Курсовая работа по инженерной геологии. Курсовая работа Тимохина Д.В.. Строительный факультет Кафедра геотехники оценка гидрогеологических условий площадки строительства курсовая работа

• Название: Строительный факультет Кафедра геотехники оценка гидрогеологических условий площадки строительства курсовая работа
• Анкор: Курсовая работа по инженерной геологии
• Дата: 14.05.2023
• Размер: 1.49 Mb.
• Имя файла: Курсовая работа Тимохина Д.В..docx
• Тип: Курсовая; #1130046

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (СПБГАСУ)

Строительный факультет

Кафедра геотехники

ОЦЕНКА ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ

СТРОИТЕЛЬСТВА

Курсовая работа


Работу выполнил

Студент группы 5-СДПГСуст-2

Тимохина Д.В.

Проверил преподаватель

Ремизова Н.В.

Санкт-Петербург 2023 г.

Оглавление

1. Введение 3

2. Геологические условия 5

2. 1. Характеристика рельефа заданного участка 6

2.2. Литологические разрезы (колонки) 7

Геолого-литологические колонки опорных скважин. 7

2. 3. Анализ гранулометрического состава грунта 8

2. 4. Инженерно-геологический разрез 11

3. Гидрогеологические условия 15

3. 1. Анализ разреза 15

3. 2. Карта гидроизогипс 16

4. Категория сложности инженерно-геологических условий 19

5. Гидрогеологические расчеты при строительном водопонижении 20

5. 1. Исходные данные о строительном котловане и траншее 20

5. 2. Строительные выработки 20

Котлован 20

5. 3. Исходные данные для расчетов 21

5. 4. Расчет водопритока в строительные выработки 22

6. Прогноз процессов, связанных с понижением уровня грунтовых вод 23

6. 1. Механическая суффозия в откосах котлована 23

6. 2. Оседание поверхности земли. 24

7. Воздействие напорных вод на дно котлована 27

8. Заключение 28

Список использованных источников 29

1. Введение

Воды, находящиеся в верхней части земной коры, носят название подземных вод. Науку о подземных водах, их происхождении, условиях залегания, законах движения, физических и химических свойствах, связях с атмосферными и поверхностными водами называют гидрогеологией. Для строителей подземные воды в одних случаях служат источником водоснабжения, а в других выступают как фактор, затрудняющий строительство. Особенно сложным является производство земляных и горных работ в условиях притока подземных вод, затапливающих котлованы, карьеры, траншеи. Подземные воды ухудшают механические свойства рыхлых и глинистых пород, могут выступать в роли агрессивной среды по отношению к строительным материалам, вызывают растворение многих горных пород (гипс, известняк и др.) с образованием пустот и т. д.

Инженерно-геологические изыскания приходятся на начальный этап строительства любого объекта, а значит, от достоверности полученных данных зависит успех всей последующей работы над проектом.

Для целей проектирования и строительства понятие «гидрогеологические условия» можно определить, как совокупность следующих характеристик водоносных горизонтов:

1. 
   их количество в изученном разрезе,
   

2. 
   глубина залегания,
   

3. 
   мощность и выдержанность,
   

4. 
   тип по условиям залегания,
   

5. 
   наличие избыточного напора,
   

6. 
   химический состав,
   

7. 
   гидравлическая связь с поверхностными водами и другие показатели режима.
   

Грамотный анализ совокупности характеристик водоносных горизонтов позволяет избежать негативных последствий при изменении режима подземных вод, - затопления котлованов, коррозии подземных строительных конструкций, осадки фундамента и др.

Целью данной курсовой работы является анализ геологических и гидрогеологических условий выделенного участка, по результатам которого

необходимо определить категорию его сложности и возможные неблагоприятные воздействия при строительном освоении данной территории, а также предложить необходимые защитные мероприятия.

Номер зачетной книжки 21200490.

Номер заданного участка – 10.

Номера заданных скважин – 71, 74, 77.

2. Геологические условия

Карта фактического материала

Масштаб 1:2000



Рис.1. Карта фактического материала. Участок 10.

Условные обозначения:



Буровая скважина, абсолютная отметка устья скважины.



Изогипса с абсолютной отметкой.

2. 1. Характеристика рельефа заданного участка

Участок имеет неровности микрорельефа, территория рассматриваемого участка представляет собой фрагмент выпуклых вершин холмов и холмистые водораздельные поверхности в пределах абсолютных отметок от 22,9 до 24,0 м. Колебание высот на участке – 1,1 м.

Вычислим крутизну склонов:

Таблица 1.

Скважина	Начальная отметка	Конечная отметка	Разность высот	Расстояние	Уклон в градусах	Уклон в процентах
76-75	22,9	24,0	1,1	142	0,77	7,7
72-75	22,9	24,0	1,1	58	1,9	19
77-78	23,0	23,2	0,2	117	0,17	1,7
77-73	23,0	23,1	0,1	61	0,16	1,6
73-74	23,1	23,6	0,5	56	0,89	8,9
72-78	2,9	23,2	0,3	72	0,4	4
76-77	22,9	23,0	0,1	62	0,16	1,6
72-71	22,9	23,5	0,6	74	0,81	8,1
78-75	23,2	24,0	0,8	56	1,4	14
76-74	22,9	23,6	0,7	93	0,75	7,5
74-75	23,6	24,0	0,4	54	0,74	7,4
77-75	23,0	24,0	1,0	118	0,85	8,5
73-71	23,1	23,5	0,4	88	0,45	4,5

Максимальный уклон составляет imax = 1,9^◦на СЗ части участка.

Общий уклон найдем как среднее значение всех уклонов: i=0,766 ^◦.

2.2. Литологические разрезы (колонки)

Геолого-литологические колонки опорных скважин.

Таблица 2.

№ слоя	Индекс слоя	Полевое описание пород	Отметка подошвы слоя, м	Сведения о воде
				Отметка появления, м	Установившийся уровень
1	2	3	4	5	6
Скважина номер 71. Абсолютная отметка устья 23,5 м
1	ml IV	Неизвестный слойё1	19,4	21,0	21,0
2	lg III	Суглинок ленточный, мягкопластичный	17,8
3	g III	Песок крупный, средней плотности, водонасыщенный	15,5	17,8	20,5
4	g III	Суглинок с гравием, мягкопластичный	14,5
5	Є1	Глина голубая, полутвердая	13,5
Скважина номер 74. Абсолютная отметка устья 23,6 м
1	ml IV	Песок средней крупности, средней плотности	20,6	22,8	22,8
2	lg III	Суглинок ленточный, мягкопластичный	18,1
3	g III	Песок крупный, средней плотности, водонасыщенный	16,5
4	g III	Суглинок с гравием, мягкопластичный	14,6
5	Є1	Глина голубая, полутвердая	13,6
Скважина номер 77. Абсолютная отметка устья 23,0 м
1	ml IV	Песок средней крупности, средней плотности	19,4	21,8	21,8
2	lg III	Суглинок ленточный, мягкопластичный	17,8
3	g III	Песок крупный, средней плотности, водонасыщенный	15,5
4	g III	Суглинок с гравием, мягкопластичный	14,5
5	Є1	Глина голубая, полутвердая	13,5

2. 3. Анализ гранулометрического состава грунта

Результаты гранулометрического анализа грунтов для неназванного слоя

скважины 71.

Таблица 3.

№ участка	№ скважины	Галь­ка	Гравий			Песчаные						Пылеватые			Глини­стые <0,002
		>100	10-5	5-2	2-1		1-0,5	0,5-0,25	0,25–0,1	0,1–0,05	0,05-0,01		0,01–0,002
10	71	–	1	1	13		17	37	21	6	4		–	–

Вспомогательная таблица для определения разновидности грунта по крупности:

Таблица 4.

Диаметры частиц, мм	>10	>2	>0.5	>0.25
Содержание по массе, %	—	2	32	69

Поскольку содержание частиц диаметром больше 0,25 мм больше 50%, то делаем вывод, что песок средней крупности.

Для песка средней крупности определяем коэффициент пористости: n = 0,66. По коэффициенту пористости можем определить плотность песка – средняя плотность.

Пористость – отношение объёма пор к массе грунта. Коэффициент пористости выражает пористость.

Плотность частиц грунта – плотность минеральной части скелета грунта без учета пор, органических остатков и воды относительно объема, занимаемого этим грунтом.

Плотность грунта – отношение массы грунта, включая поры, органическое вещество, воду, к объёму, занимаемому этим грунтом.

Вспомогательная таблица для построения графика суммарной кривой гранулометрического состава

Таблица 5.

Диаметры частиц, мм	<10	<5	<2	<1	<0.5	<0.25	<0.1	<0.05	<0.01	<0.002
Содержание по массе, %	100	99	98	85	68	31	10	4	0	0

По данным вспомогательной таблицы строим суммарную кривую гранулометрического состава.

Для построения кривой гранулометрического состава мы из точек на вертикальной оси, соответствующих 10 и 60 %, про­водим горизонтальные линии до пересечения с кривой; из точек пере­сечения опускаем перпендикуляры на горизонтальную ось; получен­ные на ней точки показывают значения d₁₀ и d₆₀.



Рис. 2. Кривая гранулометрического состава.

Значения действующего и контролирующего диаметров:

d₁₀=0,1мм, d₆₀=0,43мм.
Степень неоднородности грунтов:
𝐶𝑢 =
Поскольку коэффициент неоднородности Cu >3, то грунт согласно ГОСТ 25100-2011 относится к неоднородным грунтам, так же Cu <10 что показывает то что грунт суффозионно-устойчив.
Суффозия – процесс выноса мелких частиц грунта потоками грунтовых вод через его (грунта) поры и трещины; приводит к карсту.

Вывод: песок является средней крупности, средней плотности, неоднородный.

2. 4. Инженерно-геологический разрез

Инженерно-геологические элементы – ИГЭ – некоторый объем грунта одного и того же номенклатурного вида, обладающий сходными физикомеханическими свойствами.
Число пластичности – Ip – это характеристика грунтов, отражающая их способность удерживать воду
Показатель текучести – IL – характеризует состояние природной влажности глинистого грунта (твердые, полутвердые, тугопластичные, мягкопластичные, текучепластичные, текучие). Исключение составляют супеси (твердые, пластичные, текучие).
Модуль деформации – отражает вертикальную деформацию грунта под воздействием нагрузки без возможности бокового расширения.
Выделяем 7 инженерно-геологических элементов.



Рис. 3. Геологический разрез



Рис. 4. Инженерно-геологический разрез

Физико-механические свойства инженерно-геологических элементов:

Таблица 6.

№ ИГЭ	Наименование грунта	Индекс			Плотность частиц грунта ρS, г/см3		Плотность грунта ρ ,г/см3		Число пла­стичности Ip, д. ед.		Показатель те­кучести IL, д.ед.		Пористость n, д. ед.		Коэффициент пористости е, д. ед.		Модуль дефор­мации Е, МПа
1	Песок средней крупности, средней плотности	ml IV			2,65		1,65		-		-		0,40		0,66		35
2	Суглинок ленточный, мягкопластичный	ml IV			2,62		1,85		0,06		0,5		0,51		1,05		7
3	Песок, крупный, средней плотности, водонасыщен­ный	g III			2,65		1,74		-		-		0,41		0,68		18
4	Суглинок с гравием, мягкопластич­ная	lg III			2,71		2,05		0,12		0,7		0,38		0,6		8
5	Глина голубая, полутвердая	Є1			2,77		2,16		0,18		0,2		0,32		0,46		35
6	Суглинок с гравием, тугопластичный	g III			2,15		2,71		0,14		-		0,31		0,45		20
7	Глина голубая, твердая		Є1	2,26		2,53		0,28		-		0,30		0,42		30

Слабые ИГЭ, модуль деформации которых менее 5 МПа, отсутствуют.

Дочетвертичная порода – глина голубая, полутвердая, Є1, глубина залегания 8-9 метров.

3. Гидрогеологические условия

3. 1. Анализ разреза

Количество водоносных горизонтов – 2

1. 
   Безнапорный водоносный горизонт.
   

По условиям залегания: грунтовый.

Глубина залегания: 0,8 – 2,5 м от поверхности земли.

Водовмещающие слои: №1.

Водоупорные слои: № 2.

Мощность: 1,6-2,4 м.

2. 
   Напорный водоносный горизонт.
   

Обнаружен около скважины 71.

По условиям залегания: межпластовый.

Глубина залегания: 3 – 5,7 м от поверхности земли.

Водовмещающие слои: № 3.

Водоупорный слой: № 4, 8, 9.

Мощность: 2,3 м.

Напор: 2,7 м.

Величина гидравлического градиента:

Скважины № 75-76
∆𝐻 22,8 − 20,4

𝑖_𝑚𝑎𝑥 = = 0,022

𝑙 108

Кажущаяся скорость грунтового потока:

V= k ⋅ i_max = 5 ⋅ 0, 022 = 0,11 м/сут.

Действительная скорость грунтового потока:

3. 2. Карта гидроизогипс

Рис. 5. Карта гидроизогипс грунтовых вод

3.3. Анализ агрессивности грунтовых вод

Таблица 7.

Показатель агрессивности среды	Химический анализ грунтовых вод	Нормируемые значения для сильно- и среднефильтрующих грунтов (k ≥ 0.1 м/сут)
Содержание едких щелочей в пересчете на ионы К+ и Na+ , мг/л	31	≤ 50 000	+
Содержание магнезиальных солей в пересчете на ионы Mg2+, мг/л	44	≤1000	+
Содержание сульфатов в пересчете на ионы SO42-, мг/л	165	<250	+
Бикарбонатная щелочность в пересчете на ионы HCO3, мг/л	261	> 64.1	+
Водородный показатель pH	6.2	> 6.5	-

Грунтовые воды агрессивны по отношению к бетону [СНиП 2.03.11-85] по водородному показателю pH, показатель меньше предельно допустимого уровня на 0,2.

По данным из СП 28.13330.2012 (по значению водородного показателя) степень агрессивного воздействия жидкой неорганической среды на бетон – слабоагрессивная.

4. Категория сложности инженерно-геологических условий

Таблица 8.

Факторы, определяющие производство изысканий	Категория сложности
Геоморфологические	Несколько геоморфологических элементов одного генезиса. Поверхность слабонаклонная, слаборасчлененная.	II (средняя)
1-2		категория
		сложности
Геологические	Не более четырех литологических слоев.	II (средняя)
1-2	Мощность и характеристики грунтов	категория
	изменяются закономерно. Скальные грунты с неровной кровлей, перекрытой нескальными грунтами.	сложности
Гидрогеологические	Два выдержанных горизонта, линзы	II (средняя)
	слабоагрессивных (загрязненных) вод,	категория
	наличие напорных вод.	сложности
Опасные геологические и	Отсутствуют	I (простая)
инженерно-геологические		категория
процессы		сложности
Специфические грунты (в основании фундамента)	Отсутствуют	I (простая)
		категория сложности
Природно-технические	Плохие условия для проходимости техники,	II (средняя)
условия производства работ	слабо развитая инфраструктура,	категория
	ограниченность стационарных построек для базирования	сложности

В соответствии с таблицей делаем вывод о средней категории сложности геологических условий на участке.

5. Гидрогеологические расчеты при строительном водопонижении

5. 1. Исходные данные о строительном котловане и траншее

Сведения о параметрах объектов и их размещении в пределах площадки:

Котлован: размеры 39 х 20 м, глубиной 4,2 м по скважине 71.

Траншея: размеры 1,5 х 200 м, глубиной 2,8 м по скважине 77.

Контуры котлована и траншеи нанесены на инженерно-геологический разрез, представленный в подразделе 2.4.

Контуры котлована и траншеи нанесены на карту грунтовых вод с гидроизогипсами, представленную в подразделе 3.2.

5. 2. Строительные выработки

Котлован

Рис. 6. Схема водопритока к совершенному котловану

Траншея

Рис. 7. Схема водопритока к несовершенной траншее

5. 3. Исходные данные для расчетов

Котлован

Тип выемки – совершенный (дно котлована врезается в водоупорный слой)
Характер потока вокруг выемки – радиальный (39/20 = 1,95 <10)
Величина водопонижения S = 21− 19,4 = 1,6 м
Средняя высота потока h м, где H – мощность слоя грунтовых вод в водоносном слое до водопонижения: H = 21 – 19,4 = 1,6 м.

Коэффициент фильтрации:
k = 13,9
Приведенный радиус прямоугольного в плане котлована:


Радиус влияния водопонижения: R = 70 м

Радиус депрессии:

r_д = R + r = 70 + 15,8 = 85,8 м

Функция понижения от действия водопонизительной системы:

=0.27

Траншея

Тип выемки – несовершенный (дно траншей не доходит до водоупорного слоя)
Характер потока вокруг выемки – плоский (200 / 1,5 = 133, (3)> 10)
Величина водопонижения S = 21,8 – 20,35 = 1,45 м
Коэффициент фильтрации k = 13,9
Радиус влияния водопонижения R = 70 м

Функция понижения от действия водопонизительной системы

Средняя высота потока

5. 4. Расчет водопритока в строительные выработки

Приток воды в котлован:

, м³/сут

Приток воды в траншею:

, м³/сут

6. Прогноз процессов, связанных с понижением уровня грунтовых вод

6. 1. Механическая суффозия в откосах котлована

Работы по водопонижению изменяют скорость движения и направление потока грунтовых вод. Открытый водоотлив из котлованов и траншей может сопровождаться выносом мелких частиц грунта из стенок за счет нисходящего потока – механическая суффозия. В несовершенных выемках под их дном возникает восходящий поток, который разрыхляет («разжижает») грунт – фильтрационный выпор.

Предварительную оценку опасности возникновения суффозии дают по величине степени неоднородности C_u. Помимо степени неоднородности C_u график включает величину i, определяемую выражением:

1. 
   Для котлована: i = S/(0,33R)=1,7/(0,33*70)=0,074
   

Рис.8. График для оценки развития суффозии (по В.С. Истоминой): I – область разрушающих градиентов фильтрационного потока, II – область безопасных градиентов фильтрационного потока.

Точка (4,3; 0,074) попадает в область безопасных градиентов фильтрационного потока.
Вывод: Суффозионного выноса вблизи котлована можно не опасаться.

6. 2. Оседание поверхности земли.

Понижение уровня грунтовых вод вызывает увеличение давления грунта от собственного веса. Величина связанной с этим осадки зависит от глубины водопонижения и сжимаемости грунта.

Рис. 9. Схема оседания поверхности земли при водопонижении: А – зона аэрации до водопонижения, В – зона полного водопонижения, С – зона «осушенного» грунта после водопонижения.

Проверка возможности расчета

Котлован:

𝑅 70

= = 17,07

𝐻в 4,1

Траншея:

𝑅 70

= = 19,4

𝐻в 3,6

Поскольку > 3, справедливы дальнейшие вычисления.

Осадка территорий

Удельный вес грунта слоя, в пределах которого произошло снижение уровня подземных вод:

γ = ρ ⋅ g = 1, 65 ⋅ 9,8 = 16,17 кН/м3

Удельный вес твердых частиц грунта:

γ_s = ρ_s ⋅ g = 2, 65 ⋅ 9,8 = 25,97 кН/м³

Удельный вес воды:

γ _w = 9,8 кН/м³

Пористость грунта:

n = 0,40

Удельный вес грунта ниже уровня грунтовых вод:

γ _sb = (γ _s − γ _w) ⋅ (1 − n) = (25,97 − 9,8) ⋅ (1 − 0, 4) = 9,702 кН/м³

∆γ = γ − γ _sb = 16,17 − 9,702 = 6,468 кН/м³

Величина водопонижения:

S_к = 1,7 м

S_т = 1,45 м

Модуль общей деформации грунта в зоне депрессионной воронки:

E = 40000 кН/м²
Осадка грунта котлована:

S_{гр =} м =23,0 *10^-5 м

Осадка грунта траншеи:

S_{гр =} м =17,0 *10^-5 м

Вывод: осадка котлована составила 23⋅10^-5 м, осадка траншеи 17⋅10^-5 м.

7. Воздействие напорных вод на дно котлована

Рис. 10. Расчетная схема воздействия напорных вод на дно котлована

p_изб= γ _w H_w=9,8(20,5–17,8)=26,46кН/м³

p_гр= γ h_гр= ρ∙g h_гр = 1,85 9,8(19,3 – 17,8)=27,195 кН/м³

p_изб= 26,46 < p_гр=27,195

Вывод: дно выработки устойчиво, прорыва дна котлована можно не опасаться.

8. Заключение

Участок имеет неровности микрорельефа, территория рассматриваемого участка представляет собой фрагмент невысокого холма в пределах абсолютных отметок от 22,9 до 24 м.

Колебание высот на участке – 1,1 м.

Максимальный уклон составляет imax = 1,9 %.

Общий уклон найдем как среднее значение всех уклонов: i=0,766 %.

Выделено 7 инженерно-геологических элементов. Слабые ИГЭ, модуль деформации которых менее 5 Мпа, отсутствуют.

Дочетвертичная порода – глина голубая, полутвердая, твердая, Є1, глубина залегания 8-9 метров. Мощность залегания = 2,3 м.

Категория сложности инженерно-геологических условий строительной площадки: II (средняя) категория сложности.

Грунтовые воды агрессивны по отношению к бетону по водородному показателю, предельно допустимый уровень больше на 0,2. Степень агрессивного воздействия жидкой неорганической среды на бетон – слабоагрессивная.

К необходимым мероприятиям по защите бетона следует отнести изменение марки по водонепроницаемости W4 и выше, применить арматуру, соответствующую характеристикам.

Также необходимо понизить уровень подземных вод, так приток воды в котлован и траншею выше требуемого, этого можно добиться с помощью устройства открытого водоотлива (для котлована) и дренажа (для траншеи), так как необходимо, чтобы в ней была вода (исходя из условия). Понижение уровня грунтовых вод вызывает увеличение давления грунта от собственного веса, в следствии этого возникает оседание поверхности. Осадка котлована составила 23 *10^-5 м, осадка траншеи 17 * 10^-5 м. При расчете водопритока в котлован и траншею получили соответственно 62 м³/сут (2,58 м³/ч) и 240м³/сут (10 м³/ч).
Рекомендуется производить водопонижение с помощью трубчатых колодцев-скважин для уменьшения избыточного напора. При водопонижении под действием напорного водоносного горизонта возможен прорыв напорных вод в котлован. В соответствии с неравенством p_изб < p_гр, можно сказать, что дно выработки устойчиво.

Водопонижение также может привести опасности возникновения суффозии. Возможность развития суффозии можно определить по графику В. С. Истоминой (рис. 8), в данном случае суффозионного выноса вблизи котлована можно не опасаться.

Список использованных источников

1. 
   Ананьев В. П. Инженерная геология / В. П. Ананьев, А. Д. Потапов. – М.: Высшая школа, 2009. – 448 с.
   
2. 
   Справочник геотехника. Основания, фундаменты и подземные сооружения / Под общей ред. В. А. Ильичева и Р. А. Мангушева. – М.: Изд-во АСВ, 2014. – 728 с.
   
3. 
   Гавич И. К. Сборник задач по общей гидрогеологии / Издание 2–е, переработанное / И. К. Гавич, А. А. Лучшева, С. М. Семенова-Ерофеева – М.: Недра, 1985. – 412 с.
   
4. 
   Архангельский И. В. Справочник техника геолога по инженерно-геологи ческим и гидрогеологическим работам / И. В. Архангельский, М. А. Солодухин. – М.: Недра, 1982. – 288 с.
   
5. 
   СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть I. Общие правила производства работ.
   
6. 
   СП 47.13330.2016. Свод правил. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 1102-96.
   
7. 
   СП 103.13330.2012. Свод правил. Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод. Актуализированная редакция СНиП 2.06.14-85.
   
8. 
   Симановский А.М., Челнокова В.А. Оценка гидрогеологических условий площадки строительства. Методические указания. СПбГАСУ, 2017. – 90 с.