Организация и методы инженерно-геологических изысканий. Подготовительный этап. Инженерно-геологическая съемка.

Инженерно-геологические изыскания(И-Г) — производственный процесс получения, накопления и обработки И-Г информации для обеспечения строительного проектирования исходными данными об инженерно-геологических условиях района (площадки, участка, трассы).Под И-Г условиями понимается совокупность компонентов геологической среды, которые могут оказать влияние на проектируемые здания и сооружения (рельеф и геоморфология, геологическое строение, подземные воды, состав, состояние и свойства грунтов, опасные геологические процессы).Одной из важнейших задач И-Г изысканий является прогнозирование возможных изменений в сфере взаимодействия проектируемого сооружения с геологической средой.

И-Г работы обычно выполняют в три этапа: 1)подготовительный; 2) полевой; 3) камеральный.

Подготовительные работы включают изучение района по архивным, фондовым и литературным материалам. Осуществляется подготовка к полевым работам.

В полевой период выполняется И-Г съемка, И-Г разведка и опытно-полевые исследования грунтов.

И-Г съемка - это комплекс изучение геологич усл с выездом на место строительства. Проводится в виде маршрутных наблюдений по заданной масштабной сетке. Эта работа дает возможность оценить территорию со строительной точки.

В к амеральный период производится обработка полевых материалов. На основе полученных данных составляют инженерно-геологиче­скую карту района строительства.

18)Геологоразведочные работы. Отбор образцов пород и проб воды.

Это изучение геологических условий на необходимую глубину с использованием искусственных геологических выработок, проводится непосредственно на участке под размещаемым зданием.

На этом этапе отбирают образцы грунта, воды для последующих лаб исследований для зданий высотой более пяти этажей. явл обязательным проведение полевых испытаний грунтов опытными нагрузками.

При изысканиях для строительства зданий и сооружений в основном применяются буровые скважины и шурфы.

Шурф -это колодцеобразная выработка прямоуг сечения. Недостатками шурфов явл небольшая глубина и трудности ус-ва в рыхлых и водонасыщ грунтах. Преимущества: возможность осмотра стенок для более точного определения границы слоев залегания, возможность отбора образцов любых размеров. Пробы грунта в разведочных выработках отбирают послойно через каждый 0,5-1 м.Из всех образцов около 10% отправляют для лаб исследования. Для исследования грунтов обязательно отбор монолита образцов с сохранением естественной плотности и влажности.

Буровая скважина - это вертик или наклонн выработки малого диаметра 100-150 мм, выполн буровым инструментом. Глубина определяется задачами и редко превышает 30-4 м. Из буровых скважин отбирают цилиндрич монолит высотой 20-30 см, поле отбора немедленно парафинируют.

Кол во подземных вод из каждого водоносного слоя должно быть не менее 3-х проб. Исслед подземных вод проводится с целью определения агрессивности по отношению к строй материалам. Кроме монолитов в грунтах отбирают образцы наружней структуры, для каждого образца не менее 0,5 кг.

Геофизические исследования.

Геофизические методы основаны на изучении распространения в толще пород искусственно создаваемых волн (сейсмических, радиоволн). Эти методы позволяют сократить объем разведочных выработок и является сопутствующим. С их помощью можно изучать глубину залегания подземных вод, скальных пород, геологические процессы. В практике инженерных изысканий в основном применяют сейсморазведку и электроразведку. В последнее время начинают развиваться георадарное направление.

Сейсмические методы основаны на различие в скоростях распространения упругих колебаний естественно и искусственно создаваемых. Электроразведка основана на исследовании искусственно создаваемого в массиве пород эл. поля. Каждая порода хар-ся своим удельным сопротивлением. Чем больше рознятся удельные сопротивления смежных слоев, тем точнее рез-ты электроразведки.

Сезонная и вечная мерзлота.

Сезонная мерзлота. Результатом смены времен года является периодическое сезонное промерзание и протаивание некоторого приповерхностного горизонта земной коры. Слой сезонного промерзания и протаивания называется деятельным слоем. Различают слой сезонного протаивания, расположенный над мерзлотой, и слой сезонного промерзания над талым субстратом. При этом исходят из того положения, что существуют постоянно мерзлая толща пород (многолетняя мерзлота) и постоянно талая толща (за пределами области многолетней мерзлоты). Для первой характерно сезонное протаивание, т. е. потенциальное сезонное промерзание вуалируется наличие многолетней мерзлоты; для второй характерно сезонное промерзание, так как потенциальное протаивание здесь не проявляется из-за малой глубины зимнего промерзания. Поэтому и даны названия – слой сезонного протаивания для области многолетней мерзлоты и слой сезонного промерзания – для области вне многолетней мерзлоты. Сегодня все чаще пользуются иными названиями: деятельный слой над многолетнемерзлым субстратом, имея в виду сезонное промерзание и протаивание над многолетней мерзлотой и деятельный слой над талым субстратом, имея в виду сезонное промерзание над талой толщей горных пород. В деятельном слое происходят наиболее значительные годовые колебания температур, совершается наибольшая часть годовых теплооборотов, наиболее интенсивно развиваются физические, физико-химические и геологические процессы.

Многолетняя мерзлота - это мерзлые горные породы, характеризующиеся температурой от 0° и ниже, содержащие в своем составе лед и находящиеся в таком состоянии в течение трех и более лет. Мощность слоев вечной мерзлоты от 1-2 до нескольких сотен метров. По характеру распространения многолетняя мерзлота может быть разделена на три зоны: 1 - сплошная, 2 - мерзлота с островами талых грунтов и 3 - островная (острова мерзлоты среди талых пород). Каждая из этих зон характеризуется различными мощностями и температурами мерзлых толщ. При этом и внутри зон мощности и температуры изменяются в направлении с севера, на юг – мощности уменьшаются, температуры повышаются.

 21) Грунты как трехфазные полидисперсные системы. Классификация грунтов по ГОСТ 25100-2011. Гранулометрический состав грунтов. Понятие о фракциях.

Грунт - любая горная порода, залегающая на поверхности земной коры и использующаяся в стр-ве или народном хоз-ве. Грунт в отличии от горных пород представляет собой многофазную систему. Дисперсные грунты представляют собой многофазную систему. Они состоят из двух или более веществ, распределённых одно в другом.

газообразная/воздух

жидкая/ вода

твердая/минеральные частицы

 

Состоит из 3-х фаз: тв. фаза (скелет грунта из минералов), жидкая фаза (вода в порах), газообразная фаза (воздух в порах). Грунт может быть 2-3х фазным.

В ГОСТ 25100-2011 “Грунты. Классификация” происходит разделение грунтов на след. классы:

· Скальные грунты- структуры с жесткими кристаллизационными связями между зернами. Залегают в виде сплошного массива или трещиноватого слоя. Прочность на сжатие R_c> 5Мпа.

· Дисперсные грунты разделяются на 2 группы: связные (с водно-коллоидными связями между зернами) и несвязные (с механич. связями между зернами).

· Мерзлые грунты имеют криогенные структурные связи, т.е. цементом яв-ся лёд. В состав класса входят все породы, находящиеся в условиях отриц. температур.

· Техногенные грунты- природные породы, которые были подвергнуты физич. или физико-химич. воздействию.

Гранулометрический состав грунтов - относительное содержание в горной породе или искусственной смеси частиц различных размеров независимо от их химического или минералогического состава. Частицы, близкие по крупности, объединяют в группы, которые называют гранулометрическими (зерновыми) фракциями. Гранулометрический состав грунта, т. е. весовое содержание в нем различных фракций, выраженное в процентах по отношению к общему весу сухого грунта, весьма разнообра­зен и оказывает большое влияние на его важнейшие физико-ме­ханические свойства. Делятся на 5 видов: 1) гравелистые пески (преобладают частицы крупнее 2х мм); 2) пески крупные (частицы от 0,5-2 мм); 3)пески средней крупности (частицы от 0,25 до 0,5 мм); 4) пески мелкие (частицы 0,1-0,25 мм), 5) пески пылеватые (частицы менее 0,1 мм).

22) Основные физические характеристики грунтов и способы их определения. Производные физические характеристики грунтов.

Следует выделить три основные физические характеристики грунта: плотность грунта, влажность и плотность частиц грунта.

Основными они называются потому, что определяются только экспериментальным путем и служат для расчета других, так называемых производных характеристик.

Основные физич. хар-ки:

1) Плотность грунта- масса единицы объема грунта в условиях естественного залегания. (г/см³). Определяется методом режущих колец.

2) Плотность твердых частиц грунта- масса единицы объема минер. части грунта абсолютно не имеющая пустот.

3) Природная влажность - отношение массы воды, содержащейся в порах грунта к массе сухого грунта. Определяется путем высушивания образца при температуре 100-105^оС до постоянной массы.

Производные хар-ки грунта:

1) Плотность сухого грунта- отношение массы минер. частиц ко всему объему грунта. .

2) Пористость грунта- отношение объема пор ко всему объему грунта. .

3) Коэффициент пористости- отношение объема пор к объему минеральных частиц грунта. .

4) Коэффициент водонасыщения показывает степень заполнения объема пор водой. .

 

23) Показатели пластичности и текучести грунтов. Способы определения характерных влажностей грунтов.

 

Пластичность грунта определяется двумя пределами влажности.

 

WP - нижняя граница пластичности (границей раскатывания) считают такую влажность, при которой грунт, раскатываемый в жгут диаметром 3 мм, начинает распадаться на кусочки длиной 3-8 мм.

Определение границы раскатывания состоит в подборе (путем подсушивания) такой влажности, при которой из грунта удается получить требуемый жгут.

 

W_L – верхняя граница пластичности, определяется стандартным конусом весом в 76 грамм и углом при вершине 30^о . Если конус погружается в грунтовое тесто на 10 мм за 5 секунд, то условно принимается, что влажность на границе пластичности.

 

Числом пластичности Iр называют разность влажностей, соответствующих двум состояниям грунта: на границе текучести WL и на границе раскатывания Wp.

По числу пластичности определяют литологический тип глинистого грунта. 1≤ ≤7 – супесь, 7< ≤ 17- суглинок, 17 < - глина.

Для оценки состояния глинистых грунтов служит показатель текучести

.

Если <0 –грунт твердый, 0≤ ≤1 – грунт пластичный, >1- грунт текучий.

24) Сжимаемость грунтов. Компрессионная зависимость. Закон уплотнения. Характеристики сжимаемости. Лабораторные и полевые методы определения характеристик деформативности грунтов.

Сжимаемостью называют способность грунтов уменьшаться в объеме под действием внешней нагрузки. Сжимаемость обусловлена уменьшением пористости, а частички скелетной части грунта и вода в порах несжимаемы.

Сжимаемость грунтов при испытании компрессионным методом характеризуется компрессионной кривой, выражающей зависимость изменения коэффициента пористости от давления, передаваемого на грунт.

 

 Метод компрессионного сжатия используют для определения следующих характеристик деформируемости: коэффициента сжимаемости m_о, модуля деформации Е, структурной прочности на сжатие Р_str. Эти характеристики определяют по результатам испытания образцов грунта в компрессионных приборах (одометрах), исключающих возможность бокового расширения образца грунта при его нагружении вертикальной нагрузкой. Характеристики сжимаемости (деформативности) необходимы для расчета осадок оснований и земляных сооружений.

- закон уплотнения грунтов.

Полевые методы:

 Штамповые испытание и прессиометрические испытания. Штамповые испытания проводятся в шурфах, котлованах или на поверхности земли инвентарными жесткими штампами. На дно выработки устанавливают штамп, на выровненную песчаную подготовку прикладывают ступенчатую возрастающую нагрузку Р. Геодезическими методами или прогибомерами замеряют осадку штампа S. По результатам испытания строят график S=f(P). На графике выделяют прямолинейный участок и по формуле определяют модуль общей деформации .

Прессиометрические испытания проводят в заранее подготовленных буровых скважинах диаметром не менее 89 мм, глубиной до 25 м. Рабочую камеру прессиометра в виде резиновой оболочки опускают на необходимую глубину. Под давлением Р подают в камеру рабочую жидкость. По расходу жидкости определяют увеличение диаметра камеры

.