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.
|
|
5.6. Контрольные задания по теме «Физические свойства и классификация грунтов» I. Контрольные вопросы. 1. От каких факторов зависит плотность грунта, каким методом можно её определить? В чем суть метода? 2. Что называют влажностью грунта и как она определяется? 38 3. Как определяется влажность на границе раскатывания? 4. Как определяется влажность на границе текучести? 5. Что называют числом пластичности и для чего он используется? 6. Что называют показателем текучести и для чего он используется? 7. Что характеризует степень водонасыщения грунта, и в каких пределах она изменяется? 8. Что называют плотностью сухого грунта? Как вычисляется? 9. Что называют пористостью грунта? Как вычисляется? 10. Что называют коэффициентом пористости грунта? Как вычисляется? II. Задача №5.1. Необходимо классифицировать грунт с заданными физическими характеристиками (табл. 5.1) по ГОСТ 25100-2011 «Грунты. Классификация» и произвести нормирование грунтов по СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений». Для несвязных грунтов определяются: – разновидность по гранулометрическому составу (табл. Б.9 [3] или табл. 5.6 прил. 5 данного учебного пособия); – разновидность по плотности сложения (табл. Б.12 [3] или табл. 5.5 прил. 5 данного учебного пособия); – разновидность по степени водонасыщения (по Sr) (табл. Б.11 [3] или табл. 5.4 прил. 5 данного учебного пособия); – расчетное сопротивление грунта R 0 (прил. В [5] или табл. 5.7 прил. 5 данного учебного пособия); – модуль деформаций грунта Е (прил. Б [5] или табл. 5.8 прил. 5 данного учебного пособия). Для глинистых грунтов определяются: – разновидность по числу пластичности Ip (табл. Б.16 [3] или табл. 5.1 прил. 5 данного учебного пособия); – разновидность по гранулометрическому составу и числу пластичности Ip (табл. Б.17 [3] или табл. 5.2 прил. 5 данного учебного пособия); – разновидность по показателю текучести I I (табл. Б.19 [3] или табл. 5.3 прил. 5 данного учебного пособия); – расчетное сопротивление грунта R 0 (прил. В [5] или табл. 5.9 прил. 5 данного учебного пособия); – модуль деформаций грунта Е (прил. Б [5] или табл. 5.10 прил. 5 данного учебного пособия). 39 Т аб ли ца 5. 1 40 Пример решения: Дано: Содержание песчаных частиц (размер фракции грунта от 2 до 0,5 мм) ≥ 50. Число пластичности I p = 2. Показатель текучести I L = 0,5. Коэффициент пористости е = 0,7. Требуется: Произвести классификацию и нормирование грунтов. Ответ: данный грунт – супесь песчанистая, пластичная, с расчетным сопротивлением R 0 = 225 кПа и модулем деформации Е = 13 МПа. 6. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ КАРТЫ И РАЗРЕЗЫ Геологическая карта представляет собой проекцию на горизонтальную плоскость выходов различных по возрасту и составу пластов [1]. Соответствующие геологические комплексы наносятся на обычные топографические карты и выделяют определенными условными обозначениями. Карты по характеру отражаемых комплексов делятся на следующие типы: – геологические, на которые наносят выходы пластов различного возраста; – литологические, отражающие выход на поверхность пластов разного петрографического типа (песков, глин, гранитов и т.д.); – геолого-литологические, дающие представление о возрасте и составе пород, слагающих поверхность. При построении геологических карт четвертичные отложения, как правило, не наносятся, так как они маскируют коренные породы. Четвертичные осадки сохраняются лишь в речных долинах и на некоторых участках. Четвертичные породы, слагающие поверхность, наносятся на карты четвертичных отложений. Помимо перечисленных типов карт для различных целей составляются так называемые специальные карты: – карты строительных материалов, дающие представления о распространении на поверхности горных пород, пригодных для использования в качестве естественных строительных материалов и сырья для промышленности стройматериалов; – инженерно-геологические карты, отражающие геологические условия возведения сооружений; – гидрогеологические карты, дающие представление о характере залегания подземных вод. 41 Каждая инженерно-геологическая карта – понятие собирательное и состоит из собственно карты, условных обозначений, геологических разрезов и пояснительной записки. Инженерно-геологические карты бывают трех видов: 1) инженерно-геологических условий, 2) инженерно- геологического районирования и 3) инженерно-геологические карты специального назначения. Карта инженерно-геологических условий содержит информацию с расчетом на удовлетворение всех видов наземного строительства. Ее используют для общей оценки природных условий местности, где будет осуществлено строительство. Карта инженерно-геологического районирования отражает разделение территории на части (регионы, области, районы и т.д.) в зависимости от общности их инженерно-геологических явлений. Карты специального назначения составляют применительно к конкретным видам строительства или сооружения. Они содержат оценку инженерно-геологических условий территории строительства и прогноз инженерно-геологических явлений. При составлении геологической карты главная задача – проведение на карте граничных линий выходов пластов на горизонтальную поверхность. При их построении используют полевые данные о характере залегания пластов в обнажениях, анализ общих геологических условий района, а также определенные правила построения проекций. Если пласты залегают горизонтально, то на карте их граничные линии параллельны горизонталям (рис. 6.1а). Рис. 6.1. Изображение на картах выходов пластов: а – горизонтальных; б – вертикальных; в – наклонных; г – выход на поверхность синклинали Граничные линии пластов, имеющих угол падения 90 о (т.е. вертикально падающих), будут представлены прямыми линиями, 42 пересекающими карту в направлении простирания пластов (рис. 6.1б). Если на поверхность земли выходят наклонно падающие пласты, то их выходы будут образовывать криволинейные линии, находящиеся под разными углами к горизонталям (рис. 6.1в). Получающиеся граничные линии будут пересекать горизонтали. На участках положений рельефа они будут отклоняться в направлении падения пород, а на возвышениях – в направлении, противоположном падению. Чем больше угол падения пород, тем меньше граничные линии отклоняются от прямой. По геологической карте с горизонталями можно легко определить элементы залегания наклонно падающих пластов, их мощность и рассчитать глубину залегания в любой точке местности. Складчатые дислокации пластов на карте образуют сложный рисунок, зависящий от степени расчлененности рельефа. Возможно образование нескольких изолированных участков либо одного сложного зигзагообразного выхода. Синклинали и антиклинали образуют на плоской поверхности замкнутые эллипсовидные выходы (рис.6.1г). Геологические разрезы представляют собой проекцию геологических структур на вертикальную плоскость. Они позволяют выявить геологическое строение местности на глубине. На геологическом разрезе показывают возраст, состав, свойства, мощность слоев, условия залегания и взаимоотношения пород, рельеф, гидрогеологические условия и проявления физико-геологических процессов (оползни, карст и т.д.). Геологические разрезы строятся по определенным линиям на основании использования следующих данных: 1. На материале послойного описания естественных обнажений горных пород, например, в оврагах, бортах речных долин; 2. На материале послойного описания горных пород, вскрытых расчистками, колодцами, скважинами (в задании приведены исходные данные, построить разрез по ним); 3. На основании геологической карты. Порядок построения геологического профиля на основании послойного описания горных пород в скважинах таков: на миллиметровой бумаге, с учетом заданного в варианте масштаба, с левой стороны листа строится вертикальная шкала абсолютных отметок. Предел колебаний их значений определяется в каждом конкретном случае исходя из заданных в варианте величин абсолютных отметок устья скважин. Наносится на шкалу округленная до кратной 5 или 10, наивысшая отметка, вниз от нее в масштабе откладываются последовательно другие, с меньшими значениями через 5 или 10 м. После построения шкалы абсолютных отметок наносят альтитуды устья скважин (абсолютные отметки точек пересечения скважин с земной поверхностью), которые при соединении их плавной линией дают рельеф поверхности земли на рассматриваемом 43 участке. Первая скважина наносится произвольно на любом расстоянии от шкалы абсолютных отметок, остальные располагаются от нее в соответствии с заданным горизонтальным масштабом (при масштабе 1:1000 и расстоянии между скважинами 50 м через 5 см). Отложив абсолютные отметки устья скважин и получив рельеф поверхности земли, приступают к построению геологического разреза. Последовательно в каждой из скважин от абсолютной отметки ее устья, которая принимается за 0, откладывают мощности слоев вскрытых скважиной. Каждый последующий слой откладывается от предыдущего и зарисовывается условным знаком, данным в приложении. Слои одинакового или близкого состава и одного возраста соединяются от скважины к скважине плавными линиями. Возраст слоев дан в индексах общепринятой номенклатуры. (Q 4 – современные, Q 3 - верхнечетвертичные, Q 2 - среднечетвертичные, Q 1 - нижнечетвертичные, N – неогеновые, I – юрские, Р 2 – казанские отложения перми, С – каменноугольные, Д – девонские, Р 2z – протерозойские). Слои, имеющиеся не во всех скважинах, выклинивают, сводят на нет на половине расстояния между скважинами. Слои одного возраста и близкие по составу, но несколько отличающиеся (скажем, песок глинистый и супесь), вырисовываются как один слой, но на средине расстояния между скважинами, где наблюдаются изменения, показывается замещение одних пород другими «гармошкой». После отложения слоев сбоку у вертикальной шкалы или при достаточной мощности (толще) слоев внутри их индексами показывается их возраст. Уровень поверхности грунтовых вод (УГВ) или уровень вечной мерзлоты (УВМ) даются в задании в абсолютных отметках. Эти толщи по вертикальной шкале откладываются в каждой скважине и соединяются плавной линией, для контраста желательно другого цвета, и получают линию поверхности, которая будет проходить внутри горных пород. Также в абсолютных отметках могут быть даны линзы льда, карстовые воронки и др., которые соответственно и наносят на геологический разрез. Следующим этапом работы является оформление надписей. Сверху над чертежом пишут «Инженерно-геологический разрез по скважинам» и указываются масштабы горизонтальный и вертикальный. Непосредственно под чертежом указывают номера скважин, расстояние между ними и абсолютные отметки их устья. Внизу под разрезом или сбоку приводятся условные обозначения пород. В правом нижнем углу листа указываются фамилия, инициалы исполнителя и номер группы. На обратной стороне листа дается краткое заключение о возможностях строительства, исходя из рельефа местности, состава и мощностей пород, гидрогеологических условий и наличия физико- геологических процессов. 44 В частности, при наличии вечной мерзлоты предлагается один из вариантов строительства зданий и сооружений или с сохранением вечно- мерзлотного состояния грунтов (использование свай, вентиляционных устройств и т.д.), или с предварительным искусственным протаиванием грунтов, или в случае прочных скальных пород строительство рекомендуется вести как на немерзлых грунтах и т.д. Таким образом, работа над инженерно-геологическим профилем сводится вкратце к следующим операциям: 1. Строят слева на листе миллиметровой бумаги шкалу абсолютных отметок. 2. Наносят в масштабе по шкале в горизонтальной плоскости абсолютные отметки устья скважин. 3. Соединяя их, получают рельеф местности. 4. Принимая за абсолютную отметку абсолютную отметку скважины, от этой точки вниз откладывают мощности (толщину) слоев. 5. Одинаковые слои в разных скважинах соединяются плавными линиями, слои, присутствующие в одной скважине и отсутствующие в другой, сводятся на нет на половине расстояния между скважинами. 6. Наносится уровень грунтовых вод или уровень вечной мерзлоты. 7. Разрез оформляется надписями. Геологические карты представляют собой проекцию геологических структур на горизонтальную плоскость. По этим картам можно судить о площади распространения тех или иных пород, условиях залегания, дислокациях и т.д. Главная задача – проведение на карте граничных линий выходов пластов на горизонтальную поверхность. При их построении используют полевые данные о характере и форме залегания пластов в обнажениях, анализ общих геологических условий района, а также определенные правила построения проекций. 7. ГЕОМОРФОЛОГИЯ Наука, которая занимается изучением рельефа земной поверхности, его происхождением и развитием, называется геоморфологией [1]. Рельеф – это совокупность всех форм земной поверхности – возвышений, равнин и углублений. Эти «неровности» на поверхности Земли весьма динамичны, находятся в состоянии непрерывного изменения и превращения. В процессе этих изменений уничтожаются старые и возникают новые формы рельефа. Все это происходит в результате воздействия на земную поверхность сил, возникающих при проявлении эндогенных и экзогенных процессов на Земле. Рельеф оказывает большое влияние на размещение, характер и устойчивость промышленных и гражданских зданий и сооружений, не говоря уж о трассировании дорог, прокладке оросительных 45 и судоходных каналов, строительстве плотин, ГЭС, проходке горных выработок и т.д. Чтобы правильно оценить влияние рельефа на строительные объекты инженер-строитель должен знать основные положения науки о рельефе – геоморфологии. Происхождение форм рельефа. По своему происхождению формы рельефа подразделяют в зависимости от преобладающего фактора – силы, вызвавшей образование данной формы: формы рельефа, обусловленные деятельностью эндогенных сил, т.е. тектоникой земной коры; формы рельефа, обусловленные деятельностью экзогенных сил на поверхности земли. Экзогенные формы рельефа связаны с процессами выветривания. Эти формы разделяют на эрозионные, вызванные деятельностью текучих вод, и аккумулятивные, например, речные (аллювиальные) наносы, ветровые (эоловые), ледниковые и т.д. Формы рельефа. Различают две группы форм рельефа: положительные – выпуклые по отношению к плоскости горизонта, и отрицательные – вогнутые. Самыми крупными являются тектонические формы рельефа (горные хребты, равнины, морские понижения, т.е. все, что образует основной и постоянный облик рельефа земной поверхности). Эрозионные (речные долины, овраги и пр.) и аккумулятивные (речные террасы, дюны, барханы и т.д.) формы имеют значительно меньшие размеры и непостоянны во времени. К положительным формам рельефа относят: нагорье, горный хребет, гора, плоскогорье, плато, гряда, увал, холм, курган, бугор, конус выноса. Отрицательными формами являются: котловина, долина, балка, овраг, промоина, лощина или ложбина стока. По своим размерам формы рельефа могут быть весьма разнообразны – от нескольких см до десятков и сотен тысяч км 2 Типы рельефа. Формы рельефа на каждой территории встречаются в определенных сочетаниях, что придает ей своеобразный облик. Если они повторяются на местности и находятся в закономерных связях друг с другом и окружающей средой, то мы имеем не отдельные формы рельефа, а их комплексы или типы, т.е. определенные сочетания форм рельефа, закономерно повторяющихся на обширных пространствах поверхности земной коры, имеющих сходные происхождение, геологическое строение и историю развития. Имеется три типа рельефа: равнинный, холмистый и горный. Холмистый рельеф представляет собой переходный тип между равнинным и горным рельефом. Это холмы с относительными высотами не более 200 м и понижениями между ними в виде ложбин и котловин. Равнина – это тип рельефа, который отличается малыми колебаниями высот, не выходящими за пределы 200 м. Горный рельеф представляет собой крупные с относительной высотой более 200 м возвышенности (горы, хребты) и понижения (долины, впадины, котловины). 46 8. ГИДРОГЕОЛОГИЯ Воды, находящиеся в верхней части земной коры, носят название подземных вод [1]. 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 работ в условиях притока подземных вод, затапливающих котлованы, 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. Строители должны изучать подземные воды и использовать их в производственных целях, уметь бороться с ними при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений. С наличием или отсутствием подземных вод связаны условия производства строительных работ и их стоимость. Рис. 8.1. Классификация подземных вод по условиям залегания В основу классификации подземных вод могут быть положены различные признаки. В основном подземные воды подразделяют: по характеру их использования и по условиям залегания в земной коре. В число первых входят хозяйственно-питьевые воды, технические, промышленные, минеральные и термальные. По условиям залегания подземные воды подразделяют на верховодки, грунтовые, межпластовые, 47 трещинные и воды вечной мерзлоты. Верхняя часть земной коры в зависимости от степени насыщения водой пор горных пород делится на две зоны: верхнюю – зону аэрации и нижнюю – зону насыщения (рис. 8.1). В зоне аэрации происходит просачивание атмосферных осадков и поверхностных вод вглубь, в сторону зоны насыщения. Поры горных пород в зоне аэрации лишь частично заполнены водой, остальная их часть заполнена воздухом. Зона насыщения горных пород расположена ниже уровня грунтовых вод. В этой зоне все поры, трещины, каверны и другие пустоты заполнены гравитационной водой. Подземные воды вечной мерзлоты представлены надмерзлотными, межмерзлотными и подмерзлотными водами. Подстилающим водоупором надмерзлотных вод служит многолетняя мерзлая толща, пустоты, трещины, поры которой постоянно заполнены льдом. По величине минерализации воды пресные и летом могут использоваться для водоснабжения, однако запасы их незначительны, а санитарно-техническое состояние не всегда удовлетворительно. Межмерзлотные воды содержатся внутри толщи многолетней мерзлоты, как в твердой (лед), так и в жидкой фазе (зона прерывистых и сквозных таликов). Межмерзлотные воды в жидкой фазе обычно напорные. Распространены они не повсеместно и залегают в пределах таликов преимущественно в долинах рек. Запасы межмерзлотных вод непостоянны и к концу зимы значительно сокращаются. Подмерзлотные воды циркулируют ниже многолетнемерзлотной толщи, поэтому встречаются только в жидкой фазе. |