Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ:  Археология Биология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия ЭкологияТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву 
Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту україниСтр 1 из 5Следующая ⇒
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ ДВНЗ «ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ» ІНСТИТУТ ГІРНИЦТВА ТА ГЕОЛОГІЇ КАФЕДРА ГЕОЛОГІЇ КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ дисципліни природничо-наукової підготовки
«Інженерна геологія» Для студентів гірничо-геологічного факультету
Галузь знань: 0401 «Природничі науки» Напрям підготовки: 6.040103 «Геологія» Варіативна частина навчального плану: «Геологія пошуки та розвідка РКК»
Розроблено: асистент кафедри геології ____________________________М.С. Заборін
СХВАЛЕНО Завідувач кафедри Протокол засідання кафедри геології «___» «___________» 201__р. №___від ___ _________201__р Рецензент Ст. викладач кафедри геології____________________М.Д. Каралі
Донецьк, 2011р ЛК № 1 ПРЕДМЕТ І ЗАДАЧІ ІНЖЕНЕРНОЇ ГЕОЛОГІЇ. РОЗДІЛИ. МЕТОДИ Возникновение инженерной геологии и ее развитие были связаны со строительством различных объектов. Инженерная геология является одной из древнейших наук. Человек всегда выбирал благоприятные условия для строительства, учитывая рельеф местности, геологическое строение и другие естественные условия. Началом научных исследований и обобщения накопленного материалаинженерно-геологического характера считаются первые десятилетия XIX века. Оно было связано с развитием промышленного капитализма в Европе и России. С началом 20-х годов XIX века к решению инженерно-геологических задач стали привлекаться геологи, и условия строительства уже определялись с позиций геологической среды [2]. В начале 20-х годов XX века инженерная геология включала два направления: грунтоведение и механику грунтов. Большое значение для развития грунтоведения имели работы П.А. Земятчинского, М.М. Филатова, В.В. Охотина, В.А. приклонского, Б.М. Гуменского, И.В. Попова и др. Механика грунтов возникла на стыке физико-механических, строительных и геологических наук. Она рассматривает общие закономерности, которые вытекают из применения к горным породам законов теоретической и строительной механики.
В советское время большой вклад в развитие инженерной геологии как науки внесли Ф.П. Саваренский, Г.Н. Каменский, Н.Ф. Погребова, Н.Н. Маслова, Е.В. Милановский и др. Ф.П. Саваренский определил инженерную геологию как отрасль геологии, он указывал, что инженерная геология «должна изучать геологические процессы и физико-технические свойства горных пород, определяющие условия возведения сооружений и направление инженерно-геологических мероприятий по обеспечению устойчивости земляных масс». Инженерно-геологическая оценка территории, выбранной для строительства, определяется, прежде всего, геологическим строением. Инженерная геология занимается изучением условий строительства, выбором для строительства лучших участков, дает рекомендации по обеспечению устойчивости сооружений и нормальных условий их эксплуатации, а также изучением и прогнозом тех явлений, которые могут возникнуть под воздействием этих сооружений. Таким образом, инженерная геология – это наука о геологических условиях строительства различных сооружений и хозяйственного использования территорий.
Инженерная геология включает следующие разделы: 1. Инженерная петрология, которая изучает состав, строение и физико-механические свойства горных пород. Основная задача инженерной петрологии – изучение природы свойств горных пород; 2. Инженерная геодинамика, которая изучает процессы как естественные, так и возникшие в результате строительства; 3. Специальная инженерная геология, которая изучает условия строительства промышленных, гражданских, подземных и других сооружений, методику исследований и способы улучшения свойств пород; 4. Региональная инженерная геология, которая изучает геологические условия отдельных областей и постановки специальных исследований. Материалы инженерно-геологических исследований обычно служат обоснованием проекта. Инженерно-геологические исследования должны быть комплексными. Количественная оценка каждого фактора и явления должны позволять наметить мероприятия, обеспечивающие устойчивость проектируемых сооружений.
Теоретические задачи инженерно-геологические исследований: 1. Изучение горных пород как грунтов, которые могут служить естественным основанием и средой для строительства; 2. Изучение геологических процессов и явлений, влияющих на инженерную оценку территории; 3. Изучение территории с целью выявления закономерностей изменения инженерно-геологических условий для рационального планирования размещения крупного строительства; 4. Изучение инженерно-геологических условий месторождений полезных ископаемых с целью обоснования проектов строительства горных предприятий; 5. Разработка новых и совершенствование существующих полевых методов инженерно-геологических исследований; 6. Изучение эффективности существующих и разработка новых инженерных мероприятий по обеспечению устойчивости сооружений. Таблица 1 Вид грунта |
Степень плотности по е | |||||||
| Плотные | Средней плотности | Малой плотности | |||||||
| Крупнообломочные | e< 0,50 | 0,50 – 0,80 | e > 0,80 | ||||||
| Пески гравелистые, крупные, средние | e< 0,55 | 0,55 – 0,70 | e > 0,70 | ||||||
| Пески мелкие | e < 0,60 | 0,60 – 0,75 | e > 0,75 | ||||||
| Пески пылеватые | e < 0,60 | 0,60 – 0,80 | e > 0,80 | ||||||
| Глины, суглинки, супеси | e < 0,50 | 0,50 – 0,80 | e > 0,80 | ||||||
Таблица 2
| Влажностная характеристика | Степень влажности |
| Маловлажные | 0 –0,50 |
| Средневодонасыщенные (влажные) | 0,50 – 0,80 |
| Водонасыщенные | > 0,8 |
Супеси
Суглинки и глины
Твердая
< 0
Пластичная
1 – 1,0
Текучая
> 1,0
Влагоемкость. Под влагоемкостью породы понимают ее способность вмещать и удерживать определенное количество воды.
Породы бывают влагоемкие (глины, суглинки), средневлагоемкие (супеси, пески мелко- и тонкозернистые, пылеватые) и невлагоемкие (пески средне-, крупно- и грубозернистые, гравелистые и щебнистые породы, а также галечники).
У влагоемких пород различают влагоемкость полную, капиллярную и молекулярную. При полной влагоемкости все поры заполнены водой. Капиллярной влагоемкости соответствует насыщение водой только капиллярных пор. Под молекулярной влагоемкостью понимают способность горных пород удерживать физически связанную воду, которая находится на поверхности частиц горной породы в виде гидратных оболочек. Максимальное количество физически связанной воды образует максимальную молекулярную влагоемкость. При влажности породы равной максимальной молекулярной влагоемкости резко изменяются физико-механические свойства глин. Для многих разновидностей глин максимальная молекулярная влагоемкость соответствует влажности на пределе пластичности.
Водоотдача. Способность горных пород отдавать свободно стекающую воду называется водоотдачей. Такой способностью обладают только невлагоемкие или слабовлагоемкие породы. Водоотдача породпримерно равна разности между полной их влагоемкостью и максимальной молекулярной.
Для количественной характеристики водоотдачи служит также коэффициент водоотдачи (μв), равный отношению объема стекающей воды к объему породы, выраженной в долях единицы. Характеристика водоотдачи пород имеет большое практическое значение. От водоотдачи зависят эксплуатационные запасы подземных вод, притоки воды в горные выработки и возможность их осушения.
|
|
Водопроницаемость. Способность горных пород пропускать через себя воду под действием напора называется водопроницаемостью.
Водопроницаемость пород зависит от пористости, скважности, действующих напоров, вязкости воды, гранулометрического состава и его однородности.
Движение воды, а также других жидкостей и газов через пористые горные породы, когда все поры запомнены водой, называется фильтрацией. Различают породы водопроницаемые (галечник, гравий, песок, трещиноватые породы и др.), полуводопроницаемые (глинистый песок, супесь, суглинок, лесс и др.) и приктически водонепроницаемые (глина, тяжелый суглинок, кристаллические и осадочные нетрещиноватые породы).
На водопроницаемость большое влияние оказывает степень однородности их гранулометрического состава, а также примеси глинистых частиц и хорошо разложившейся органики. Кроме того, водопроницаемость изменяется при их уплотнении под влиянием давления вышележащих масс горных пород или сооружений, при растворении и выщелачивании солей, содержащихся в них (карст), при увеличении гидродинамического давления (суффозия). Некоторые глинистые породы в отношении водопроницаемости характеризуются ярко выраженной анизотропностью.
Мерой водопроницаемости горных пород служит коэффициент фильтрации, который прямо пропорционален напорному градиенту. При градиенте, равном единице, коэффициент фильтрации равен скорости потока:
V= Kф*i,
где V – скорость потока, см/сут, м/сут, и т.д.; К ф – коэффициент фильтрации, см/сек, м/сут, и т.д.; i – напорный градиент.
Для характеристики проницаемости пород используется также коэффициент проницаемости (Кп) и удельное водопоглощение (W). Эти коэффициенты связаны между собой следующей зависимостью:
Кп =Кф* (γв/η),
где К ф – коэффициент фильтрации, см/с; γв – удельный вес воды, г/см3; К п – коэффициент проницаемости, мД; η – вязкость жидкости, Па·с.
Удельное водопоглощение примерно равно 0,53 К ф.
Липкость, набухание, размокаемость, водонасыщение.
Таблица 4
| Фракции, мм | Содержание, % | Наименование грунтов (в скобках – окатанные) | |
| а. Крупнообломочные | |||
| > 200 | > 50 | Глыбовые (валунные) | |
| > 10 | > 50 | Щебенистые (галечниковые) | |
| > 2 | > 50 | Дресвяные (гравийные) | |
| б.Песчаные
| |||
| > 2 | > 25 | Песок гравелистый, г | |
| > 0,50 | > 50 | Песок крупный, к | |
| > 0,25 | > 50 | Песок средний, с | |
| > 0,10 | > 75 | Песок мелкий, м | |
| > 0,10 | < 75 | Песок пылеватый, п | |
Скальные и полускальные породы. Физические свойства скальных и полускальных пород характеризуются удельным весом, объемным весом, пористостью, а для полускальных пород и влажностью.
Удельным весом горной породы называют вес единицы объема ее твердой части – скелета. Численно удельный вес γу равен отношению веса твердой части породы g1 к ее объему V1: γу = g1 / V1
Единицей измерения удельного веса служит грамм-сила на кубический сантиметр Г/см3. Удельный вес горной породы с допустимой для практических целей точностью численно равен плотности ее скелета. Плотность горной породы есть ее масса в единице объема г/см3.
Объемный вес породы (γ) – это вес единицы объема горной породы естественного сложения и влажности, численно равен отношению веса породы (g1+g2) к ее объему (V1+V2): γ = (g1+g2) / (V1+V2):
Водные свойства скальных и полускальных пород характеризуют их поведение при взаимодействии с водой и оцениваются водоустойчивостью, влагоемкостью и водопроницаемостью. Два последних свойства были охарактеризованы в главе 1.2.1, остановимся подробнее на водоустойчивости. Водоустойчивость скальных и полускальных пород характеризуется размягчаемостью.
Размягчаемость оценивают коэффициентом размягчаемости Kр, численно равным отношению временного сопротивления сжатию образца породы после насыщения водой Rсж.в к временному сопротивлению сжатию до насыщения водой.
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Составление инженерно-геологического заключения является конечной целью производства изысканий для любого строительства на стадии рабочего проектирования и обычно направлено на решение вопросов, связанных с выбором инженерно-геологической модели, которая впоследствии преобразуется проектировщиком в расчетную модель основания сооружения или его среды.
Согласно рекомендациям по производству инженерно-геологической разведки инженерно-геологическое заключение состоит из пояснительной записки, графических приложений и таблицы нормативных и расчетных значений показателей свойств грунтов по каждому ИГЭ.
Пояснительная записка состоит из:
1) введения, включающего наименование объекта и и его местонахождение, вид работ и сроки выполнения, с указанием заказчика данных изыскании и основной состав исполнителей;
2) краткого описания природных условий территории с детальным изложением тех инженерно-геологических особенностей, которые будут оказывать существенное влияние на условия строительства сооружений или их эксплуатацию;
3) обоснования выделенных инженерно-геологических элементов, являющихся основой для инженерно-геологической оценки грунтовых условий с детальной характеристикой пород данного элемента;
|
|
4) обобщения показателей состава, состояния и физико-механических свойств грунтов по каждому выделенному инженерно-геологическому элементу; на основе обобщения материалов вычисляют нормативные и расчетные значения показателей свойств грунтов;
5) детальной характеристики различных инженерно-геологических процессов, необходимой не только при проектировании противооползневых, противоселевых, противопаводковых и других мероприятий, но и при строительстве в районах, где могут проявляться эти процессы;
6) прогноза изменения геологической среды при воздействии на нее различных строительных объектов в период их эксплуатации; даются рекомендации по выработке защитных мероприятий при строительстве и эксплуатации сооружений;
7) расчетной модели основания, построенной на основе инженерно-геологической модели и конструктивных особенностей сооружения.
Графические приложения представляют собой инженерно-геологическую модель, состоящую из комплекса карт, инженерно-геологических разрезов и т. д.
Экспертные инженерно-геологические заключения позволяют по материалам выполненных работ. Они направлены (выявление причин, вызвавших деформации сооружении, или рациональное применение тех или иных методов и вид. при инженерно-геологических исследованиях.
ЛК № 7 РЕГІОНАЛЬНА ІНЖЕНЕРНА ГЕОЛОГІЯ.
Региональная инженерная геология изучает закономерности формирования и распространения по территории инженерно-геологических условий, которые формируются не только под влиянием естественных процессов, но и в результате инженерной и хозяйственной деятельности человека.
Задачей региональной инженерной геологии является выделение территорий с близкой геологического историей развития и, следовательно, с сопоставимыми инженерно-геологическими условиями. Основными вопросами, подлежащими изучению, являются геологические структуры, состав пород, тектоника, строение рельефа, климат, гидрогеологические условия, геологические и инженерно-геологические процессы и явления.
Для изучения этих условий проводятся комплексные обзорные и мелкомасштабные съемки 1:100 000 – 1:500 000 масштабов. Глубинность инженерно-геологической съемки определяется ее целью и основными задачами.
Следует различать глубинность изучения инженерно-геологических условий и глубинность горно-буровых работ. Общая глубинность должна быть достаточной для того, чтобы понять геологическую историю изучаемой территории и выявить связи компонентов приповерхностных инженерно-геологических условий с глубоко залегающими породами, подземными водами, многолетнемерзлыми толщами, эндогенными и некоторыми экзогенными геологическими процессами. Для этой цели широко используются материалы предшествующих геологических и гидрогеологических съемок, а также данные геофизических исследований.
Глубинность горно-буровых работ в каждом конкретном районе определяется зотдельно в зависимости от изученности территории и взаимосвязей отдельных компонентов инженерно-геологических условий. Общее для всех районов требование – изучение такой толщи горных пород, которая может быть вовлечена в сферу воздействия инженерных сооружений массового строительства. В большинстве случаев глубина картировочных выработок не должна превышать 10–20 м.
Государственное инженерно-геологическое картирование производится обычно в масштабе 1:200 000. Однако в районах с простыми инженерно-геологическими условиями этот масштаб может быть уменьшен до 1:500 000, в районах со сложными условиями – увеличен до 1:100 000.
Сложность инженерно-геологических условий определяется следующим образом:
- Простые однородные геоморфологические условия – в геологическом строении верхней 10-метровой толщи принимают участие не более трех слоев горных пород, различных по номенклатуре, возрасту, генезису с горизонтальным или пологим залеганием. Уровни грунтовых вод выдержаны по площади. Горные породы находятся в талом состоянии. Современные геологические процессы не развиты;
- средней сложности неоднородные геоморфологические условия – в геологическом строении верхней 10-метровой толщи принимают участие более трех слоев горных пород, часто залегающих наклонно или выклинивающихся. В слоях одного и того же номенклатурного виды возможны включения прослоев и линз других видов. Положение уровня грунтовых вод испытывает значительные колебания по площади. Температура многолетнемерзлых пород ниже – 30С. Современные геологические процессы развиты незначительно на ограниченных участках. Деформации существующих сооружений редки и незначительны;
- сложные условия отличаются теми же признаками, но, кроме того, многолетнемерзлые горные породы имеют температуру до – 30С. Современные геологические процессы, имеющие существенное инженерное значение, развиты широко, а деформации существующих сооружений часты и значительны.
Минимальные размеры объектов, изображаемых на картах масштаба 1:200 000 – 0,36 км2; 1:100 000 – 0,1 км2 и 1:500 000 – 2,25 км2. Объекты, особенно важные в инженерно-геологическом отношении, картируются независимо от их размеров, и при малых величинах показываются внемасштабным знаком. Точность проведения границ на картах ± 1 мм. Государственная инженерно-геологическая карта масштаба 1:200 000 (1:100 000–1:500 000) составляется в полистной разграфке.
По своему назначению эти карты предназначены для использования организациями, планирующими и проектирующими строительство объектов народного хозяйства. Все эти организации руководствуются Строительными нормами и правилами (СНиП).
Для масштабов 1:100 000 – 1:500 000 эти сведения могут быть менее детальными, чем те, которые используются непосредственно при проектировании отдельных сооружений, но преемственность в содержании среднемасштабных и крупномасштабных карт должна быть соблюдена. Эта информация включает сведения о геологическом строении, петрографическом составе, состоянии и физико-механических свойствах горных пород, о гидрогеологических условиях, о неблагоприятных современных геологических процессах и явлениях.
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
