учебное пособие геология инженерные изыскания. Учебное пособие к практическим и лекционным занятиям для студентов очной и заочной форм обучения всех строительных специальностей
 Скачать 2.75 Mb.
|
|
10.3.2. Сейсморазведка Сейсмическая разведка основана на различии в скорости распространения упругих волн в различных грунтах, так, в песчано- глинистых грунтах эти скорости колеблются в пределах от 500 до 1500 м/с, а в скальных породах достигают нескольких километров в секунду. Вызванные взрывом или ударом упругие волны распространяются во все стороны от источника возбуждения и проникают в толщу коры на большую глубину. Здесь они претерпевают преломление и отражение и частично возвращаются к поверхности земли, где создаваемые ими колебания регистрируются специальной аппаратурой в виде сейсмограммы. Измеряя время распространения волн и изучая характер колебаний, определяют глубину залегания и форму тех геологических границ, на которых произошло преломление или отражение волны, а также судят о составе пород, через которые прошла волна. Сейсморазведка включает два основных метода: метод отраженных волн (МОВ) и метод преломленных волн (МПВ). Рис. 10.5. Принципиальная схема сейсморазведки 93 10.3.3. Георадиолокация Метод основан на свойстве радиоволн отражаться от границ раздела сред с различной диэлектрической проницаемостью. Глубина исследования георадарами достигает до 30. Принцип работы георадара построен на поиске различных аномалий в грунтовом массиве (локальных участков с резко отличающимися характеристиками). Чаще всего применяется для изучения: – определение мощности водного слоя; – определение мощности зоны сезонного промерзания; – карстовых и суффозионных провалов; – погребенных захоронений; подземных выработок. 10.4. Прогнозирование изменения геологической среды В процессе строительства и последующей эксплуатации различных сооружений окружающий массив грунта неизбежно испытывает комплекс дополнительных воздействий различной природы, характера интенсивности и длительности действия. Условно эти воздействия можно отнести к трем группам: 1. Технологические воздействия – воздействия связанные с дополнительными нагрузками и воздействиями, возникающими в процессе производства строительно-монтажных работ. Их параметры в основном зависят от применяемой технологии. К таким воздействиям можно отнести: динамические воздействия на основание при работе механизмов; временное изменение уровня, направлений грунтовых вод и как следствие изменение градиентов фильтрационных потоков в результате строительного водопонижения (активизация карстовых процессов и механической суффозии), возможные локальные изменения напряженно- деформированного состояния грунтов основания вследствие локальных перемещений грунта при производстве скважин, траншей котлованов (устойчивость откосов, промерзание грунтов основания и др.). 2. Геомеханические воздействия это воздействия, связанные с изменением напряженно-деформированного состояния значительной части массива в результате разгрузки его части от устройства котлована и дальнейшей нагрузки от веса построенного сооружения (взаимовлияние зданий и сооружений). Эти нагрузки действуют в период возведения сооружения и их последствия проявляются еще в течении некоторого периода времени после окончания строительства. 3. Экологические воздействия, связанные с техногенным изменением окружающей среды проявляются в течении строительства и эксплуатации, характеризуются существенно большой зоной влияния, но, 94 как правило, меньшей интенсивностью. К ним можно отнести изменение режима подземных вод: изменение химического состава и как следствие активизация химической суффозии, карстовых процессов, агрессивного воздействия подземных вод на строительные материалы, изменение уровня грунтовых вод вследствие застройки территории, т.е. уменьшение области питания грунтовых вод или наоборот увеличении интенсивности питания вследствие утечек из водонесущих коммуникаций (активизация карстовых процессов, суффозии, затопление подвалов, воздействия на строительные материалы). Для прогноза поведения грунтов основания зданий и сооружений во время эксплуатации необходимо дать оценку влияния неблагоприятных инженерно-геологических процессов и комплекса вышеприведенных дополнительных воздействий на условия их работы. Кроме этого необходимо прогнозировать возможность изменения геологической среды под влиянием строительства и эксплуатации сооружений, негативно влияющих на геологическую обстановку застроенной территории. 10.5. Инженерно-геологические отчеты и заключения Итогом инженерно-геологических исследований, их заключительным звеном является инженерно-геологический отчет. В состав отчета обычно входит четыре части: общая, специальная, графические приложения и инженерно-геологическая записка. Общая часть отчета начинается с введения, в котором указываются цели и задачи исследований, состав, объем и характеристика выполненных работ, состав исполнителей и сроки работ. Далее приводится описание гидрографии, климата, дается характеристика рельефу, климатическим особенностям (температура, осадки, промерзание грунтов, направление ветров). В главе «Геология района» приводится весь материал по геологическому строению, тектонике, в главе «Гидрогеология» описываются подземные воды, условия их питания, состав, агрессивность, фильтрационные свойства пород и др. Далее детально описываются природные геологические явления и инженерно-геологические процессы, которые могут повлиять на строительство и эксплуатацию сооружения. Специальная часть отчетов содержит методику исследований, физико-механические свойства грунтов, инженерно-геологические условия строительства. В конце отчета дается заключение с основными выводами по всем разделам. К отчету прилагают различный графический материал (карты, разрезы, колонки разведочных выработок). 95 В практике инженерно-геологических исследований очень часто вместо больших отчетов приходится составлять инженерно-геологические заключения. Выделяется три вида заключений: 1) по условиям строительства объекта; 2) о причинах деформаций зданий и сооружений; 3) экспертиза. В первом случае заключение носит характер сокращенного заключения и может быть выполнено для строительства отдельного здания. Заключения о причинах деформаций зданий и сооружений могут иметь различное содержание и объем. Заключение должно вскрыть причины деформаций и наметить пути их устранения. Экспертиза силами крупных специалистов устанавливает: правильность приемов исследований, достаточность объемов работ, правомерность выводов и рекомендаций и т.д. 10.6. Контрольные задания по теме «Инженерно-геологические и инженерно-геотехнические изыскания» В шурфе, пройденном в контуре будущего сооружения, выполнялись испытания грунтов статическими нагрузками на штамп площадью 0,5 м 2 При этом фиксировалась осадка штампа S (мм) и среднее давление p под подошвой штампа (МПа). Постройте график зависимости S=f(p) и по нему определите модуль деформации грунтов Е (МПа) [2]. Варианты заданий представлены в табл.10.3. Таблица 10.3 N вари анта Наиме- нование грунта Глубина установки штампа Н, м Осадка штампа S, мм, при очередной ступени нагружения удельным давлением p, МПа 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 пески 2,3 0,15 0,60 1,20 1,05 1,50 2,45 3,50 3,50 2 пески 2,5 0,20 0,50 0,70 0,60 0,75 1,20 1,70 1,30 3 пески 4,4 0,20 0,60 0,70 0,60 0,75 1,10 1,40 1,90 4 пески 4,9 1,15 1,40 1,50 2,05 2,10 1,80 2,00 3,50 5 пески 5,0 0,65 0,60 1,20 1,30 1,40 2,50 3,80 4,25 6 пески 7,3 0,20 0,55 0,80 0,75 0,75 1,00 1,55 1,40 7 пески 9,7 0,15 0,70 0,60 0,75 1,20 1,70 1,90 3,20 8 суглинки 7,5 0,05 0,15 0,05 0,20 0,35 0,65 0,80 1,00 9 супеси 13,0 0,10 0,50 0,70 0,80 1,15 1,50 1,65 1,70 10 глины 12,0 0,30 0,50 0,35 0,40 0,45 0,70 0,75 0,80 11 суглинки 5 0,20 0,40 0,6 0,70 0,8 1,10 1,20 1,50 12 супеси 6 0,35 0,60 0,90 1,05 1,50 1,90 2,10 2,50 13 пески 7 0,6 0,80 1,25 1,35 1,70 2,00 2,80 3,05 14 пески 8 0,55 1,30 1,55 2,05 2,20 2,45 2,85 3,30 15 глины 9 0,35 0,45 0,55 0,65 0,75 0,80 0,85 0,95 16 пески 2,5 0,25 0,3 0,45 0,6 0,8 0,85 0,9 1,3 17 суглинки 3 0,55 0,60 1,15 1,35 1,40 2,50 3,80 4,25 96 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 18 супеси 3,5 0,20 0,5 0,66 0,75 0,85 1,00 1,55 1,70 19 глины 4 0,25 0,55 0,65 0,70 0,75 1,20 1,70 1,80 20 суглинки 4,2 0,20 0,40 0,55 0,75 0,9 1,10 1,40 1,90 Коэффициент Пуассона принимают равным: для песков и супесей =0,30; для суглинков =0,35; для глин =0,42. Плотность всех грунтов = 2 10 3 кг/м 3 . Пример расчета При испытании суглинков на глубине 2,5 м получены следующие результаты: Удельное давление на штамп р, МПа 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 Приращение осадки штампа S, мм 0,95 1,70 1,70 1,95 3,75 6,90 Полная осадка штампа S, мм 0,95 2,65 4,35 6,30 10,05 16,95 Удвоенное приращение осадки штампа, 2 S, мм 1,9 3,4 3,4 3,9 7,5 13,8 Построим график зависимости осадки от удельного давления S=f(p): Далее вычисляем значение модуля деформаций по формуле , 1 2 s p d k Е (10.1) где k – безразмерный коэффициент, зависящий от материала штампа и его формы, принимаем для круглых штампов равным 0,8; d – диаметр штампа; – коэффициент Пуассона; p – приращение среднего давления по подошве штампа; s – приращение осадки штампа при изменении давления на p. Значение p определяют графически в пределах условно прямолинейного участка графика. Началом участка является точка на 97 графике, соответствующая природному давлению. За конечные значения р к и S к – значения р i и S i , соответствующие четвертой точке графика на прямолинейном участке. Если при давлении р i приращение осадки будет вдвое больше, чем для предыдущей ступени давления р i-1 , а при последующей ступени давления р i+1 приращение осадки будет равно или больше приращения осадки при р i , за конечные значения р к и S к следует принимать р i-1 и S i-1 . При этом количество включаемых в осреднение точек должно быть не менее трех. В противном случае при испытании грунта необходимо применять меньшие ступени давления. Для вычисления p на графике находим опытную точку 1, соответствующую полной осадке штампа при природном давлении грунта p пр на глубине установки штампа Н. Точка 1. p 1 = p пр = = 20(кН/м 3 ) 2,5 (м) = 50 кПа = 0,05 МПа => s 1 = 0,95 мм. Затем обозначают на графике следующие точки: 2, 3, 4, 5, 6, полученные при последующих ступенях нагружения. Точка 4 соответствует давлению 0,2 МПа (см. таблицу). Точка 4. p 4 = 0,2МПа => s 4 = 6,3мм. Поскольку приращение осадки штампа при давлении 0,2 МПа не превышает двойного приращения осадки за предыдущую ступень нагружения (0,15МПа): Δs 4 = 1,95 < 2Δs 3 = 3,4 мм, за конечное давление р к можно принять 0,2 МПа. Следовательно, p = р 4 – р 1 =0,2–0,05 = 0,15 МПа и s = s 4 – s 1 = 6,3–0,95 =5,35 мм. Отсюда модуль деформаций: 35 , 5 15 , 0 35 , 0 1 8 , 0 8 , 0 2 Е 15,8 МПа. 98 11. РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА на тему: «Анализ инженерно-геологических условий территории, оценка перспективности её застройки. Построение карты гидроизогипс» Указания к оформлению работы Расчетно-графическая работа должна содержать пояснительную записку на стандартных листах бумаги формата 210 х 297 мм и приложения в виде графической части. Текст следует писать от руки на одной стороне листа чернилами аккуратно, разборчиво. Перечеркивание и исправление написанного текста недопустимо. Пояснительная записка должна включать: титульный лист, задание к построению разреза, содержание, введение и текст записки. Список использованной литературы, включая методические указания, по которой выполнялась работа, помещают в конце записки. Построение инженерно-геологического разреза производится на миллиметровке формата А3, карта гидроизогипс и план расположения разведочных выработок относительно будущего сооружения – на миллиметровках формата А4. Приложения должны быть вложены в записку после списка литературы и обозначены (Приложение 1, Приложение 2 и т.д.). Листы записки должны иметь сквозную нумерацию и быть сброшюрованы. На обложке расчетно-пояснительной записки указывают: название вуза, кафедры, наименование работы, факультет, курс, фамилию, инициалы студента и номер варианта задания. Рамки страниц, основные надписи должны соответствовать ГОСТ Р 21.1101-2013 «Основные требования к проектной и рабочей документации». Содержание расчетно-графической работы I. Анализ инженерно-геологических условий территории, оценка перспективности её застройки. 1. Построение (составление) инженерно-геологического разреза по данным бурения скважин (указания к построению разреза – см. раздел 6). 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 подземные воды, условия их залегания, питание, водообильность горизонтов, приуроченность к определенным стратиграфическим и петрографическим горизонтам, 99 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 6); 4. Получив представление об особенностях инженерно- геологических условий территории, необходимо: а) выявить наиболее перспективный участок расположения объекта строительства, условно показать проектируемое здание на разрезе; б) определить объем дополнительных инженерно-геологических изысканий с целью получения недостающих исходных данных для проектирования (указания к выполнению – см. раздел 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 скважин и шурфов относительно будущего сооружения. в) определить нормативную глубину сезонного промерзания грунтов по СП 22.13330.2011 (см. указания раздела 9.7). 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 (указания к построению карты гидроизогипс – см. раздел8).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. 100 Пример выполнения расчетно-графической работы Задание к построению инженерно-геологического разреза приведено в табл. 11.1. Масштаб: вертикальный – 1:500, горизонтальный – 1:1000. Расстояние между скважинами – 50м. Таблица 11.1 № слоя Геолог. индекс Описание пород Мощность слоя, м 1 2 3 4 Скважина №1 Абсолютная отметка устья скважины – 130,5 м 1 Q 4 Почвенно-растительный слой 0,5 2 Q 4 Подпочвенный суглинок 1,0 3 dQ 2 Суглинок лессовидный, палевый, макропористый, известковистый 4,5 4 aQ 1 Суглинок коричневый, плотный, влажный, со щебенкой известняка в основании 6,0 5 Р 2 Известняк серый, сильно кавернозный 12,0 Уровень подземных вод – 118 м Скважина №2 Абсолютная отметка устья скважины – 120,5 м 1 Q 4 Почвенно-растительный слой 0,5 2 Q 4 Подпочвенный суглинок 1,0 3 dQ 2 Суглинок лессовидный, палевый, макропористый, известковистый 4,0 4 aQ 1 Суглинок коричневый, плотный, влажный, со щебенкой известняка в основании 9,0 5 Р 2 Известняк 12,5 Уровень подземных вод – 104 м Скважина №3 Абсолютная отметка устья скважины – 115,5 м 1 Q 4 Почвенно-растительный слой 0,5 2 Q 4 Подпочвенный суглинок 1,0 3 dQ 2 Суглинок лессовидный, палевый, макропористый, известковистый 5,0 4 aQ 1 Суглинок коричневый, плотный, влажный, со щебенкой известняка в основании 11,0 5 Р 2 Известняк серый, кавернозный 11,5 Уровень подземных вод – 95 м Скважина №4 Абсолютная отметка устья скважины – 110,5 м 1 Q 4 Почвенно-растительный слой 0,5 2 Q 4 Подпочвенный суглинок 1,0 3 dQ 2 Суглинок лессовидный, палевый, макропористый, известковистый 4,0 4 aQ 1 Песок светло-коричневый, преимущественно кварцевый, с прослоями супесей и суглинков 15,0 5 Р 2 Известняк 11,5 Уровень подземных вод – 87,5 м Скважина №5 Абсолютная отметка устья скважины – 110,5 м 1 Q 4 Почвенно-растительный слой 0,5 2 Q 4 Подпочвенный суглинок 1,0 3 dQ 2 Суглинок лессовидный, палевый, макропористый, известковистый 3,0 4 aQ 1 Песок светло-коричневый, преимущественно-кварцевый, с прослоями супесей и суглинков 18,0 5 Р 2 Известняк 12,5 Уровень подземных вод – 86 м |