методичка по геологии. Учебное пособие инженерная геология Лабораторные и практические занятия для студентов очного и заочного форм обучения всех специальностей строительных вузов
 Скачать 10.27 Mb.
|
|
I. Анализ инженерно-геологических условий территории, оценка перспективности её застройки. 1. Построение (составление) инженерно-геологического разреза по данным бурения скважин (задания по вариантам приведены в приложении 4, указания по построению разреза - см. раздел 5). Условные обозначения грунтов приведены в приложении 7. 2. Анализ инженерно-геологических условий участка по следующему плану: 2.1. Геоморфология (основные рельефообразующие факторы, устойчивость рельефа во времени и т.д.); 2.2. Геологическое строение. Здесь приводится литолого-стратиграфическая и инженерно-геологическая характеристики пород, характер и условия их залегания (отметить согласное или несогласное залегание пород, наличие или отсутствие складчатых или разрывных дислокаций, их приуроченность к определенным породам). Особое внимание уделяют описанию грунтов со специфическими свойствами (просадочные, плывуны, заторфованные и т.д.); 2.3. Гидрогеологические условия. Дается гидрогеологическая характеристика площадки. Описываются подземных вод, условия их залегания, питание, водообильность горизонтов, приуроченность к определенным стратиграфическим и петрографическим горизонтам, гидравлические особенности, приводятся данные о режиме, минерализации и солевом составе. Здесь необходимо давать оценку влияния каждого водоносного горизонта, зоны на устойчивость местности, на развитие геологических процессов, а также возможности их использования в качестве временных или постоянных источников водоснабжения. 2.4. Природные геологические явления и инженерно-геологические процессы. Детально описываются явления и процессы (оползни, карст, суффозия, просадки, заболачивание и т.д), которые могут оказать негативное влияние на устойчивость сооружений в процессе их строительства и эксплуатации. Указываются меры борьбы с ними. 3. Выводы по условиям строительства на данном участке: - определяется категория сложности инженерно-геологических условий строительства (приложение 3); 4. Получив представление об особенностях инженерно-геологических условий территории необходимо: а) выявить наиболее перспективный участок расположения объекта строительства (задание по вариантам приведены в приложении 5), условно показать проектируемое здание на разрезе; б) определить объем дополнительных инженерно-геологических изысканий с целью получения недостающих исходных данных для проектирования (указания по выполнению - см. занятие 10): - необходимое количество скважин и шурфов; - глубину выработок (категорию сложности инженерно-геологических условий см. в п.3, глубину заложения подошвы фундаментов принять ниже отметки поверхности земли на 6м); - показать план расположения дополнительных скважин и шурфов относительно будущего сооружения. 5. Раздел УИРС (учебно-исследовательская работа студента) на тему «Прогнозирование изменения геологической среды в связи с застройкой участка строительства и рекомендуемые виды защитных мероприятий от негативного антропогенного воздействия». II. Построение карты гидроизогипс. Построение карты гидроизогипс по данным замеров уровня грунтовых вод в 16 скважинах, заложенных в водоносном горизонте в виде квадратной сетки. Расстояние между скважинами 40 метров, масштаб 1:1000 (задания по вариантам приведены в приложении 6, указания по построению карты гидроизогипс - см. занятие 9). По карте гидроизогипс необходимо определить: а) направление движения грунтовых вод (дать стрелками); б) значение напорного градиента на любом участке (квадрате); в) скорость фильтрации воды в том же квадрате; г) максимальную и минимальную скорости движения воды на всей карте гидроизогипс и показать контуры их проявления. ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ Задание к построению инженерно-геологического разреза: Масштаб: вертикальный 1:500 горизонтальный 1:1000 Расстояние между скважинами - 50м
I. Анализ инженерно-геологических условий территории, оценка перспективности её застройки. 1. Инженерно-геологический разрез по данным бурения 5-ти скважин приведен на рисунке.  2. Анализ инженерно-геологических условий участка. 2.1. Геоморфология территории. Геоморфологически участок находится в краевой части третьей надпойменной террасы р.Волга, прорезанной оврагами. Рельеф участка слабоволнистый, с общим уклоном в северо-восточном направлении, в сторону долины реки Волга (абсолютные отметки 130,5-110,5м). 2.2. Геологическое строение. Геологический разрез по данным бурения 5-ти скважин глубиной 24-35м представлен делювиальными и аллювиальными четвертичными отложениями. Делювиальный суглинок (dQ2) среднечетвертичного возраста (скв.1-5) лессовидный, макропористый, ниже по разрезу аллювиальный суглинок (aQ1) нижнечетвертичного возраста, плотный, влажный, со щебенкой карбонатных пород в основании слоя мощностью 6-11м (скв.1-3). В районе скважин 4-5 делювиальные суглинки подстилаются нижнечетвертичным песком мелкозернистым кварцевым с прослоями супесей и суглинков. Мощность песчаного слоя от 15м до 18м. Это свидетельствует о характерном строении аллювиальной свиты нижнечетвертичного возраста с закономерной сменой вверх по разрезу песчано-обломочных пород русловой фракции аллювия преимущественно глинистыми пойменными отложениями. На достаточно коротком расстоянии одни породы замещаются другими, резко колеблется мощность, что объясняется (связано) неровной размытой поверхностью подстилающих верхнеказанских карбонатных пород. Инженерно-геологическая характеристика пород. Суглинок лессовидный, палевый, макропористый, известковистый, делювиальный (dQ2). Делювиальные глинистые грунты развиты достаточно широко на склонах. Чаще всего они имеют неправильную местную слоистость, неполную сортировку материала, быструю, а часто и резкую изменчивость состава, различные растительные остатки. Глинистый делювий полиминерален, с преобладанием минералов, характерных для окружающих пород. Коллоидная его часть характеризуется водоустойчивыми структурными связями. Физико-механические свойства глинистого делювия изменяются в зависимости от его состава, но в общем инженерно-геологические качества его невысоки. Пористость выше 50%, во влажном состоянии он очень сильно сжимается – относительная осадка при давлении 0,2МПа может достигать 20%. Делювиальные грунты размокают в воде, особенно если их естественная влажность невысока. Угол сдвига 2-30, но у некоторых разновидностей может достигать 450. Водопроницаемость, благодаря «глинистости», невелика. Оценивая делювиальные глинистые грунты с инженерно-геологической точки зрения, следует учесть их склонность к движению вниз. Подрезка делювиальной толщи при проходке котлована под здание, дорожной выемки и т.д. сопровождается подвижкой оползневого характера. Поверхность скольжения может образоваться как внутри делювиальной толщи, так и на контакте делювия с подстилающей породой. Лессовидные суглинки бывают палевой, палево-желтой или желто-бурой окраски. Для них характерны следующие особенности: способность сохранять вертикальные откосы в сухом состоянии, быстро размокать в воде, высокая пылеватость (содержание фракции 0,05-0,002мм свыше 50% при небольшом количестве глинистых частиц, пористая структура с сетью крупных и мелких пор, вертикальных канальцев, высокая карбонатность, засоление легко растворимыми в воде солями. Лессовидные суглинки обычно слоисты и могут содержать обломки различных пород. В данном случае суглинок известковистый. Для лессовых толщ характерна анизотропность фильтрующих свойств. Водопроницаемость лессовых пород по вертикали нередко в 5-10 раз превышает величину водопроницаемости по горизонтали. Для лессовидных суглинков характерно явление – просадочность, связанное с воздействием воды на структуру грунта с последующим ее разрушением и уплотнением под весом самого грунта или же при суммарном давлении собственного веса и веса сооружения. (Аналогично вышеприведенному, необходимо описать все породы, встречающиеся на разрезе). 2.3. Гидрогеологические условия. Водовмещающим слоем является известняк кавернозный. Подземная вода перемещается в виде подземного потока от верхней части разреза (от скв.1 к скв.5), что позволяет подсчитать на этом участке градиент уклона и скорость потока. Глубина залегания потока от поверхности колеблется от 12 до 25м. По условиям залегания, характеру циркуляции по трещинам и пустотам карбонатных пород – это трещинно-карстовый подземный поток. Карстовые воды отличаются интенсивным движением, особенно в верхней части массива известняка, непостоянством химического состава, резким изменением водообильности на сравнительно небольших расстояниях. 2.4. Геологические и инженерно-геологические явления и процессы. После изучения геологического строения, гидрогеологических условий можно предположить, что на данном участке имеют место следующие геологические процессы: просадочность, суффозионный, карстовый процессы и др. а). Суффозией называется процесс вымывания подземными водами частиц породы, чаще всего песка, в результаты чего происходит разрыхление пород и оседание земной поверхности. В породах, содержащих растворимые в воде минералы, наряду с механическим выносом частиц будет иметь место и растворение этих минералов (гипс, соли, карбонаты), что усиливает суффозию. Такая суффозия может быть в лессовых породах, где растворяется карбонатное цементирующее вещество и одновременно выносятся глинистые частицы. Понижения, образующиеся на поверхности земли, называются суффозионным и воронками. Суффозия вызывает неравномерную осадку зданий. Суффозионный процесс особенно активно может проявиться в районе скв. 3-5, также именно на этом отрезке залегают гранулометрически неоднородные породы (суглинки и пески). В данном случае процесс произойдет на контакте двух слоев различных по гранулометрическому составу, пористости и фильтрационным свойствам. Фильтрующаяся вода перенесет из грунта глинистые, пылеватые частицы в более крупные поры песка и трещиноватого известняка, формируя своиобразные прослои, вымывая пустоты. Особенно активна «контактная суффозия», когда соотношение коэффициентов фильтрации смежных пород более 2. Следует также отметить, что в лессовидных грунтах нередко суффозия развивается в самой толще, «лессовый или глинистый карст», порода разрушается, образуются пустоты. Меры, предупреждающие появление суффозии, разнообразны. В одном случае это регулирование поверхностного стока и перехват подземных вод дренажами с целью исключения поступления и передвижения воды в породах. В других случаях, например, в оползневых склонах, с целью вывода подземных вод и предотвращения выноса частиц устраивается поверхностный водоотлив. В третьих – укрепление пород цементацией, силикатизацией и др. способами. б). Карст – процесс растворения горных пород (известняков, доломитов, гипса, мела) поверхностными и подземными водами с образованием пустот и полостей в породах. Этот процесс нередко сопровождается провалами поверхности Земли. Основными причинами образования карста являются следующие:
В данном случае проявление карста возможно в верхних частях (от 2 до 5м) кавернозных известняков (карбонатный карст), так как очень важным условием развития карста является степень водопроницаемости пород. Вода постепенно разрабатывает каверны и трещины в каналы и пещеры. Этот процесс, получивший название коррозии, продолжается до уровня подземных вод. Ниже уровня подземных вод поток движется медленно, карстообразования не происходит. В этой части массива происходит цементация трещин за счет отложения из водного раствора кальцита и других веществ. Процесс карстообразования особенно активно может проявляться между скважинами 3-5, так как водопроницаемость песков, перекрывающих коренные породы, очень высока. Между скважинами 1-3 известняки перекрываются плотными суглинками, водопроницаемость которых намного ниже, и это будет препятствовать свободному водообмену. Одним из профилактических мероприятий при строительстве в карстовых районах является полное прекращение допуска поверхностных и подземных вод к карстующимся породам, что достигается планировкой территории, устройством системы ливнеотводов, гидроизоляцией поверхности земли и др. Фильтрация подземных вод пресекается сооружением дренажных систем. Так же эффективным методом борьбы является упрочнение карстующихся пород, что может быть достигнуто нагнетанием в трещины и мелкие пустоты жидкого стекла, цементного или глинистого раствора, горячего битума и др. При наличии карстовых пустот и полостей производится: искусственное обрушение кровли пород и заполнение пустот раствором глины, песка, щебня, после этого нагнетают цементный раствор. В карстовых районах предусматривают строительство зданий малочувствительных к неравномерным осадкам, фундаменты свайного типа и т.д. (Аналогично вышеприведенному, необходимо описать все основные геологические процессы, которые происходят на заданном участке). 3. Выводы (вариант 1): На основании анализа инженерно-геологических условий территории можно сделать следующие выводы: 3.1. Толща грунтов основания является неоднородной, в её пределах выделяется 4 ИГЭ (инженерно-геологические элементы), залегающие наклонно. Мощности двух не выдержаны по простиранию. Скальный грунт (известняк) имеет неровную поверхность и перекрыт изменяющимися по мощности слоями дисперсных грунтов: Категория сложности – средняя (II). 3.2. Участок расположен в пределах одного геоморфологического элемента, поверхность наклонная, нерасчлененная, 2 класс рельефа: Категория сложности – средняя (II). 3.3. Подземные воды вскрыты всеми скважинами на глубине 13-25м. Водовмещающий породой является известняк. Вскрытая мощность обводненной толщи составляет 6-10,5м. Подземные воды карстовые, отличаются интенсивным движением, непостоянством химического состава, резким изменением водообильности на сравнительно небольших расстояниях: Категория сложности – средняя (II). 3.4. К отрицательным физико-геологическим процессам на участке следует отнести наличие в разрезе лессовидного макропористого суглинка, залегающего в интервале глубины 1,5-6,5м, который обладает просадочными свойствами. Мощность неравномерно-просадочной толщи изменяется от 3,0 до 5м. Верхняя граница зафиксирована на глубине 1,5м, нижняя прослеживается на глубине 4-6м. Учитывая возможность проявления на участке процессов суффозии, карста и т.д., которые могут оказать влияние на выбор проектного решения, строительство и эксплуатацию объекта: Категория сложности – средняя (II). Общий вывод по всем факторам – участок (площадка) средней сложности (II). Выводы и рекомендации (вариант 2, для специальности «Автомобильные дороги и аэродромы»): Участок относится ко II категории сложности инженерно-геологических условий согласно требований обязательного приложения Б-СП 11-105-97: а) 4 ИГЭ в зоне взаимодействия сооружения с окружающей средой; б) значительная степень неоднородности по показателям свойств грунтов, изменяющихся в плане и по глубине; в) залегание аллювиальных и делювиальных грунтов четвертичного возраста на размытой кровле пермских пород; г) наличие карстовых подземных вод4 д) присутствие в разрезе «слабых» грунтов (лессовидный суглинок). Нормативную глубину сезонного промерзания грунтов на основе теплотехнических расчетов рекомендуется принять согласно СНиП 2.02.01-83 – 1,6м (суглинки), 1,9м (пески мелкие). По степени морозной пучинистости – см. пособие к СНиП 2.02.01-83. По сейсмическим свойствам грунтов площадки – см. СНиП 11-7-81. 4. Предполагаемый объект строительства – 9-ти этажное, прямоугольное в плане здание с размерами 36х18м. Уровень ответственности здания – II. Категория сложности инженерно-геологических условий территории – II (см.п.3 настоящего раздела). Фундаменты отдельно стоящие (столбчатые), нагрузка на отдельный фундамент – 2000кН. Глубина заложения подошвы фундамента – -6,0м. 4.1. Наиболее оптимальное место расположение здания – между скважинами 4-5: слои на данном участке залегают практически горизонтально, несущим слоем основания на отм.-6.0м является песок кварцевый мощностью 15-18м, подземные воды залегают ниже подошвы фундамента. 4.2. Согласно указаниям раздела 8, в нашем случае, минимальное расстояние между скважинами должно быть 40м, общее количество скважин должно быть не менее трех, глубина горной выработки от подошвы фундамента (при отсутствии подземных вод в сжимаемой толще) – 7м. Принимая во внимание требования, изложенные на занятии 10, скважины располагаем по контуру здания. Как видно на рисунке, общее количество разведочных выработок (скважин) – 4, глубина скважин – 13м.  II. Построение карты гидроизогипс. Необходимо построить карту гидроизогипс по данным замеров уровня грунтовых вод в 16 скважинах, заложенных в водоносном горизонте в виде квадратной сетки. Расстояние между скважинами 40 метров, масштаб 1:1000. сечение гидроизогипс – 0,5м. Коэффициент фильтрации равен КФ= 24 м/сут.
 По карте гидроизогипс определяем: 1. В каждом квадрате определяем направление (стрелками) движения грунтовых вод. 2. В первом квадрате определяем значение напорного градиента:  3. Определяем скорость фильтрации воды в том же квадрате:  4. Максимальная скорость воды по всей карте:   Минимальная скорость воды по всей карте:   Список использованных источников
Приложение 1 Подразделение глинистых грунтов по числу пластичности Ip Таблица 1.1
Подразделение глинистых групп по числу пластичности Ip и гранулометрическому составу Таблица 1.2
Подразделение глинистых грунтов по показателю текучести IL Таблица 1.3
Продолжение приложения 1 Подразделение крупнообломочных грунтов и песков по коэффициенту водонасыщения Sr Таблица 1.4
Подразделение песков по коэффициенту пористости е (по плотности сложения) Таблица 1.5
Подразделение крупнообломочных грунтов и песков по гранулометрическому сотаву Таблица 1.6
Приложение 2 Расчетные сопротивления R0 (кПа) песчаных грунтов Таблица 2.1
Нормативные значения модуля деформации Е (МПа) песчаных грунтов Таблица 2.2
Продолжение приложения 2 Расчетные сопротивления R0 (кПа) пылевато-глинистых (непросадочных) грунтов Таблица 2.3
Нормативные значения модуля деформации Е (МПа) пылевато-глинистых грунтов Таблица 2.4
Приложение 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||