Инженерная геология
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра оснований, фундаментов, динамики сооружений
и инженерной геологии
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Инженерная геология
Лабораторные и практические занятия для студентов очного и заочного форм обучения всех специальностей строительных вузов
Казань 2007
Составители: Мирсаяпов И.Т., Сафин Д.Р., Сиразиев Л.Ф., Гелеверя Т.И.,
Краев Е.А., Згадзай Л.К., Нуриева Д.М.
Под редакцией дтн, проф. Мирсаяпова И.Т.
УДК 624.15
ББК 38.58
В 75
Учебное пособие. Инженерная геология. Лабораторные и практические занятия для студентов очного и заочного форм обучения всех специальностей строительных вузов. – Казань, 2007. - 140с.
ISBN 5-7829-0058-X
Печатается по решению Редакционно-издательского совета Казанского государственного архитектурно-строительного университета.
Учебное пособие содержит варианты заданий, методики и примерные решения контрольных задач.
| Рецензенты: | кандидат технических наук, заместитель генерального директора ГУП «Татинвестгражданпроект» по науке И.С. Абдрахманов |
ISBN 5-7829-0128-4
© Казанский государственный архитектурно-
строительный университет, 2007
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................... 4
1. Породообразующие минералы. Магматические и метаморфические горные породы (занятие №1)........................................................................................................ 5
2. Осадочные горные породы. Основные признаки осадочных горных пород (занятие №2)...................................................................................................................... 10
3. Горные породы как грунты. Физические свойства грунтов (занятие №3).. 19
4. Классификация грунтов согласно ГОСТ 25100-95 (занятие №4)................ 26
5. Геологические карты и разрезы (занятие №5).............................................. 28
6. Геологические и инженерно-геологические процессы и явления
(занятия №6, 7).................................................................................................... 35
7. Основы гидрогеологии. Определение скорости и направления движения
грунтовых вод (занятие №8).............................................................................. 50
8. Инженерно-геологические изыскания (занятие №9)..................................... 55
9. Прогнозирование изменения геологической среды (занятия №10, 11)....... 65
10. Расчетно-графическая работа. Анализ инженерно-геологических условий территории, оценка перспективности её застройки. Карта гидроизогипс............................ 85
Список использованных источников................................................................. 95
Приложение 1..................................................................................................... 96
Приложение 2. ................................................................................................... 98
Приложение 3..................................................................................................... 100
Приложение 4..................................................................................................... 102
Приложение 5..................................................................................................... 132
Приложение 6..................................................................................................... 134
Приложение 7..................................................................................................... 136
Приложение 8..................................................................................................... 138
ВВЕДЕНИЕ
Инженерно-геологические исследования как часть инженерных изысканий представляют собой важнейший этап любого строительного процесса, в особенности это касается сооружений с развитой подземной частью или на сложных грунтовых условиях. От полноты, продуманности программы инженерно-геологических изысканий и качества их проведения зависит уровень достоверности исходной информации для проектирования, которая, соответственно, определяет степень учета при проектировании всех особенностей площадки строительства, правильность выбора рациональных типов фундаментов и конструкций сооружения, степень безопасности технологии его возведения, необходимость и объем проведения тех или иных предупредительных мероприятий и т.д., что в конечном итоге, во многом определяет стоимость и надежность функционирования объекта при последующей эксплуатации.
В связи с этим в процессе изучения курса «Инженерная геология» является необходимым приобретение основных представлений о составе, строении, состоянии и свойствах геологической среды, развивающихся в ней природных и техногенно вызванных геологических процессах; возможных изменений геологической среды под влиянием строительства и эксплуатации сооружений, негативно влияющих на геологическую обстановку застроенной территории, методике и методах исследований при инженерно-геологических изысканий, а также содержании инженерно-геоэкологического обоснования проектов в различных региональных условиях с учетом прогнозного изменения геологической среды.
Учебное пособие составлено с целью оказания помощи студентам при изучении вышеприведенных вопросов, составляющих основу курса инженерной геологии применительно для проектирования зданий и сооружений.
1. Породообразующие минералы.
Магматические и метаморфические горные породы
Рассматриваемые вопросы:
- определение и описание минералов как составных частей горных пород;
- магматические горные породы, классификация и их важнейшие особенности;
- метаморфические горные породы, классификация и их важнейшие особенности.
Породообразующие минералы, их физические свойства, классификация
Минералы, входящие в состав горных пород в количестве больше чем 1%, называются породообразующими.
Формы нахождения минералов в природе
1). Кристаллы – правильные многогранники:
кварц – призмы, заостренные к верху;
пирит, галит – кристаллизуются в виде кубов;
слюда, графит – вытянутые в двух направлениях (плоские, листоватые, чешуйчатые).
2). Друзы – (с греческого щетка) – сростки минералов, кристаллы вырастают на какой-либо основе.
3). Землистые массы (глинистые минералы).
Основная масса минералов имеет кристаллическое строение, которое влияет на их форму, прочность. Прочность – зависит от типа структурных связей решетки – ионная, ковалентная, металлическая, водородная, молекулярная.
Физические свойства минералов
Каждый минерал имеет определенные физические свойства. Главнейшими из них являются: внешняя форма, оптические характеристики (цвет, прозрачность,… Внешняя форма минералов разнообразна. В природных условиях они чаще всего… Цвет для очень многих минералов строго постоянен. Их условно разделяют на светлые (кварц, полевые шпаты, гипс, кальцит…Магматические горные породы, классификация и их важнейшие особенности.
Горные породы - минеральные агрегаты, состоящие из одного или нескольких минералов и слагающие большие участки поверхности Земли.
Породы, состоящие из 1 минерала называются мономинеральными (известняк, мрамор), а из 2 или более – полиминеральными.
Наука, изучающая горные породы – петрография.
Горные породы не имеют химических формул. Они оцениваются химическим анализом:
SiO2 – 49-52 %, Al2 O3 – 10-14 %, Fe2 O3 - 4-14% и т.д.
Установлено около 1000 горных пород.
По происхождению горные породы подразделяются на: магматические, метаморфические и осадочные.
Химический и минеральный состав магматических пород
Магматическими горными породами называют горные породы, которые образовались в результате кристаллизации магмы (силикатный состав) при её остывании в недрах земли или на её поверхности. В зависимости от условий, в которых происходит охлаждение и застывание магмы, горные породы делят на интрузивные (глубинные) и эффузивные (излившиеся).
В состав магматических пород входят О2, кремний Si, алюминий Al, железо Fe, магний Mg, кальций Ca, калий К, натрий Na, водород.
Химический состав магматических пород обычно представлен в форме окислов: SiО2, Al2O2, FeO, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O, H2O.
Основное значение имеет окись SiO2 (кремнезем), по которому построена химическая классификация магматических пород.
И все магматические породы по химическому составу делятся на следующие основные группы:
1) кислые – содержание SiO2 более 65% (липарит, вулканическое стекло, гранит);
2) средние – 65 – 55% (диорит, порфирит, сиенит, трахит);
3) основные – 55 – 45% (габбро, диабаз, базальт);
4) ультраосновные – менее 45% (дунит).
С химическим составом магматических пород тесно связан их минеральный состав.
В кислых породах имеется в свободном состоянии кварц (гранит). В остальных породах кварца нет, на смену ему приходят Fe и Mg, содержащие минералы – авгит, роговая обманка и оливин.
От кислых пород к ультраосновным, наблюдается потемнение окраски, от светло-серого до черного, а также увеличение удельного веса.
Структуры и текстуры магматических пород
Структура – это строение породы, которое определяется формой и размером зерен, а также степенью кристалличности пород.
По степени кристалличности выделяются следующие структуры:
1) полнокристаллическая;
2) полукристаллическая;
3) некристаллическая.
Полнокристаллическая или зернистая структура – порода целиком состоит из кристаллов (зерен). Структура характерна для глубинных пород (гранит).
Полукристаллическая или порфировая структура – на основном стекловатом фоне выделяются отдельные вкрапления кристаллов (порфирит), характерна для излившихся пород.
Некристаллическая или стекловатая структура характерна для излившихся пород (вулканическое стекло, обсидиан).
По размерам зерен различают структуры крупно-, средне-, мелкозернистые.
Структура является признаком породы, определяющим его прочность, наиболее прочные породы с мелкозернистыми структурами.
Текстура – сложение пород, которое определяется расположением зерен в породе и степенью заполнения пространства. По расположению зерен различают следующие текстуры:
а) однородная;
б) неоднородная.
Однородная или массивная текстура – все зерна в породе располагаются равномерно и без какой-либо видимой закономерности (гранит). Магматические породы в основном имеют массивные текстуры.
По степени заполнения пространства различают плотные и пористые текстуры:
глубинные породы – плотные;
излившиеся породы – пористые.
Формы залегания магматических пород
Глубинные горные породы залегают в виде батолитов – огромных массивов горных пород до нескольких сотен километров, залегающих глубоко от земной поверхности; штоков – ответвлений от батолитов; лакколитов – грибообразных форм, образованных при внедрении магмы между слоями осадочных толщ; жил –возникших при заполнении магмой трещин в земной коре.
Рис.1.1. Основные формы залегания магматических пород.
Жилы, 2-покров, 3-поток, 4-вулканический конус, 5-батолит, 6-лакколит, 7-толща осадочных пород
Для излившихся горных пород характерными являются: купола – своеобразные формы; лавровые покровы – образовавшиеся в результате растекания магмы на поверхности земли; потоки – вытянутые формы, возникшие в результате течения магмы из вулканов.
Метаморфические горные породы, классификация и их важнейшие особенности.
Метаморфические породы – это породы, образующиеся в глубинах Земли из осадочных или магматических пород под влиянием высокой температуры, давления, действия газовых и водных растворов, являются вторичными породами.
Факторы и типы метаморфизма.
– Температура – температурный интервал, в пределах которой происходит этот процесс метаморфизма (300-10000С).
В процессе влияния температуры создаются полнокристаллические структуры и образуются новые минералы.
– Давление – второй фактор, принято различать общее всестороннее давление и направленное давление, которое называется стресс, в результате которого образуются характерные только для метаморфических пород текстуры. Причиной направленного давления являются тектонические движения земной коры.
– Газовые, водные растворы – они действуют на контакте пород, растворяют их и приводят к образованию новых минералов и сильному изменению породы.
В зависимости от факторов выделяются следующие типы метаморфизма:
- термальный – от действия температуры;
- динамометаморфизм – от действия давления;
- контактовый – от действия газовых и водных растворов;
- региональный – когда два или несколько факторов действует одновременно.
Типы метаморфизма положены в основу классификации метаморфических пород в строительных ГОСТах.
Химический и минеральный состав
Химические превращения в метаморфических породах очень сложны, состав метаморфических пород крайне разнообразен. Все минералы, входящие в состав пород можно разделить на 2 группы: 1) минералы, сохранившиеся от первичной породы (кварц);Стадии образования осадочных пород
При образовании осадочные породы приходят 4 стадии: 1) разрушение; 2) перенос и отложение;Классификация осадочных пород по месту образования
По месту образования осадочные породы делятся на:
а) континентальные;
б) морские.
Континент является областью, где происходит разрушение пород и их смыв, поэтому континентальные образования имеют сравнительно небольшую мощность и небольшую площадь распространения. Все континентальные осадочные образования делятся на генетические типы.
Генетический тип – это комплекс отложений, образовавшийся в определенном месте под влиянием одного ведущего агента. Генетические типы:
— элювий;
— делювий;
— пролювий;
— аллювий;
— эоловое образование;
— ледниковые отложения;
— озерные отложения;
Элювий – продукт выветривания горных пород, оставшийся на своем месте, он представлен обломочным материалом различной крупности: от больших глыб до глинистого тончайшего материала. Залегает главным образом на высоких частях рельефа, на водоразделах. Элювий по глубине постепенно переходит в коренные породы.
Рис.2.1. Схема образования наносов на склоне рельефа
Э – элювий; Д – делювий; П – пролювий; 1-атмосферные осадки; 2-плоскостной смыв; 3-коренные породы; 4-первоначальная поверхность склона.
Делювий – материал, перенесенный и отложенный временными водотоками в основании склонов и их подошвы (в понижениях, примыкающих к склонам – пролювий) – суглинок, супесь и щебень. Мощность отложений измеряется от долей метра до 15-20 метров. В минералогическом отношении делювий связан с породами, расположенными выше по склону. Делювий более отсортированный материал, являются хорошим, надежным основанием для сооружений. Отрицательным свойством является способность к сползанию вниз по склонам. Пролювий – представляет собой комплекс рыхлых образований неоднородного состава особенно по вертикали. В толщах пролювия суглинки и супеси могут переслаиваться с крупнозернистым материалом.
Аллювий – материал, перенесенный и отложенный рекой (галечник, гравий, пески, суглинки, глины, илы). Подразделяется на русловой и пойменный аллювий. Русловый аллювий представлен песками и более грубыми обломками – галечник, гравий и является надежным основанием для сооружений. Пойменный аллювий откладывается в период паводка и представляет собой суглинки различного состава, супеси, глины и мелкозернистые пески. Древний пойменный аллювий в виде суглинков и глин твердой консистенции являются хорошим основанием. Современный пойменный аллювий либо обладает высокой влажностью, либо находится совсем в водонасыщенном состоянии с низкой несущей способностью. Также характерной особенностью аллювиальных отложений является многослойность их толщ с наличием множеств линз.
Эоловые образования – материал, перенесенный и отложенный ветром, при этом образуются песчаные отложения в виде дюн и бархан, а также лёсс.
Ледниковые образования – материал, перенесенный и отложенный ледником, представлен плотным глинистым, суглинистым материалом с обломками горных пород, а также песками.
Озерные образования – материал, образовавшийся в озерах (тонкий песок, глина, суглинок, ил, супесь, торф).
Классификация осадочных пород по способу образования
По способу образования осадочные породы делятся на:
а) пирокластические;
б) обломочные;
в) глинистые;
г) хемобиогенные.
Пирокластические породы – являются промежуточными между магматическими и осадочными породами. Представляют собой обломочный материал, выброшенный вулканом, но цементация обломков происходила на поверхности земли (вулканический туф, пемза).
В основу классификации обломочных пород положены два принципа:
1) размер обломков или зерен;
2) наличие цемента.
Размер зерен или обломков определяется с помощью гранулометрического анализа.
Классификация обломочных пород
Таблица 2.1
| Размер зерен или обломков, мм | Наличие цемента | ||||
| Несцементированные | Сцементированные | ||||
| окатанные | неокатанные | окатанные | неокатанные | ||
| Крупнообло- мочные | >200 | валун | глыба | ||
| 200-10 | галька | щебень | конгломерат | брекчия | |
| 10-2 | гравий | дресва | конгломерат | брекчия | |
| Песчаные 2-0,05мм | песок | песок | песчаник | ||
| Пылеватые 0,05-0,005мм | лёсс | алевролит |
Несцементированные породы могут быть либо рыхлыми – зерна не связаны между собой; либо связными.
К рыхлым относятся крупнообломочные и песчаные породы, к связным относятся пылеватые и глинистые.
К глинистым породам относятся породы, в которых преобладают частицы размером меньше 0,005 мм.
По наличию цемента глинистые породы делятся на:
1) связные (несцементированные);
2) сцементированные.
Глинистые связные в инженерной геологии и строительстве по содержанию глинистых частиц делятся на:
1) глины – глинистых частиц >30%;
2) суглинки – глинистых частиц 30-10%;
3) супесь – глинистых частиц 10-3%.
Глинистые сцементированные породы называются аргиллиты.
В основу классификации хемобиогенных пород положен химический принцип и выделяются основные группы пород:
а) карбонатные – известняк, доломит, мел, мергель;
б) кремнистые – диатомит, опока;
в) сульфатные –гипс, ангидрит;
г) соляные – каменная соль.
Химический и минеральный состав осадочных пород
Химический состав осадочных пород очень близок к метаморфическим породам. Минералы, входящие в состав осадочных пород делятся на две группы: 1) минералы, сохранившие от первичной породы – кварц;Структура, текстура осадочных пород. Формы залегания
Крупнообломочные породы имеют обломочные структуры. Песчаные породы имеют зернистые структуры. Пылеватые породы – пылеватые структуры.ЗАДАЧИ
1. Дайте характеристику указанных ниже минералов. В состав каких горных пород они могут входить? Приведите примеры.
| Варианты | Минералы | Варианты | Минералы |
| 1.1 | Анортит, графит | 1.11 | Тальк, кальцит |
| 1.2 | Хлорит, микроклин | 1.12 | Хальцедон, гранат |
| 1.3 | Альбит, гипс | 1.13 | Лабрадор, доломит |
| 1.4 | Глауконит, кварц | 1.14 | Ортоклаз, монтмориллонит |
| 1.5 | Мусковит, сильвин | 1.15 | Асбест, мусковит |
| 1.6 | Лимонит, биотит | 1.16 | Кремень, ангидрит |
| 1.7 | Авгит, каолинит | 1.17 | Галит, кварцит |
| 1.8 | Роговая обманка, галит | 1.18 | Гематит, ортоклаз |
| 1.9 | Опал, оливан | 1.19 | Сера, лабрадор |
| 1.10 | Пирит, ангидрит | 1.20 | Тальк, монтмориллонит |
Пример ответа 1.1: Анортит Са[Al2Si2O8] (кальциевый основной плагиоклаз) по химическому составу относится к группе полевых шпатов класса силикатов. Преобладают белый, серый, голубоватый, желтоватый и другие светлые тона, зависящие от примесей. Характеризуется твердостью 6..6,5, стеклянным блеском, совершенной или средней спайностью по двум направлениям под углом 87о, отсутствием черты или её белым цветом. Образуется анортит при кристаллизации основной магмы. Встречается в виде мелких кристаллов и зернистых масс в основных магматических породах (габбро, базальт, диабаз).
Графит (С) относится к классу самородных элементов. Характеризуется твердостью 1, стально-серым до черного цветом, металловидным жирным (иногда матовым) блеском, серовато-черной блестящей чертой, совершенной спайностью в одном направлении, мелкозернистым изломом. На ощупь графит жирный, пачкает руки, пишет на бумаге, растирается пальцами в черную пыль. Огнеупорен и кислотоупорен, проводит электричество. Образуется в процессе контактового и регионального метаморфизма осадочных карбонатных и органических отложений. Встречается в метаморфических породах в виде сплошных чешуйчатых, плотных аморфных или землистых масс, а также в виде включений в мраморах, гнейсах, слюдяных и других кристаллических сланцах, гранулитах.
2. В состав каких горных пород входят перечисленные минералы в качестве породообразующих? Дайте сравнительную оценку их устойчивости при выветривании и растворении
| Варианты | Минералы | Варианты | Минералы |
| 2.1 | Альбит, лимонит | 2.6 | Мусковит, галит |
| 2.2 | Лабрадор, серицит | 2.7 | Гипс, роговая обманка |
| 2.3 | Сильвин, ортоклаз | 2.8 | Кальцит, биотит |
| 2.4 | Хлорит, микроклин | 2.9 | Глауконит, кварц |
| 2.5 | Ангидрит, авгит | 2.10 | Оливин, доломит |
Пример ответа 2.1: Альбит (натровый плагиоклаз) относится к группе полевых шпатов класса силикатов. Образуется при кристаллизации кислой или средней магмы и в процессе гидротермальной метаморфизации силикатных и алюмосиликатных минералов. В воде практически нерастворим. При выветривании относительно устойчив, однако значительно менее чем кварц. Входит как главный породообразующий минерал в состав ряда магматических (граниты, липариты, гранодиориты и др.), осадочных (пески, песчаники) и метаморфических (гнейсы) пород. Встречаются зернистая сахаровидная и листоватая разности.
Лимонит (бурый железняк) относится к классу гидроксидов. Образуется при химическом выветривании других железосодержащих минералов (пирита, гематита, магнетита, сидерита и др.) и в результате отложения водных соединений железа на дне водоемов (болот, озер, мелководных частей морей). В процессах образования лимонита участвуют бактерии. В воде практически нерастворим. Весьма устойчив при выветривании. Встречается в виде оолитов, конкреций. Плотных натечных, землистых и пористых масс в осадочных породах (песчаниках, глинах, суглинках и др.).
3. Какие из перечисленных минералов являются главными породообразующими магматических, осадочных и обоих классов горных пород? Приведите примеры.
| Вари-анты | Минералы | Вари-анты | Минералы |
| 3.1 | Халцедон, кварц, оливин | 3.4 | Гипс, роговая обманка, авгит |
| 3.2 | Лабрадор, мусковит, кальцит | 3.5 | Микроклин, опал, авгит |
| 3.3 | Ортоклаз, каолинит, биотит | 3.6 | Лимонит, доломит, плагиоклаз |
Пример ответа 3.1:Оливинявляется главным породообразующим минералом магматических ультраосновных (перидотитов, дунитов), халцедон – осадочных (конгломератов, песчаников и др.), кварц – как магматических кислых (гранитов, липаритов), так и многих осадочных горных пород (песков, суглинков и др).
Из числа названных ниже минералов выделите растворимые в воде. Расположите их в порядке возрастания растворимости.
Назовите магматическую горную породу указанного генетического типа и дайте ее характеристику.
Пример ответа 5.1: Гранодиорит – магматическая глубинная кислая порода,…Поставьте в соответствие метаморфическим породам те осадочные или магматические, из которых они могли образоваться. Укажите вид метаморфизма, характер происшедших изменений и дайте характеристику одной из метаморфических пород.
| Варианты | Горные породы | Варианты | Горные породы |
| 6.1 | Талькит, гранит, дунит, слюдистый сланец | 6.5 | Сиенит, хлоритовый сланец, мрамор, известняк |
| 6.2 | Песчаник, филлит, алевролит, кварцит | 6.6 | Роговик, тальковый сланец, известняк, диорит |
| 6.3 | Аргиллит, скарн, слюдяной сланец, доломит | 6.7 | Доломит, амфиболит, мрамор, габбро |
| 6.4 | Гнейс, гранит, кровельный сланец, аргиллит | 6.8 | Глина, песчаник, гнейс, роговик |
Пример ответа 6.1: Слюдистый сланец может быть продуктом среднетемпературного регионального метаморфизма гранитов. В процессе метаморфизации частично изменяется минеральный состав (существенно уменьшается содержание полевых шпатов за счет увеличения содержания слюд – мусковита, биотита), происходит рассланцевание породы, коренным образом меняется текстура (из массивного – сланцеватая) и структура (становится чешуйчатой).
Минеральный состав: биотит, мусковит, роговая обманка. Цвет меняется от серого до зеленовато-серого. Устойчив к химическому выветриванию.
Из числа указанных пород выделите магматические, осадочные и метаморфические породы. Дайте характеристику одной из осадочных пород, укажите применимость в строительной деятельности человека.
| Варианты | Горные породы |
| 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 | Гранит, гипс, песок, известняк, мергель, суглинок Известняк, аргиллит, базальт, сланец, мрамор, глина Доломит, глина, алевролит, гипс, ил, песок Глина, ангидрит, трахит, доломит, каменная соль Кварцит, сиенит, известняк, каменная соль, супесь Гнейс, мрамор, диабаз, ангидрит, глина, гравий Известняк, суглинок, порфирит, мергель, гипс, торф Опока, известняк, габбро, каменная соль, кварцит, глина |
Пример ответа 7.1:Гранит относится к магматическим породам, к осадочным породам относятся– песок, суглинок, гипс, известняк мергель.
Суглинок относится к глинистым (частицы менее 0.005 мм) связным осадочным горным породам, содержит кварц, полевой шпат, глинистые минералы, гидроокислы железа. Цвет – буровато-коричневый, структура – алевритовая, текстура – массивная, слоистая, пористая. Суглинок прочный в сухом состоянии, но менее чем глина, при увлажнении пластичный. Применяется для изготовления кирпича и в силикатной промышленности. Суглинки, обладающие лессовидностью, являются просадочными грунтами.
Из числа названных ниже горных пород выделите растворимые в воде. Расположите их в порядке возрастания растворимости.
3. Горные породы как грунты. Физические свойства грунтов Грунтами называются горные породы, почвы, техногенные образования,… Преобладающее значение в грунтоведении имеет изучение свойств рыхлых (крупнообломочных и песчаных) и глинистых пород.…ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ГРУНТОВ МЕТОДОМ РЕЖУЩИХ КОЛЕЦ
r=,г/см3 (3.1) где m – масса грунта, г; V – объем грунта, см3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА
W = , д.ед (3.4) или W = , % (3.5)ОПРЕДЕЛЕНИЕ НИЖНЕГО ПРЕДЕЛА ПЛАСТИЧНОСТИ
Границей раскатывания считают такую влажность, при которой грунт,… Определение границы раскатывания состоит в подборе (путем подсушивания) такой влажности, при которой из грунта удается…ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРХНЕГО ПРЕДЕЛА ПЛАСТИЧНОСТИ
Под границей текучести подразумевают такую влажность, при которой стандартный… Работа производится в следующей последовательности.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ
На основании трех основных физических характеристик расчетным путем следует определить производные характеристики грунтов. Ниже использованы обозначения: V – объем всего грунта; V3 – объем частиц… m = mW + ms, где mW – масса воды в грунте; ms – масса частиц в грунте. При расчетах плотность частиц грунта s –…ПЛОТНОСТЬ СУХОГО ГРУНТА
Плотностью сухого грунта d называют отношение массы сухого грунта (частиц грунта) к объему всего грунта при ненарушенной структуре d = (3.7) Величина d характеризует плотность сложения грунта и особенно широко используется для оценки качества уплотнения…ПОРИСТОСТЬ ГРУНТА
Пористостью n называют отношение объема пор ко всему объему грунта n = , д. ед. или n = 100, % (3.9) Пористость часто выражают в процентах.КОЭФФИЦИЕНТ ПОРИСТОСТИ
е = , д. ед. (3.11) Понятие коэффициента пористости используется чрезвычайно широко, так как при… Коэффициент пористости определяют по формуламКОЭФФИЦИЕНТ ВОДОНАСЫЩЕНИЯ
Коэффициентом водонасыщения Sr называют степень заполнения объема пор водой.
Sr = 
, д. ед. (3.13)
Коэффициент водонасыщения вычисляют по формуле:
Sr = 
, д. ед., (3.14)
где rW – плотность воды, равная 1 г/см3.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПЛАСТИЧНОСТИ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ
Iр = WL– Wp , % (3.15) По ГОСТ 25100-95 WL и Wp выражаются в процентах. Число пластичности характеризует величину интервала влажности, в пределах которого глинистый грунт сохраняет…ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ТЕКУЧЕСТИ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ
Показателем текучести IL называют отношение разностей влажностей, соответствующих двум состояниям грунта, естественному W и на границе раскатывания… , д. ед (3.16)ЗАДАЧА
Классифицируйте грунт, если он имеет следующие физические характеристики:
| № варианта | фракции 2–1мм, % | фракции 1–0.5мм, % | фракции 0.5-0.25мм,% | фракции 0.25-0.1мм,% | фракции < 0.1мм,% | е | Sr | Ip | IL |
| - | 0,60 | 0,62 | - | - | |||||
| 0,68 | - | ||||||||
| - | 0,71 | - | 0,5 | ||||||
| 0,71 | 0,63 | ||||||||
| 0,65 | - | 1,5 | |||||||
| 0,68 | - | 0,9 | |||||||
| - | 0,62 | - | 1,2 | ||||||
| - | - | 0,65 | 0,81 | - | - | ||||
| 0,66 | - | ||||||||
| - | 0,71 | - | |||||||
| - | 0,59 | 0,48 | |||||||
| 0,64 | - | 0,20 | |||||||
| 0,84 | - | 0,42 | |||||||
| 0,60 | - | 0,72 | |||||||
| - | 0,52 | 0,48 | - | - | |||||
| 0,73 | - | ||||||||
| - | 0,67 | - | -1,5 | ||||||
| - | 0,54 | - | 0,15 | ||||||
| - | 0,75 | 0,78 | |||||||
| - | 0,57 | - | 0,38 | ||||||
| 0,91 | - | 0,55 | |||||||
| 0,85 | - | 0,85 | |||||||
| 0,76 | - | 1,28 | |||||||
| - | - | - | 0,73 | 0,52 | - | - | |||
| 0,68 | - | 0,95 | |||||||
| - | 0,75 | - | 0,68 | ||||||
| - | 0,95 | - | 0,56 | ||||||
| - | 0,87 | - | 0,10 | ||||||
| 0,67 | 0,54 | ||||||||
| - | 0,60 | 0,58 |
Геологические карты и разрезы
Геологическая карта представляет собой проекцию на горизонтальную плоскость выходов различных по возрасту и составу пластов. Соответствующие… Карты по характеру отражаемых комплексов делятся на следующие типы: – геологические, на которые наносят выходы пластов различного возраста;Задачи
1. Схематически покажите указанные ниже формы залегания горных пород. Для каких генетических типов пород эти формы характерны. Объясните почему?
Батолит, лавовый покров, слой.
2. Схематически покажите указанные ниже формы залегания горных пород. Для каких генетических типов пород эти формы характерны. Объясните почему?
Линза, пласт, дайка.
3. Схематически покажите указанные ниже формы залегания горных пород. Для каких генетических типов пород эти формы характерны. Объясните почему?
Жила, купол, прослой.
4. Покажите на схематическом разрезе первичные формы залегания осадочных горных пород: слой, линзу, прослой, выклинивание и пережим слоя, фациальный переход одних пород в другие. Для слоя укажите его кровлю, подошву и мощность.
5. Покажите на пространственной схеме элементы моноклинально залегающего слоя (пласта): линию падения, линию простирания, угол и азимут падения, кровлю, подошву, мощность, видимую мощность.
6. Покажите схематически на разрезе синклинальную и антиклинальную складки. На схеме укажите элементы складки: крылья, замок, ядро, угол складки (при вершине), осевую плоскость.
7. Схематически изобразите названные ниже дислокации. Чем они принципиально отличаются друг от друга?
Флексура, сдвиг.
8. Схематически изобразите названные ниже дислокации. Чем они принципиально отличаются друг от друга?
Моноклиналь, сброс.
9. Схематически изобразите названные ниже дислокации. Чем они принципиально отличаются друг от друга?
Грабен, синклиналь.
10. Схематически изобразите названные ниже дислокации. Чем они принципиально отличаются друг от друга?
Антиклиналь, горст.
11. В процессе проведения геологической съемки получены данные и литологическом составе, возрасте, мощности, форме залегания, несущей способности пород, слагающих изучаемую территорию, об уровнях залегания подземных вод и выходах их в виде источников. Ответьте на вопрос: какой из признаков принимается для проведения границ на геологической карте?
12. В процессе проведения геологической съемки получены данные и литологическом составе, возрасте, мощности, форме залегания, несущей способности пород, слагающих изучаемую территорию, об уровнях залегания подземных вод и выходах их в виде источников. Ответьте на вопрос: какие из признаков отражаются на геологической карте и каким образом?
13. В процессе проведения геологической съемки получены данные и литологическом составе, возрасте, мощности, форме залегания, несущей способности пород, слагающих изучаемую территорию, об уровнях залегания подземных вод и выходах их в виде источников. Ответьте на вопрос: какие из признаков отражаются на геологическом разрезе и каким образом?
14. В процессе проведения геологической съемки получены данные и литологическом составе, возрасте, мощности, форме залегания, несущей способности пород, слагающих изучаемую территорию, об уровнях залегания подземных вод и выходах их в виде источников. Ответьте на вопрос: какие из признаков отражаются только в пояснительной записке к карте?
15. В процессе проведения геологической съемки получены данные и литологическом составе, возрасте, происхождении, мощности, водоносности четвертичных отложений, слагающих изучаемую территорию, об уровнях залегания подземных вод. Ответьте на вопрос: какие признаки являются основой для проведения границ на карте четвертичных отложений?
16. В процессе проведения геологической съемки получены данные и литологическом составе, возрасте, происхождении, мощности, водоносности четвертичных отложений, слагающих изучаемую территорию, об уровнях залегания подземных вод. Ответьте на вопрос: какие признаки показываются только на разрезе четвертичных отложений и каким образом?
17. В процессе проведения геологической съемки получены данные и литологическом составе, возрасте, происхождении, мощности, водоносности четвертичных отложений, слагающих изучаемую территорию, об уровнях залегания подземных вод. Ответьте на вопрос: какие признаки показываются на карте и разрезе?
18. Как изображается перечисленный ниже признаки горных пород – цветом, буквенными индексами, штриховкой или каким-либо другим способом.
Происхождение четвертичных отложений на карте четвертичных отложений.
19. Как изображается перечисленный ниже признаки горных пород – цветом, буквенными индексами, штриховкой или каким-либо другим способом.
Возраст горных пород на геологических картах.
20. Как изображается перечисленный ниже признаки горных пород – цветом, буквенными индексами, штриховкой или каким-либо другим способом.
Возраст четвертичных отложений карте четвертичных отложений.
21. Как изображается перечисленный ниже признаки горных пород – цветом, буквенными индексами, штриховкой или каким-либо другим способом.
Литологический состав пород на геологических картах.
22. Как изображается перечисленный ниже признаки горных пород – цветом, буквенными индексами, штриховкой или каким-либо другим способом.
Литологический состав горных пород на картах четвертичных отложений.
23. Как изображается перечисленный ниже признаки горных пород – цветом, буквенными индексами, штриховкой или каким-либо другим способом.
Литологический состав горных пород на геологических разрезах.
24. Как изображается перечисленный ниже признаки горных пород – цветом, буквенными индексами, штриховкой или каким-либо другим способом.
Литологический состав горных пород на геологических разрезах.
25. Как изображается перечисленный ниже признаки горных пород – цветом, буквенными индексами, штриховкой или каким-либо другим способом?
Элементы залегания слоев и разрывные нарушения на геологических картах.
26. Как изображается перечисленный ниже признаки горных пород – цветом, буквенными индексами, штриховкой или каким-либо другим способом?
Разрывные нарушения на геологических разрезах.
27. Как изображается перечисленный ниже признаки горных пород – цветом, буквенными индексами, штриховкой или каким-либо другим способом?
Литологический состав толщи на стратиграфической колонке.
Пример решения задач 1-27.
Схематически покажите указанные ниже формы залегания горных пород. Для каких генетических типов пород эти формы характерны. Объясните почему?
Лакколит, шток, поток.
Пример ответа:
а) б) в)
Такие формы залегания характерны для магматических горных пород.
Лакколит (а) – грибообразные формы глубинных магматических пород, образованные при внедрении магмы между слоями осадочных толщ.
Шток (б)– это ответвления от батолитов, которые представляют собой огромные массивы горных пород до нескольких сотен километров, залегающих глубоко от земной поверхности.
Поток (в)– вытянутые формы залегания излившихся магматических пород, возникшие в результате течения магмы из вулканов.
Геологические и инженерно-геологические процессы и явления.
Инженер-строитель при изучении процессов особое внимание должен уделять причинам их возникновения, развитию во времени, мероприятиям по борьбе с… Движение масс горных пород на склонах рельефаЗадачи
В каждой предлагаемой для решения задаче дано описание пород площадки, прочность и устойчивость которых студенты должны оценить с учетом их возраста, генетических, петрографических, литологических особенностей, условий залегания, мощности, обводненности, климатических условий т.д. Правильное решение поставленной задачи может быть связано с грамотным использованием особенностей геологической среды, её динамики и особенно при взаимодействии со строительной системой на всем периоде её эксплуатации.
1. В процессе строительства подземного перехода на соседней территории был понижен уровень грунтовых вод (УГВ), что привело к образованию провала на площадке застройки. С целью выяснения причин провала были пробурены три скважины на расстоянии 25 м друг от друга. Описание буровых скважин даны ниже. Площадка горизонтальная, ровная, абсолютная отметка 106,5 м. Постройте геологический разрез, опишите все породы, объясните причину обрушения, дайте рекомендации по её устранению, оцените возможность дальнейшего строительства.
Описание скважин
| № скв. | № слоя | Возраст породы | Наименование породы | Мощность слоя, м | Глубина залегания УГВ, м | |
| статического | динамического | |||||
| aQ2 C3 C2 | Песок мелкозернистый средней плотности. Глина черная плотная Известняк трещиноватый закарстованный | 3.0 2.0 15,0 | 2.0 2.0 | 2.5 10.0 | ||
| aQ2 C2 | Песок мелкозернистый Известняк трещиноватый закарстованный | 1.8 1.8 | 9.5 | |||
| aQ2 C3 C2 | Песок мелкозернистый Глина черная плотная Известняк закарстованный | 3.0 2.0 12.0 | 1.7 1.7 | 2.3 10.5 |
2. Здание длиной 50 м с фундаментами ленточного типа построено на элювиальных грунтах, пройденных скважинами 1,2 и 3, расположенными по оси здания на расстоянии 25 м одна от другой. Во время строительства произошла неравномерная осадка здания, вызвавшая опасные деформации, для выяснения причин которых пробурена в 10 м от скважины 3 дополнительная четвертая скважина. Постройте геологический разрез по данным бурения и определите причину неравномерной осадки. Установите ошибки, которые допущены при инженерно-геологических изысканиях и проектировании здания.
Описание буровых скважин
| № скважин, абс. отм. устья, м | Геологический возраст | Мощность слоя, м | Описание горных пород | Глубина залегания уровня воды, м | |
| появив-ося | Устан-ося | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| lQ4 T | 3,0 3,0 | Суглинок со щебнем диабаза Диабаз сильно выветрелый трещиноватый | 4,0 | 4,0 |
| lQ4 T | 3,5 1,5 | Суглинок со щебнем и с валунами диабаза Диабаз сильно выветрелый трещиноватый | 4,1 | 4,1 |
| lQ4 T | 3,5 0,3 | Суглинок со щебнем и с валунами диабаза Диабаз сильно выветрелый | ||
| deQ4 T | 10,0 5,0 | Суглинок со щебнем диабаза Диабаз |
3.
На рисунке проведен топографический профиль площадки, отведенной под строительство промышленного здания с очистными сооружениями. Используя данные бурения скважин, топографический профиль, постройте геологический разрез. С учетом геологических условий площадки и охраны геологической среды разместите здание размером 50х50 м. По карте сейсмического районирования сейсмичность территории оценивается в 8 баллов. Есть ли в пределах разреза участки с интенсивностью 9 баллов? Дайте характеристику горным породам разреза и назовите процессы, сформировавшие в четвертичный и дочетвертичный периоды геологическую и геоморфологическую обстановки.
Описание скважин.
| № скважин, абс. отм. устья, м | Геологический возраст | Мощность слоя, м | Описание горных пород | Глубина залегания уровня воды, м | |
| появив-ося | устан-ося | ||||
| dQ N2 | 1,5 15,0 | Суглинок со щебнем Глина плотная | 1,0 | 1,0 |
| dQ N1 | 3,1 15,0 | Суглинок со щебнем Глина плотная | 0,5 | 0,5 |
| N1 N1 | 15,4 2,6 | Известняк Песчаник | 11,3 | 11,3 |
| aQ3 N1 | 15,7 2,0 | Песчано-гравийные отложения, хорошо водопроницаемые Песчаник | 3,3 | 3,3 |
4. Для выяснения причин образования трещин в здании лечебного корпуса длиной 180 м пробурены три скважины вдоль стены, описание которых даны ниже в таблице. В этой же таблице приведены глубины залегания уровней грунтовых вод (УГВ), статический и динамический вдоль стены корпуса, опишите процесс, который привел к деформации корпуса, определите гидравлический уклон потока.
Описание скважин.
| № скв., абс. отм. устья, м | № слоя | Геологич. возраст | Описание горных пород | Мощность слоя, м | Глубина залегания УГВ, м | |
| статического | динамического | |||||
| dQ4 fgQ2 C1 | Суглинок плотный коричневый Песок мелкий Известняк серый трещиноватый | 1,5 5,0 3,0 | 3,0 | 9,5 | |
| dQ4
fgQ2
| Суглинок плотный коричневый Песок мелкий Известняк трещиноватый Пустое пространство, вода Известняк серый | 2,5 3,6 3,0 5,0 0,5 | 1,0 | 8,0 | |
| dQ4
fgQ2
| Суглинок плотный коричневый Песок мелкий Известняк трещиноватый Пустое пространство, вода Известняк серый | 0,5 0,8 10,0 0,3 2,0 | 3,0 | 11,0 |
5. В районе строительства станции метрополитена был понижен уровень грунтовых вод (УГВ), что привело к образованию провала на горизонтальной площадке, подлежащей застройке. Для установления причины провала были пробурены три скважины на расстоянии 30 м одна от другой. Описание скважин даются ниже. Абсолютная отметка площадки 130,5 м. Постройте геологический разрез, нанесите статический и динамический уровни грунтовых вод. Какова причина активного процесса, можно ли её устранить и застроить участок?
Описание скважин
| № скв. | № слоя | Возраст породы | Наименование породы | Мощность слоя, м | Глубина залегания УГВ, м | |
| статического | динамического | |||||
| dQ I2 C3 | Песок мелкий Глина плотная Известняк сильно трещиноватый закарстованный | 5,0 3,5 10,0 | 2,5 2,5 | 4,0 15,0 | ||
| dQ C3 | Песок мелкий Известняк трещиноватый закарстованный | 11,0 5,0 | 2,6 2,6 | 14,6 | ||
| dQ I2 C3 | Песок мелкий Глина плотная Известняк закарстованный | 7,0 8,0 3,0 | 2,7 2,7 | 4,0 15,0 |
6. На территории города пробурены 2 скважины на расстоянии 25 м. Между ними на глубине 5 м заложен строительный котлован, на дне которого под экскаватором образовались воронки на площади 3….4 м2 глубиной от 0,5 до 1,4 м. Постройте разрез. Масштаб: вертикальный 1:200, горизонтальной 1:500. Дайте инженерно-геологическую характеристику всем породам на разрезе. Объясните возможные причины образования провалов. Определите виды исследований для дальнейшего продолжения строительных работ.
Описание буровых скважин
| № скважин, абс. отм. устья, м | Геологический возраст | Мощность слоя, м | Описание горных пород | Глубина залегания уровня воды, м | |
| появив-ося | установ-ося | ||||
| tQ4 mQ1 N2 | 3,2 4,1 10,0 | Супесь со щебнем кирпича и древесными обломками Песок мелкий Известняк - ракушечник | 9,1 | 9,1 |
| tQ4 tQ4 mQ1 N2 | 2,0 0,5 3,6 10,0 | Глыбы известняка - ракушечника Суглинок со щебнем Песок мелкий Известняк - ракушечник | 9,3 | 9,3 |
7. Под проектируемое на площадке здание были пройдены две скважины 1 и 2 на расстояние 50 м. Здание шириной 20 м с подвалом запроектировано посередине между скважинами. После проходки котлована глубиной 4 м последней был затоплен подземными водами. Постройте разрез по данным бурения, оцените инженерно – геологическую характеристику всех пробуренных пород, установите очевидные причины затопления котлована.
Описание буровых скважин.
| № скважин, абс. отм. устья, м | Геологический возраст | Мощность слоя, м | Описание горных пород | Глубина залегания уровня воды, м | |
| появивше гося | установившегося | ||||
| gQ eQ1 D | 3,2 1,1 3,0 | Суглинок плотный с валунами Щебень песчаника Песчаник трещиноватый | 3,2 | 2,5 |
| gQ eQ D | 8,5 1,5 2,0 | Суглинок плотный с валунами Щебень песчаника Песчаник трещиноватый | 8,5 | 2,6 |
8.
Постройте геологический разрез по данным бурения скважин 1,2,3. Между скважинами 1 и 3 расположено старое здание. Когда на месте скважины 3 был пройден строительный котлован до глубины 6 м, по старому зданию прошла трещина. Установите причины деформации старого здания, ошибку при его размещении и нарушение условий охраны геологической среды при устройте котлована.
Описание буровых скважин
| № скважины, абс. отм. устья, м | Геологический возраст | Мощность слоя, м | Наименование горной породы | Глубина залегания УГВ, м |
| gQ2 fQ2 I | 8,0 1,5 2,0 | Суглинок с валунами и галькой Песок крупной Глина | Встречен на глубине 8,0 м. Установился на глубине 1,5 м |
| aQ3 I | 11,0 2,0 | Песок средней крупности и крупной Глина | 2,5 |
| aQ3 I | 10,0 2,0 | Песок средней крупности Глина | 2,5 |
9. В результате деформации трубопровода, находящегося на расстоянии 500 м от реки, произошла утечка в грунт ядовитых веществ. В месте аварии была пробурена скважина 1, а на берегу реки по направлению потока грунтовых вод – скважина 2. Описание скважин приводится в таблице. По материалам бурения постройте геологический разрез и определите, через какой промежуток времени загрязненные грунтовые воды достигнут реки, если коэффициент фильтрации песков средней крупности равен 10 м/сутки, пористость – 40 %.
Описание буровых скважин
| № скважины, абс. отм. устья, м | Геологический возраст | Мощность слоя, м | Наименование горной породы | Глубина залегания УГВ, м |
| aQ3 gQ2 | 10,1 5,3 | Песок средней крупности, n=40%; KФ=10 м/сут. Суглинок | 5,2 |
| aQ3 gQ2 | 6,2 2,8 | Песок средней крупности Суглинок | 1,1 |
10. При строительстве тоннеля на соседней территории был понижен уровень грунтовых вод (УГВ), что привело на горизонтальной строительной площадке, имеющей абсолютную отметку 103,2 м к многочисленным провалам. Для оценки причин обрушения пробурены скважины на расстоянии 25 м друг от друга. Данные бурения приведены в табл. Постройте геологический разрез, оцените геологическую обстановку, опишите грунты с привлечением Госта. Дайте рекомендации по устранению причины провалов и застройке площадки.
Описание буровых скважин
| № скв. | № слоя | Возраст породы | Наименование породы | Мощность слоя, м | Глубина залегания УГВ, м | |
| статического | динамического | |||||
| fgQ1 C3 C1 | Песок среднезернистый Глина серая плотная Известняк серый трещиноватый закарстованный | 1,5 2,5 8,0 | 0,7 0,7 | 1,2 8,0 | ||
| fgQ C1 | Песок среднезернистый Известняк серый трещиноватый закарстованный | 3,0 9,0 | 0,8 0,8 | 7,8 | ||
| fgQ1 C3 C1 | Песок среднезернистый Глина серая плотная Известняк серый закарстованный | 2,0 1,0 7,0 | 0,9 0,9 | 1,5 8,0 |
11. В сводах памятника архитектуры XVII в., выстроенного на первой надпойменной террасе р. Казанки, образовались трещины в период строительства, а затем эксплуатации автострады и моста через реку. Для установления причин трещинообразования были пробурены 2 скважины: 1 около памятника и 2 на стыке опоры моста и дороги в 20 метрах от памятника. Постройте геологический разрез по этим скважинам, описание которых дается ниже, дайте подробную характеристику всем вскрытым скважинами породам, объясните какие геологические и инженерно-геологические процессы могли привести к деформации памятника, если известно, что опоры моста устроены на свайных фундаментах из забивных свай. Дайте рекомендации по устранению дальнейшего разрушения памятника.
Описание буровых скважин
| № скважины, абс. отм. устья, м | Геологический возраст | Мощность слоя, м | Наименование горной породы | Глубина залегания УГВ, м |
| aQ3 aQ3 aQ3 | 2,2 10,6 3,0 | Супесь пылеватая Песок пылеватый с тонкими слоями супеси Песок мелкозернистый | 11,2 |
| aQ3 aQ3 | 3,4 15,0 | Супесь иловатая Песок пылеватый | 11,6 |
12. По данным бурения трех скважин, расположенных на одной прямой на расстоянии 160 м друг от друга, постройте геологический разрез. Масштабы: горизонтальный 1:2000, вертикальный 1:500. Опишите свойства пород, вскрытых геологическими скважинами, укажите их возраст и условия образования. Спроектируйте в районе скважин 1 и 2 канал, заложите его перпендикулярно линии разреза. Абсолютная отметка дна канала 503,3 м. В каком месте поперечного разреза канала нужна наиболее надежная гидроизоляция?
Описание буровых скважин
| № скважины, абс. отм. устья, м | Геологический возраст | Мощность слоя, м | Описание горных пород | Глубина залегания уровня воды, м | |
| появив-ося | установ-ося | ||||
| dQ3-4 mN2 | 15,2 5,1 | Лёсс Песок мелкозернистый | 19,6 | 19,6 |
| dQ3-4 mN2 mN2 mN2 mN2 mN2 | 6,6 1,2 8,5 2,6 3,9 3,0 | Лёсс Песок пылеватый Глина буровато-коричневая Песок пылеватый Глина серая плотная Песок пылеватый | ||
| dQ3-4 mN2 mN2 mN2 mN2 mN2 mN2 | 1,6 5,2 2,3 8,5 2,6 3,9 2,0 | Лёсс Глина буровато-коричневая Песок пылеватый Глина серая плотная Песок пылеватый Глина Песок мелкозернистый |
Рассмотрите вариант закладки канала в районе скважины 3, с учетом того, что площадь между скважинами 1 и 2 застроена. Сравните оба варианта.
13. На равнинной реке шириной 50 м был устроен мостовой переход. Для упрощения производства работ мост был выстроен на пойме. Под ним выполнена выемка для пропуска воды (рис. 6.1). После пуска воды искусственное русло стало искривляться, устои моста и насыпь были подмыты. Мост пришел в аварийное состояние. В чем причина активной эрозии, если в канале вскрыты те же отложения, что лежат в берегах и на дне реки? Какие меры по охране основания моста и окружающей территории следовало принять до пуска воды?
14. Объясните, какие геологические процессы обусловили образование указанных ниже четвертичных отложений. Какими литологическими разностями пород они представлены? Какие индексы соответствуют им на геологических картах и разрезах.
Описание буровых скважин
| Вариант | Наименование отложений | Вариант | Наименование отложений |
| 20.1 | элювиальные | 20.7 | пирокластические |
| 20.2 | эоловые | 20.8 | делювиальные |
| 20.3 | ледниковые | 20.9 | аллювиальные |
| 20.4 | пролювиальные | 20.10 | озерные |
| 20.5 | морские | 20.11 | болотные |
| 20.6 | флювиогляциальные | 20.12 | коллювиальные |
Пример выполнения задач 1-13.
Для выяснения причин образования трещин в здании школы длиной 180 м. пробурены три скважины вдоль стены, описание которых даны ниже в таблице. В этой же таблице приведены глубины залегания уровней грунтовых вод (УГВ); статический и динамический вдоль стены здания, опишите процесс, который привел к деформации зданий.
Описание буровых скважин
| № скважин, абс. отм. устья, м | № слоя | Геологический возраст | Описание горных пород | Мощность слоя, м | Глубина заложения УГВ, м. | |
| статистического | динамического | |||||
| aQ2 aQ2 C1 | Суглинок бурый Песок мелкий серый Известняк серый трещиноватый | 1,5 0,4 11,2 | 3,1 | 9,6 | |
| aQ2 aQ2 C1 | Суглинок бурый Песок мелкий серый Известняк трещиноватый Пустое пространство, вода Известняк серый | 1,4 3,0 2,5 0,8 6,0 | 1,1 | 8,2 | |
| aQ2 aQ2 C1 | Суглинок бурый Песок мелкий серый Известняк трещиноватый Пустое пространство, вода Известняк серый | 31,8 0,6 2,0 0,4 6,0 | 3,2 | 11,2 |
Геологическое строение участка.
Известняк трещиноватый (С1) низкой прочности (Rс=3-1 МПа). Известняки в зависимости от структуры, текстуры и примесей обладают существенно разными… Песок серый аллювиальный мелкий (aQ2) Аллювиальным песчаным отложениям свойственна неоднородность гранулометрического состава, обработанная круглая форма…Гидрогеология участка.
Питание грунтовой воды происходит за счет атмосферных осадков, так как поблизости нет водоемов и рек, а суглинок имеет среднюю водопроницаемость.…Геологические процессы и явления
В данном примере до откачки механическая суффозия происходит активно вблизи поверхности земли. Она возникает на контакте двух слоев: суглинка и… Активность карстового процесса усилилась за счет резкого снижения базиса…Выводы и рекомендации
- определяется категория сложности инженерно-геологических условий строительства;
- делаются выводы о пригодности участка для строительства зданий и сооружений;
- предлагаются рекомендуемые виды защитных мероприятий от негативного антропогенного воздействия.
Категория сложности стройплощадки в зависимости от природных условий.
1. Геоморфологические – участок расположен в пределах одного геоморфологического элемента, поверхность наклонная – впадина до 3 м.
Средняя категория сложности (II)
2. Геологические –три различных по литологии слоя, залегающих наклонно. Мощность одного из них не выдержана по простиранию. Скальный грунт - известняк трещиноватый имеет неровную поверхность перекрыт маломощными слоями наскальных грунтов.
Средняя категория сложности (II)
3. Гидрогеологические – горизонт подземных вод с неоднородным химическим составом, обладающий напором
Средняя категория сложности (II)
4. Физико-геологические процессы и явления, отрицательно влияющие на условия строительства и эксплуатацию здания имеют распространение, особенно после откачки воды.
Сложная категория (III)
Общий вывод – по наиболее сложному фактору – геодинамическому – площадку можно оценить как сложную (III категория)
Для дальнейшего предотвращения разрушения стены здания следует:
· защитить основание от проникновения атмосферных и технических вод планировкой территории, устройством системы ливнеотводов и т.п.
· прекратить доступ воды в карстующиеся известняки, что может быть достигнуто нагнетанием в пустоты и трещины глинистого раствора, битума, жидкого стекла и т.д.
Пример выполнения задач 14.
К элювиальным отложениям относятся продукты выветривания остающихся на месте их образования. Выветривание – это процесс разрушения горных пород в результате действия физических, химических, биологических факторов. В процессе выветривания меняются прочность, структура, вещественный состав породы. Интенсивность выветривания зависит от геоморфологического, геологического строения района, климата, состава грунтов и т.д. Наиболее благоприятные условия складываются на водоразделах, пологих склонах, т.е. там, где продукты выветривания остаются на месте образования. Сверху вниз по разрезу выделяют зону сильного дробления пород (глинисто-щебенисто-песчаную), зону трещиноватую, зону коренных пород с отдельными трещинами.
Элювий способен легко сползать. Выемки, заложенные в нем, страдают от оползания откосов. Как основание сооружений элювий недостаточно прочен в силу его значительной трещиноватости и пористости. Если с экономической точки зрения это выгодно, то элювий лучше удалить, а сооружение возводить на невыветрелой породе. Почва – это частный случай элювия.
Основы гидрогеологии. Определение скорости и направления движения грунтовых вод.
Типичным примером плоского потока может служить движение подземных вод к траншеям, штольням и другим горизонтальным выработкам. Расход безнапорного… , (7.1) где Кф – коэффициент фильтрации; b – ширина потока, м; – средняя мощность потока, м; – средний напорный градиент…ЗАДАЧИ
1. Постройте схему и определите единичный расход грунтового потока по результатам замеров, выполненных в двух скважинах, расположенных на расстоянии 200 м по направлению течения, если коэффициент фильтрации однородных водовмещающих пород равен 5,2 м/сут. Определите действительную скорость потока.
Таблица 7.1.
| Результаты замеров | Варианты | |||||||
| № скважины | № скважины | № скважины | № скважины | |||||
| Абсолютные отметки, м: устья скважины | 32,1 | 30,3 | 22,4 | 20,7 | 56,1 | 55,3 | 83,8 | 84,1 |
| уровня грунтовых вод | 28,0 | 24,2 | – | – | – | – | 81,6 | 80,5 |
| кровли водоупора | 17,8 | 18,3 | 8,6 | 8,8 | 48,6 | 44,3 | – | – |
| Мощность h водоносного пласта, м | – | – | – | – | 5,2 | 6,7 | 3,4 | 3,2 |
| Глубина d залегания уровня грунтовых вод, м | – | – | 3,2 | 6,6 | – | – | – | – |
| Пористость, % |
2. По данным, приведенным в таблице 7.2, постройте схему и определите приток воды к совершенной скважине с круговым контуром питания при горизонтальном водоупоре.
Таблица 7.2.
| Данные для расчета | Варианты | |||||||||
| Абсолютные отметки, м: устья скважины | 31,4 | 96,7 | 54,8 | 71,3 | 29,5 | 90,5 | 50,0 | 77,5 | 35,8 | 86,8 |
| статического уровня грунтовых вод | 29,9 | – | – | 67,6 | 27,0 | – | – | 73,8 | 34,2 | – |
| динамического уровня в скважине при откачке | 25,5 | – | 47,3 | – | 23,5 | – | 42,2 | – | 29,5 | – |
| кровли водоупора | 11,6 | 78,5 | – | 58,2 | 9,8 | 72,0 | – | 64,4 | 16,5 | 68,7 |
| Глубина залегания уровня грунтовых вод, м | – | – | 2,3 | – | – | – | 2,1 | – | – | – |
| Мощность Н водоносного пласта, м | – | 14,9 | 12,5 | – | – | 13,0 | 11,0 | – | – | 13,6 |
| Понижение уровня S, м | – | 3,0 | – | 2,8 | – | 2,5 | – | 2,9 | – | 3,5 |
| Коэффициент фильтрации Кф, м/сут | 7,1 | 3,8 | 18,6 | 13,4 | 5,5 | 6,4 | 7,7 | 8,3 | 9,1 | 10,5 |
| Расстояние L от скважины до водоема,м | 82,0 | 60,0 | 74,8 | 30,0 | 42,0 | 45,6 | 55,9 | 72,1 | 75,3 | 80,0 |
| Диаметр 2r скважины, мм |
3. По данным, приведенным в таблице 7.3, постройте схему и определите приток воды к совершенной скважине, расположенной в напорном водоносном пласте.
Таблица 7.3.
| Данные для расчета | Варианты | |||||||||
| Абсолютные отметки, м: устья скважины | 42,5 | 73,4 | 65,1 | 87,3 | 40,0 | 71,4 | 61,3 | 82,5 | 48,5 | 78,4 |
| подошвы верхнего водоупора | – | 46,3 | – | 23,4 | – | 44,5 | – | 18,5 | – | 51,5 |
| кровли нижнего водоупора | 13,4 | – | – | 17,8 | 11,4 | – | – | 12,8 | 19,3 | – |
| пьезометрического уровня | 39,6 | – | 67,8 | 37,5 | – | 63,8 | 45,2 | – | ||
| динамического уровня в скважине при откачке | 36,1 | 63,8 | – | 86,6 | 34,1 | 61,7 | – | 81,0 | 42,0 | 68,9 |
| Мощность m водоносного пласта, м | – | 15,9 | – | – | – | 15,5 | – | – | – | 15,5 |
| Напор над подошвой верхнего водоупора, м | 14.2 | 22,8 | 34,9 | – | 13.9 | 21,6 | 32,5 | – | 14.8 | 21,5 |
| Напор над кровлей нижнего водоупора, м | – | – | 43,7 | 71,6 | – | – | 41,5 | 67,5 | – | – |
| Понижение уровня S, м | – | – | 4,0 | – | – | – | 3,5 | – | – | – |
| Коэффициент фильтрации Кф, м/сут | 7,1 | 3,8 | 18,6 | 13,4 | 5,5 | 6,4 | 7,7 | 8,3 | 9,1 | 10,5 |
| Диаметр 2r скважины, мм |
Инженерно-геологические изыскания
Инженерно-геологические исследования под постройку отдельных зданий и сооружений производятся на конкретном участке, где будут размещены здания.… Установлено три уровня ответственности зданий и сооружений: I-повышенный, II -… Повышенный уровень ответственности следует принимать для зданий и сооружений, отказы которых могут привести к тяжелым…Задачи
1. По результатам бурения одной скважины необходимо построить геолого-литологическую колонку, на которой видно, как залегают слои, их мощность, литологический тип, глубина залегания уровня грунтовых вод, возраст пород. Буровые колонки составляют в масштабе 1:100 – 1:500.
Таблица 8.4
| № варианта (скважины) | абс. отметка устья скважины, м | № слоя | Возраст горных пород | Описание горных пород | Мощность слоя, м | Глубина залегания уровня воды, м | |
| появ. | установ. | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 8.0 | 80,0 | аQIV аQIV аQIII аQII | Суглинок серый, средней плотности Песок мелкозернистый, влажный, рыхлый Глина тугопластичная, с тонкими прослойками песка Гравийно-галечниковые отложения с включением песка, водонасыщенные, плотные | 2,0 6,0 5,0 5,0 | 4,0 13,0 | 4,0 9,5 | |
| 8.1 | 79,2 | LQ3-4 mN2 mN2 mN2 mN2 mN2 | Лёсс Песок пылеватый средней плотности Глина тугопластичная Песок пылеватый плотный Глина тугопластичная Песок мелкий плотный | 6,6 2,2 8,5 2,6 3,9 8,0 | 29,3 | 29,3 | |
| 8.2 | 20,2 | dQ N N К К К | Суглинок бурый, полутвердый Глина полутвердая, темно-серая Песок мелкий, плотный, желтый Глина зеленая, тугопластичная песок пылеватый, плотный, серый Глина тугопластичная | 2,0 1,0 2,0 3,3 0,3 2,0 | 3,5 8,3 | 3,5 4,0 | |
| 8.3 | 51,2 | dQ4 аQ2 mQ1 | Супесь пластичная макропористая Песок мелкий средней плотности Глина с тонкими песчаными прослоями тугопластичная | 3,0 3,0 6,0 | 4,8 | 4,8 | |
| 8.4 | 45,3 | tQ4 tQ4 mQ1 N2 | Глыбы известняка-ракушечника Суглинок со щебнем Песок мелкий плотный Известняк-ракушечник | 2,0 0,5 3,6 10,0 | 9,3 | 9,3 | |
| 8.5 | 20,1 | dQ4 lQ2 lQ2 K | Суглинок полутвердый со щебнем Песок крупный плотный Песок пылеватый плотный Глина полутвердая зеленая | 0,2 1,5 3,0 5,2 | 3,0 | 3,0 | |
| 8.6 | 150,0 | аQ3 аQ3 аQ3 | Глина полутвердая Суглинок тугопластичный Песок кварцевый средней крупности средней плотности | 0,5 4,0 3,5 | 4,5 | 4,0 |
Продолжение табл.8.4
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 8.7 | 126,2 | dQ4 lQ4 gQ3 | Суглинок бурый с галькой Песчано-гравийные отложения Суглинок полутвердый красно-бурый с валунами и галькой | 1,2 6,0 4,2 | 5,5 | 5,5 | |
| 8.8 | 45,4 | tQ4 mQ1 N2 | Супесь со щебнем кирпича и древесными обломками Песок мелкий плотный Известняк-ракушечник | 3,2 4,1 10,0 | 9,1 | 9,1 | |
| 8.9 | 60,5 | dQ4 аQ1 аQ1 аQ1 | Суглинок со щебнем и глыбами Лёсс твердый Песок мелкий средней плотности Песок крупный с гравием и галькой средней плотности | 2,8 4,0 9,5 7,1 | 19,5 | 19,5 | |
| 8.10 | 97,5 | аQ4 аQ4 аQ4 С1 | Суглинок заторфованный текучепластичный Торф Песок крупный, средней плотности Алевролит трещиноватый | 4,0 4,2 3,8 6,0 | 4,0 | 1,8 |
Пример выполнения задачи 8.0:
2. В шурфе, пройденном в контуре будущего сооружения, выполнялись испытания грунтов статическими нагрузками на штамп площадью 0,5 м2. 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). Варианты заданий представлены в табл.8.5.
Таблица 8.5
| N варианта | Наименование грунта | Глубина установки штампа Н, м | Осадка штампа DS, 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 | |||
| пески | 2,3 | 0,15 | 0,60 | 1,20 | 1,05 | 1,50 | 2,45 | 3,50 | 3,50 | |
| пески | 2,5 | 0,20 | 0,50 | 0,70 | 0,60 | 0,75 | 1,20 | 1,70 | 1,30 | |
| пески | 4,4 | 0,20 | 0,60 | 0,70 | 0,60 | 0,75 | 1,10 | 1,40 | 1,90 | |
| пески | 4,9 | 1,15 | 1,40 | 1,50 | 2,05 | 2,10 | 1,80 | 2,00 | 3,50 | |
| пески | 5,0 | 0,65 | 0,60 | 1,20 | 1,30 | 1,40 | 2,50 | 3,80 | 4,25 | |
| пески | 7,3 | 0,20 | 0,55 | 0,80 | 0,75 | 0,75 | 1,00 | 1,55 | 1,40 | |
| пески | 9,7 | 0,15 | 0,70 | 0,60 | 0,75 | 1,20 | 1,70 | 1,90 | 3,20 | |
| суглинки | 7,5 | 0,05 | 0,15 | 0,05 | 0,20 | 0,35 | 0,65 | 0,80 | 1,00 | |
| супеси | 13,0 | 0,10 | 0,50 | 0,70 | 0,80 | 1,15 | 1,50 | 1,65 | 1,70 | |
| глины | 12,0 | 0,30 | 0,50 | 0,35 | 0,40 | 0,45 | 0,70 | 0,75 | 0,80 |
Коэффициент Пуассона m принимают равным: для песков и супесей m=0,30; для суглинков m=0,35; для глин m=0,42. Плотность всех грунтов r = 2×103 кг/м3.
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 DS, 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, 2DS, 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:
, (8.1)
где k – безразмерный коэффициент, зависящий от материала штампа и его формы; принимаем для круглых штампов равным 0,8; d – диаметр штампа; m - коэффициент Пуассона; Dp – приращение среднего давления по подошве штампа; Ds – приращение осадки штампа при изменении давления на Dp.
Значение Dp определяют графически в пределах условно прямолинейного участка графика. Началом участка является точка на графике, соответствующая природному давлению. За конечные значения рк и Sк — значения рi и Si соответствующие четвертой точке графика на прямолинейном участке.
Если при давлении рi приращение осадки будет вдвое больше, чем для предыдущей ступени давления рi-1, а при последующей ступени давления рi+1 приращение осадки будет равно или больше приращения осадки при рi, за конечные значения рк и Sк следует принимать рi-1 и Si-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 Dp на графике находим опытную точку 1, соответствующую полной осадке штампа при природном давлении грунта pпр на глубине установки штампа Н.
Точка 1. p1 = pпр =r×H = 20(кН/м3) × 2,5 (м) = 50 кПа = 0,05 МПа => s1=0,95мм.
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. p4=0,2МПа => s4=6,3мм.
Поскольку приращение осадки штампа при давлении 0,2 МПа не превышает двойного приращения осадки за предыдущую ступень нагружения (0,15МПа): Δs4=1,95 < 2Δs3=3,4мм, за конечное давление рк можно принять 0,2 МПа.
Следовательно, Dp = р4-р1 = 0,2 - 0,5 = 0,15 МПа и Ds = s4 - s1 = 6,3-0,95 =5,35 мм. Отсюда модуль деформаций:
15,8МПа.
2. На рис. 8.1 представлены результаты статического зондирования зондом диаметром 36 мм с регистрацией удельного сопротивления грунта под конусом зонда q и сопротивления грунта по боковой поверхности зонда f.
В пределах заданных литологических слоев по варианту определите среднее значение qЗ и fЗ и произведите оценку следующих показателей грунтов:
для песков – угол внутреннего трения φ, модуль деформации Е, плотность сложения;
для глинистых грунтов – угол внутреннего трения φ, удельное сцепление с, модуль деформации Е и показатель текучести IL.
Варианты заданий
| Вариант | № слоя | Вариант | № слоя |
| 8.1 | 1,2,3 | 8.6 | 1,3,4 |
| 8.2 | 2,3,4 | 8.7 | 2,4,5 |
| 8.3 | 3,4,5 | 8.8 | 1,5,6 |
| 8.4 | 2,5,6 | 8.9 | 1,4,5 |
| 8.5 | 1,4,6 | 8.10 | 1,5,6 |
Рис. 8.1. График статического зондирования грунтов установкой С-979: 1 – q - удельное сопротивление грунта под конусом зонда; 2 - f – сопротивление грунта по муфте трения.
При определении физико-механических характеристик грунтов в качестве показателей зондирования следует принимать:
при статическом зондировании – удельное сопротивление грунта под конусом зонда qЗ и удельное сопротивление грунта по муфте трения зонда fЗ. В случае применения зонда I типа сопротивление грунта по боковой поверхности QЗ пересчитывается для каждого инженерно-геологического элемента на удельное сопротивление грунта трению fЗ, где fЗ – среднее значение сопротивления грунта по боковой поверхности зонда, МПа, определяемое как частное от деления измеренного общего сопротивления по боковой поверхности зонда на площадь его боковой поверхности в точке зондирования;
при динамическом зондировании – условное динамическое сопротивление грунта погружению зонда р.
Пример ответа: Для интервала глубины статического зондирования 2-4 м в аллювиальных песках средней крупности получены осредненные значения qЗ = 12,0МПа и fЗ = 0,8МПа. В соответствии с прил. 8 по значению q определяют показатели, требуемые по заданию. Пески имеют среднюю плотность сложения, φ = 350, Е = 30МПа.