учебное пособие геология инженерные изыскания. Учебное пособие к практическим и лекционным занятиям для студентов очной и заочной форм обучения всех строительных специальностей

• Название: Учебное пособие к практическим и лекционным занятиям для студентов очной и заочной форм обучения всех строительных специальностей
• Анкор: учебное пособие геология инженерные изыскания
• Дата: 11.02.2020
• Размер: 2.75 Mb.
• Имя файла: GEOLOGIYA.-UCHEBNOE-POSOBIE.pdf
• Тип: Учебное пособие; #108080
• страница: 12 из 16

I. Анализ инженерно-геологических условий территории, оценка
перспективности её застройки
1. Построение инженерно-геологического разреза по данным бурения пяти скважин.
2. Анализ инженерно-геологических условий участка.
2.1. Геоморфология территории.
В геоморфологическом отношении участок находится в краевой части третьей надпойменной террасы реки 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 пяти скважин глубиной
24-35м представлен делювиальными и аллювиальными четвертичными отложениями. Делювиальный суглинок (dQ
2
) среднечетвертичного возраста (скв.1-5) лессовидный, макропористый, ниже по разрезу аллювиальный суглинок (aQ
1
) 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 (dQ
2
).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.

102

103
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 0,2 МПа может достигать 20%. Делювиальные грунты размокают в воде, особенно если их естественная влажность невысока. Угол сдвига 2-3 0
, но у некоторых разновидностей может достигать 45 0
. 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 выемке 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

104 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 суффозионными 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 своеобразные прослои, вымывая пустоты. Особенно активна «контактная суффозия», когда соотношение коэффициентов фильтрации смежных пород более двух.
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 другими 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.

105
Основными причинами образования карста являются следующие:
1. Породы, относительно легко растворяемые в воде.
2. Высокая водопроницаемость (трещиноватость) пород.
3. Наличие свободного водообмена.
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 «коррозия», 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. 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:
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

106 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, второй 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. Учитывается 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).
4. Предполагаемый объект строительства – 9 этажное, прямоугольное в плане здание с размерами 36 х 18 м. Категория сложности инженерно-геологических условий территории – II (см.п.3 настоящего раздела). Фундаменты отдельно стоящие (столбчатые), нагрузка на отдельный фундамент – 2000 кН. Глубина заложения подошвы фундамента – 6,0 м.
4.1. Наиболее оптимальное место расположения здания между скважинами 4-5: слои на данном участке залегают практически горизонтально, несущим слоем основания на отм. -6.0 м является песок кварцевый мощностью 15-18м, подземные воды залегают ниже подошвы фундамента.
4.2. Согласно указаниям раздела 10, в нашем случае минимальное расстояние между скважинами должно быть не более 50м, общее количество скважин должно быть не менее трех, глубина горной выработки от подошвы фундамента (при отсутствии подземных вод в сжимаемой толще) – 7 м. Принимая во внимание требования, изложенные

107 в разделе 10, скважины располагаем по контуру здания. Как видно на рисунке 11.2, общее количество разведочных выработок (скважин) – 3, глубина скважин – 13м.
Нормативная глубина сезонного промерзания грунтов (грунт – суглинок лессовидный):
,
44
,
1 9
,
38 23
,
0 0
м
м
M
d
d
t
fn



где M
t
= 38,9 – сумма абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму для г. Казани (по СП 131.13330.2012
«Строительная климатология»);
d
0
= 0,23 м (для суглинков), см. раздел 9.7.
Рис. 11.2. План расположения разведочных выработок
II. Построение карты гидроизогипс
Необходимо построить карту гидроизогипс по данным замеров уровня грунтовых вод в 16 скважинах (табл. 11.2), заложенных в водоносном горизонте в виде квадратной сетки. Расстояние между скважинами 40 метров, масштаб 1:1000, сечение гидроизогипс – 0,5 м.
Коэффициент фильтрации равен К
Ф
= 24 м/сут.
Таблица 11.2
№ скважины
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10 11 12 13 14 15 16 абсолютная отметка уровня воды, м
3,7 3,2 3,0 2,7 3,0 2,4 1,8 1,2 3,5 3,0 2,5 1,8 4,1 3,6 3,0 2,5

108
Рис. 11.3. Карта гидроизогипс
По карте гидроизогипс (рис. 11.3) определяем:
1) в каждом квадрате направление (стрелками) движения грунтовых вод;
2) в первом квадрате значение напорного градиента:
026
,
0 3
,
19 0
,
3 5
,
3 1
2





L
h
h
I
;
3) скорость фильтрации воды в том же квадрате:
сут
м
K
I
V
Ф
/
624
,
0 24 026
,
0





;
4) максимальную скорость воды по всей карте:
сут
м
K
I
V
Ф
/
08
,
1 24 045
,
0
max max





;
045
,
0 1
,
11 5
,
1 0
,
2
min
1 2
max





L
h
h
I
;
5) минимальную скорость воды по всей карте:
сут
м
K
I
V
Ф
/
36
,
0 24 015
,
0
min min





;
015
,
0 3
,
33 5
,
2 0
,
3
max
1 2
min





L
h
h
I

109
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Ананьев В.П., Потапов А.Д. Инженерная геология. - М.: Высшая школа, 2005. – 511с.
2. Чернышев С.Н., Чумаченко А.Н., Ревелис И.Л. Задачи и упражнения по инженерной геологии. - М.: Высшая школа, 2001.
3. ГОСТ 25100-2011
Грунты. Классификация / Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии – М.:
Стандартинформ. 2013. – 42с.
4. ГОСТ 20276-2012 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости / Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии – М.: Стандартинформ. 2013.
– 49с.
5. СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений / Минрегион
России. – М.:НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, 2011. – 164с.
6. СП 11-105-97
Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть I. Общие правила производства работ / ПНИИИС
Госстроя России. – М.: 2004. – 47с.
7. СП 47.13330.2012 Инженерные изыскания для строительства.
Основные положения / Минрегион России. – М.: 2012. – 115с.

110
Приложение 1
ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ
Самородные элементы
Сера S встречается в виде кристаллов пирамидального облика в виде включений и порошкообразных масс.
Цвет – желтый, лимонно-желтый.
Блеск – стеклянный, жирный, на свежих поверхностях – алмазный.
Спайность – несовершенная, излом раковистый, землистый.
Твердость – 2.
Уд. вес – 2.
Диагностические признаки. Отличается по цвету, малой твердости, хрупкости и жирному блеску на изломе.
Происхождение – при вулканических извержениях, осадочное.
Применение серы многообразно: в производстве серной кислоты и разных химических веществ; употребляется в резиновой промышленности; в кожевенной и спичечной производствах и в производстве красок; в сельском хозяйстве.
Сульфиды
Пирит (серый или железный колчедан)
2
FeS
Кристаллы – кубики со штриховкой на гранях, а также –
двенадцатигранники.
Агрегаты – плотные, зернистые массы (мелко-, средне- и крупнозернистые), гроздевидные, почковидные, также вкрапления в породе.
Цвет – латунно-желтый, соломенно-желтый, черта– зеленовато- черная.
Блеск – металлический.
Спайность – несовершенная, излом – раковистый и неровный.
Твердость – 6, удельный вес – 4,9 ÷ 5,2.
Диагностические признаки. Для пирита характерны штриховатые кристаллы – кубы, редко – октаэдры, светло-латунный цвет и черная черта, высокая твердость (царапает стекло), металлический блеск.
Происхождение – магматическое и осадочное.
Применение – для получения серной кислоты.
Инженерно-геологическая характеристика. Присутствие пирита в основании инженерных сооружений нежелательно, так как он увеличивает агрессивные свойства подземных вод.

111
Окислы и гидроокислы
1. Кварц
2
SiO
Кристаллы – шестигранные призмы, увенчанные пирамидой, с отчетливо выраженной горизонтальной штриховкой на гранях. Величина кристаллов различна, начиная от почти микроскопических и до весьма крупных размеров (около метра и более).
Агрегаты – зернистые, плотные и друзы.
Цвет – бесцветный, белый, серый, желтый, красный, голубой, фиолетовый, бурый, черный; черту не дает.
Разновидности кварца по цвету: 1) горный хрусталь – бесцветный, прозрачный; 2) аметист – фиолетовый; 3) цитрин – желтый; 4) раухтопаз – дымчатый; 5) морион – черный; 6) обыкновенный кварц – белый или серый, от примесей железа окрашен часто в желтоватые тона. Обычно является непрозрачным или полупрозрачным.
Блеск – стеклянный, жирноватый.
Спайность – несовершенная, излом – раковистый.
Твердость – 7, удельный вес – 2,6.
Диагностические признаки. Кристаллы кварца чрезвычайно характерны своей формой шестигранной призмы, увенчанной пирамидой.
Кварц в плотных агрегатах легко узнается по полному отсутствию спайности, раковистому излому, округлости, как бы оплавленности в изломе.
Происхождение: магматическое, гидротермальное, метаморфическое, экзогенное.
Применение:
1. Прозрачные, красиво окрашенные разновидности применяются в качестве поделочных камней для украшений.
2. Бесцветные горные хрустали употребляются для изготовления оптических приборов.
3. В точной механике.
4. В радиотехнике для изготовления пьезокварцевых пластинок, как стабилизаторов радиоволн, резонаторов и т.д.
5. Из плавленого кварца изготовляется химическая посуда, отличающаяся огнеупорностью и кислотоупорностью, а также кварцевые лампы, применяющиеся в медицине для лечения ультрафиолетовым светом.
6. В стекольно-керамической промышленности для варки стекла и выделки фарфора и фаянса применяются чистые маложелезистые кварцевые пески.

112 7. Применяются для производства карборунда


SiC
, обладающего высокой твердостью (выше, чем у корунда) и применяемого в качестве первоклассного абразивного материала.
8. Тонкие кварцевые пески применяются в пескоструйных аппаратах для полировки поверхностей металлических и каменных изделий, а также для распиловки горных пород и ряда других целей.
Инженерно-геологическая характеристика: кварц имеет высокую механическую прочность, небольшую сжимаемость, нерастворим в воде, стойкий против выветривания. Породы, состоящие из кварца (например, кварцит) хорошее основание инженерных сооружений.