 – 439 с. 6. Методы геокриологических исследований: Учебное пособие / Под редакцией Э.Д.Ершова. – М.: Изд.-во МГУ. 2004. – 512 с. 7. СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1985. –41 с. 8. СНиП 2.02.04-88 «Основания и фундаменты на многолетнемерзлых грунтах» М.: Стройиздат, 1990. – 53 с. 9. СП 11-105-97 Часть IV. Правила производства работ в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. М.: ГОССТРОЙ РОССИИ 1999. – 68 с. 10. Хрусталев Л.Н. Основы геотехники в криолитозоне: Учебник. – М.: Изд.-во МГУ, 2005. – 540с. 11. Симагин В.Г. Эффективные фундаменты легких зданий на пучинистых грунтах. Электронная версия учебного пособия. Веб- дизайн: Брагинова Ю.А., Голубев А.В. Петрозаводск, 2002. – 270 с. 12. Ярг Л.А. Учебное пособие для практических занятий по курсу «Основы мерзлотоведения» – М. МГРИ, 1979. – 46с. 112 Приложение 1 Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации УДК [69+624.15:624.139] (083.74) Гос. регистрация алгоритмов и программ во Всероссийском научно-техническом информационном центре (ВНТИЦ) № 50200500606 РЕКЛАМНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА «M6IGR» Авторы программы: Букаты Михаил Болеславович – основной разработчик, автор исходного кода; Поляков Александр Викторович – формулировка требований, тестирование; Строкова Людмила Александровна – составление Help-системы; Емельянова Тамара Яковлевна – консультации по условиям применения и методам расчетов. Томск 2009 113 Функциональное назначение программы, область применения, её ограничения Программа для ПЭВМ «Инженерно-геокриологические расчеты» (далее программа M6IGR) предназначена для использования при камеральной обработке данных, получаемых полевыми и лабораторными методами исследований массивов мерзлых, промерзающих и оттаивающих горных пород, представленных рыхлыми дисперсными отложениями, в том числе: – независимого ведения специальной таблицы исходных и расчетных параметров инженерно-геологических элементов (ИГЭ) в Access-базе инженерно-геокриологических данных (БД) предприятия; – выбора из БД информации по ранее изученным ИГЭ района работ, принимаемым в качестве расчетных слоев-аналогов в скважинах или массивах горных пород изучаемого участка, для использования при выполнении инженерно-геологических расчетов или вывода для отчета; – выполнения расчетной оценки необходимых характеристик и инженерно-геологических свойств грунтов, если такая оценка допускается СНИП; – прогнозных расчетов несущей способности и устойчивости к выпучиванию оснований и свайных фундаментов из металлических труб проектируемых, строящихся и функционирующих зданий и сооружений в сложных инженерно- геокриологических условиях. Все расчеты и оценки выполняются в соответствии со СНИП 2.02.04–88 и ГОСТ 25100-95 с использованием линейной интерполяции рекомендуемых ими табличных данных. Головным блоком программы (блок-схема приведена на рисунке ниже) являются: блок ввода исходных данных с клавиатуры или/и из базы данных MS Access (БД; вкладка – ИГ колонка и форма выбора и пересчета геотемпературных данных). Вычисление физических и теплофизических свойств грунтов (вкладки Свойства грунтов и Темпер. режим) проводится по команде Расчет только для данных, введенных с клавиатуры и/или загруженных в схематическую колонку скважины и таблицу исходных данных (вкладка - Свойства грунтов). Исходные данные, результаты расчета физических и теплофизических свойств грунтов включаются в протокол работы программы. В M6IGR предусмотрен выбор одного из 2х вариантов текстовых редакторов для подготовки протокола счета - отчета: собственный и стандартный MS Word, если последний установлен на компьютере. Данные, занесенные в протокол, легко редактируются за счет возможности копирования любого блока информации. 115 Ввод исходных данных с клавиатуры Выбор и ввод данных из/в базу данных Access Формирование инженерно-геологической колонки участка Формирование таблицы исходных данных Сохранение- чтение ИД Выделение памяти, определение переменных Вывод в протокол счета Формирование таблиц результатов расчета Расчет физических и теплофизических свойств грунтов Расчет деформационно- прочностных характеристик Расчет несущей способности грунтов оснований Расчет устойчивости фундаментов к силам выпучивания Рисунок. Блок-схема и программные модули оценки физических и теплофизических характеристик грунтов Завершающим блоком программы являются процедуры оценки механических свойств грунтов (вкладка – Прочност. св-ва) и расчеты несущей способности (вкладка – Несущая способ.) и устойчивости к выпучиванию оснований и фундаментов (вкладка – Устойчив. к пучению). Ввод данных в этих процедурах сводится к заполнению полей ввода или выбора из выпадающих списков, на странице, отвечающей выбранной процедуре. После ввода необходимых параметров выполняются расчеты (Расчет). Результаты всех расчетов могут заноситься в протокол для формирования отчета. Выполнение процедур может быть осуществлено с помощью выбора из меню требуемого вида расчета или выбором соответствующей вкладки рабочей области, после идентификации объекта и ввода необходимых данных и характеристик слоев грунта – ИГЭ (участок, скважина – на вкладках ИГ колонка и Свойства грунтов). Программа M6IGR осуществляет хранение информации в базе данных (в формате MS Access), где содержится информация по грунтам, их инженерно-геологическим свойствам и температурам, ранее изученным на различных участках, или по скважинам и пробам грунта, имеющимся на расчетном участке. Файл базы данных должен находиться в той же директории, где инсталлирован исполняемый модуль программы. База данных может независимо редактироваться средствами СУБД Access (кроме переименования базы, таблиц и полей). Ввод и редактирование данных возможно с помощью средств редактирования соответствующих визуальных компонентов – полей редактирования текстовых переменных и электронных таблиц. Основным элементом данных является переменная (столбец данных). В M6IGR пользователю предоставляется возможность ввода данных с клавиатуры, чтением из ранее сохраненного файла, и путем выбора информации по изучаемому слою или слою-аналогу из независимой БД. Введенные данные могут быть сразу выведены на печать (через протокол), сохранены в файле, записаны в базу данных или переданы в процедуры дальнейших расчетов. В программе осуществляется контроль ошибок при вводе данных. Специальные процедуры исключают возможность ввода неверных символов. Предусмотрена также встроенная страница – справочник, описывающая используемые переменные, и всплывающие подсказки для 116 основных визуальных компонентов. Кроме того, имеется стандартная для MS Windows система помощи (Help), которая активизируется из меню или нажатием клавиши F1. Перемещение по разделам Help-системы возможно через перекрестные ссылки и рубрикатор. Программа реализована в виде сервисного 32-разрядного Windows- приложения, работающего в среде MS Windows. Она прошла апробацию при проведении производственных и научных исследований, а также в процессе обучения студентов. Общей особенностью всех процедур программы является возможность изменения любых из расчетных параметров, если имеются соответствующие экспериментальные или натурные измерения, причем в дальнейших расчетах используются последние из рассчитанных, либо введенных после расчета, величин. Исключением является страница Темпер. режим, где перед проведением расчета в поля результатов могут быть введены известные значения температур и глубины оттаивания, которые учитываются в расчете остальных расчетных величин. Используемые технические средства.Установка программы M6IGR требует наличия IBM-совместимой ПЭВМ с процессором не ниже 80386, дисплеем VGA или SVGA и операционной системой MS Windows 95 и выше. Для установки программы требуется около 10 Мб дисковой памяти, включая электронную базу данных, начальный объем которой (2 Мб) может расти за счет привлекаемых и вновь полученных материалов. Собственно исполняемый модуль в настоящее время имеет размер около 1.5 мегабайт. Программа предъявляет достаточно скромные требования к динамически распределяемой оперативной и дисковой памяти, объем которой зависит, главным образом, от размерности решаемых задач (числа расчетных слоев). Специальные условия применения и требования организационного, технического и технологического характера. Программа M6IGR разработана в среде программирования Delphi * на языке Pascal (около 6 тыс. строк, 7 тыс. операторов) и представляет собой сервисное Windows-приложение, функционирующее в операционной среде Windows 95-XP на IBM PC 80386 – Pentium 4, и совместимых с ними ПЭВМ и рабочих станциях. В нем применяются динамическое распределение памяти и частично обеспечивается переключение русского/английского языков интерфейса, вызов Help-системы и использование всплывающих подсказок. В состав программы входит также библиотека стандартных функций Delphi (dll-файл), база инженерно-геологических данных в формате MS * Использован лицензионный Borland Delphi: серийный номер v8r9-z3pke-ykjw5, ключ авторизации 5he-bb8, код регистрации 222231 (коробочная поставка). 117 Access, доступ к которой из программных модулей осуществляется автоматически, и файл сохранения и восстановления настроек. Файлы инсталляции занимают около 5 Мб. Пользователь должен обладать правом чтения и записи в папке, где установлена программа, и в реестре Windows. Условия передачи программной продукции или её продажи. Право собственности на программу M6IGR принадлежит её разработчику. Стоимость определяется числом разрешенных для использования копий, необходимостью специальных обучения или доработки в соответствии с требованиями заказчика и может обсуждаться. Кроме того, заказчик может поручить владельцу выполнение интересующих расчетов, не приобретая саму программу. Возможна обоюдная заинтересованность сторон в получаемых научных результатах, их публикации и т.д. При поставке полной версии для производственных целей стоимость экземпляра составляет 10 тыс. руб., с обновлением и сопровождением в течение 2-х лет – 13 тыс. руб., не включая НДС. Для учебных целей, на учебный класс (10–15 ПЭВМ), стоимость ПК составляет 15 тыс. руб., включая бесплатное обновление и консультации по электронной почте в течение 2-х лет. Обучение специалистов требует 2–3 дня с оплатой командировочных, проезда и проживания за счет заказчика. Зарегистрированным пользователям гарантируется сопровождение путем бесплатных консультаций и исправления обнаруженных недостатков с регулярным обновлением поставленного продукта, а также льготной поставки последующих версий. Потенциальным заказчикам может быть предоставлена текущая рабочая версия с ограничением срока использования. Контактные данные: Букаты Михаил Болеславович, тел. (3822) 491- 382, тел./факс 42–61–59, e-mail: bukaty@igng.tsc.ru. 118 Содержание Т.Я. Емельянова, В.В. Крамаренко 1 1. МЕРЗЛОТОВЕДЕНИЕ. КЛАССИФИКАЦИИ МЕРЗЛЫХ ПОРОД 4 2. ВИДЫ КРИОГЕННЫХ СТРУКТУР И ТЕКСТУР МЕРЗЛЫХ ПОРОД 10 Лабораторная работа 2.1. Определение текстуры мерзлых грунтов 14 3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ФИЗИЧЕСКИХ, ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕРЗЛЫХ И ТАЛЫХ ГРУНТОВ 15 3.1. Характеристики физических свойств мерзлых грунтов 15 Лабораторная работа 3.1. Определение плотности мерзлого грунта методом взвешивания в нейтральной жидкости 50 Лабораторная работа 3.2. Определение суммарной влажности мерзлых грунтов 50 Лабораторная работа 3.3. Определение основных характеристик физических и теплофизических свойств мерзлых грунтов 51 4. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ 54 4.3. Расчет нормативной глубины сезонного оттаивания 61 4.4. Расчет нормативной глубины сезонного промерзания 64 4.5. Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I 66 Лабораторная работа № 4.1. Расчет глубины промерзания (оттаивания) грунта 73 Лабораторная работа № 4.2. Определение несущей способности сложенного многолетнемерзлыми грунтами основания свайного фундамента 74 5. РАСЧЕТ ГЛУБИНЫ ЧАШИ ОТТАИВАНИЯ ГРУНТОВ ПОД СООРУЖЕНИЯМИ 76 Лабораторная работа 5.1. Определение глубины оттаивания грунтов под сооружением 80 6. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СООРУЖЕНИЙ НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ 81 6.1 Оценка пучинистости грунтов 81 6.2. Расчет оснований и фундаментов на воздействие сил морозного пучения 89 Лабораторная работа 6.1. Характеристики пучинистости грунтов 94 Лабораторная работа 6.2. Проверка устойчивости фундамента на действие сил пучения 96 7. РАСЧЕТ ОСАДКИ ОТТАИВАЮЩЕГО В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ СООРУЖЕНИЯ ОСНОВАНИЯ 96 Лабораторная работа № 7.1. Расчет осадки в оттаивающих грунтах 101 8. ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКАЯ СЪЕМКА 104 Лабораторная работа № 8.1. Анализ геокриологических карт и разрезов 110 Литература 112 Приложение 1 113 Учебное издание 121 119 Учебное издание ЕМЕЛЬЯНОВА Тамара Яковлевна КРАМАРЕНКО Виолетта Валентиновна ПРАКТИКУМ ПО МЕРЗЛОТОВЕДЕНИЮ Учебное пособие Научный редактор доктор геолого-минералогических наук, профессор М.Б. Букаты Редактор Верстка Дизайн обложки Подписано к печати 26.12.2009. Формат 60х84/16. Бумага «Снегурочка». Печать XEROX. Усл.печ.л. 9,01. Уч.-изд.л. 8,16. Заказ . Тираж 50 экз. Томский политехнический университет Система менеджмента качества Томского политехнического университета сертифицирована NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту ISO 9001:2008 . 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30 Тел./факс: 8(3822)56-35-35, www.tpu.ru 120 |