До виконання модульних контрольних робіт

з дисциплін:

“Інженерна геологія” та “Інженерні вишукування”

 

Харків ХДТУБА 2006

Міністерство освіти і науки України

 

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

Спеціальність: 6.092100

(7.092101, 8.092101)

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

До виконання модульних контрольних робіт

з дисциплін:

“Інженерна геологія” та “Інженерні вишукування”

 

Затверджено на засіданні

Кафедри основ,

Фундаментів та

Інженерної геології.

Протокол №8 від 12.05.2006 г.

Харків ХДТУБА 2006

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ до виконання модульних контрольних робіт з дисциплін “Інженерна геологія” та “Інженерні вишукування” для студентів зі спеціальності 6.092100 (7.092101, 8.092101) «Промислове та цивільне будівництво» / Укладачі: В.Ю. Єгупов, О.В. Самородов, М.М. Путятін, О.І. Бондаренко – Харьків, ХДТУБА, 2006. – 56 стор.

 

Рецензент: В.О. Воблих

 

 

Кафедра основ, фундаментів та інженерної геології

 

ВСТУП

 

Основною метою курсів «Інженерна геологія» та «Інженерні вишукування» для студентів спеціальності «Промислове та цивільне будівництво» є вивчення теоретичних основ і опанування практичними навичками у питаннях інженерно-геологічних та гідрогеологічних умов середовища.

Завданням курсу, згідно з типовою програмою і кваліфікаційною характеристикою, є набуття знань для оцінки будівельних властивостей грунтів, як основи фундаментів і середовища підземних частин споруд, а також як матеріалів для будівництва; види ендогенних та екзогенних процесів і засоби боротьби з небезпечними природними і техногенними процесами і явищами; особливості вибору будівельних ділянок і розташування на них споруд.

 

У результаті вивчення дисциплін студент повинен:

 

ЗНАТИ:

- загальну класифікацію грунтів;

- методи визначення показників фізико-механічних властивостей грунтів;

- види підземних вод, умови їх розташування і руху, хімічний склад;

- види і особливості небезпечних інженерно-геологічних процесів і явищ;

- склад вишукувальних робіт та їх призначення.

 

ВМІТИ:

- розрахувати показники фізико-механічних властивостей грунтів та класифікувати грунти згідно з цими показниками;

- будувати інженерно-геологічний розріз і карту гідроізогіпс;

- давати оцінку інженерно-геологічним і гідрогеологічним умовам території будівництва та прогнозувати розвиток небезпечних процесів і явищ.

 

Дисципліни базуються на знаннях геологічних наук, фізики, хімії, математики, геодезії.

Набуті навички будуть надалі використовуватися під час виконання курсових робіт та безпосередньо у дипломному проектуванні.

 

1 ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

 

1.1 Застосування сучасних методів будівництва дозволяє освоювати різноманітні, навіть дуже несприятливі за геоморфологічними умовами ділянки. Для оцінки доцільності витрат і встановлення об'єму необхідних для освоєння території інженерних заходів проводяться інженерно-геологічні та гідрогеологічні дослідження.

1.2 Результати досліджень дозволяють встановити геологічні, інженерно-геологічні умови зведення різних будівель і споруд (цивільних, промислових, гідротехнічних та ін.), зіставити окремі ділянки за цих умов, визначити можливий вплив споруд на стан і властивості грунтів основ. Таким чином з'являється можливість ухвалити обгрунтовані проектні рішення і здійснити інженерні заходи щодо забезпечення стійкості та експлуатаційної надійності будівель та споруд.

1.3 Метою курсів “Інженерна геологія” та “Інженерні вишукування” є вироблення у студентів навиків оцінки геологічних, інженерно-геологічних і гідрогеологічних умов території майбутньої забудови за даними інженерних досліджень.

 

2 Зміст МОДУЛЬНИХ КОНТРОЛЬНИХ робІт

і порядок їХ виконання

 

2.1 У процесі вивчення дисципліни “Інженерна геологія” передбачено самостійне виконання студентами п’яти контрольних робіт за наступними темами:

- визначення повного класифікаційного найменування грунтів досліджуваної ділянки (контрольна №1);

- побудова інженерно-геологічного розрізу (контрольна №2);

- побудова карти гідроізогіпс (контрольна №3);

- оцінка якості і властивостей підземних вод за їх хімічним складом (контрольна №4);

- оцінка інженерно-геологічних і гідрогеологічних умов території (контрольна №5).

2.2 Кожний студент отримує індивідуальне завдання за одним з 10 варіантів плану розміщення свердловин і за одним з 20 варіантів інженерно-геологічних і гідрогеологічних умов території.

2.3 У контрольній роботі №1 на основі аналізу вихідних даних про геологічну будову повинно бути визначено повне класифікаційне найменування кожного виду грунту, детально описана послідовність визначення і отримано результат. Для визначення ступеня неоднорідності уламкових грунтів слід побудувати інтегральні криві гранулометричного складу.

2.4 У контрольній роботі №2, використовуючи результати визначення грунтів і дані про глибини залягання кожного шару, а також глибину рівня грунтової води (РГВ), слід побудувати інженерно-геологічний розріз.

2.5 У контрольній роботі №3 за даними про абсолютні відмітки гирл свердловин, які наведені на плані розташування свердловин і глибинах залягання РГВ, будується карта гідроізогіпс.

2.6 У контрольній роботі №4 виконується обробка даних по хімічному складу підземних вод, на основі якої повинна бути зроблена попередня оцінка придатності води для водопостачання та її агресивності по відношенню до матеріалів підземних конструкцій та споруд.

2.7 Контрольна робота №5 є узагальненням попереднього матеріалу, тобто перших чотирьох контрольних робіт. На основі вивчення геологічної будови та гідрогеологічних умов території повинно бути зроблено висновок, у якому ступені вони сприятливі або несприятливі для будівництва. Слід визначити, які грунти відносяться до міцних, а які до слабких; зробити оцінку ступеня підтоплення ділянки грунтовими водами; зробити попередній прогноз зміни геологічних та гідрогеологічних умов у майбутньому та надати оцінку можливому розвитку інженерно-геологічних процесів та явищ.

 

3 ВИЗНАЧЕННЯ ПОВНОГО КЛАСИФІКАЦІЙНОГО НАЙМЕНУВАННЯ ГРУНТІВ

Грунтами називаються будь-які гірські породи або тверді відходи виробничої і господарської діяльності людини, що є багатокомпонентною системою, яка змінюється в часі та використовується як основа, середовище або будівельний матеріал.

Для будівельних цілей грунти поділяються на 4 класи:

- природні скельні;

- природні дисперсні (нескельні);

- природні мерзлі;

- техногенні.

У даній роботі розглядаються тільки скельні і нескельні грунти, як найпоширеніші при використанні в інженерно-будівельній практиці людини.

 

3.1 Визначення класу грунту

 

Усі грунти за будівельними властивостями діляться на два класи:

1 Скельні грунти - грунти з жорсткими структурними зв'язками (кристалізаційними, цементаційними та ін.), наприклад, граніт, вапняк, пісковик;

2 Нескельні грунти -грунти без жорстких структурних зв'язків, наприклад, пухкі: пісок, гравій, щебінь та ін., а також грунти із слабкими колоїдними зв'язками - зв'язні пилувато-глинисті грунти: глина, суглинок, супісок та ін.

До скельних грунтів здебільшого відносяться породи магматичного (граніт, базальт, габро та ін.) і метаморфічного (мармур, гнейс та ін.) походження, а також зцементовані осадкові породи (вапняк, пісковик, доломіт, крейда та ін.), зв'язки між частинками яких придбали жорстку структуру за допомогою різних видів природних цементів (кременистий, карбонатний, залізистий, сульфатний, глинистий).

Нескельні грунти є продуктами вивітрювання скельних грунтів різного розміру:

1) великоуламкові (валуни, щебінь та ін.);

2) піщані різного розміру (піски крупні, піски середньої крупності та ін.);

3) пилувато-глинисті (супіски, суглинки і глини).

В цілому скельні грунти відрізняються підвищеною міцністю, стійкістю до руйнування, великою щільністю, тому вони є надійними основами будівель та споруд.

Використання грунтів в інженерній практиці вимагає знання їх фізико-механічних властивостей, які описуються їх повним класифікаційним найменуванням.

 

3.2 Визначення повного класифікаційного найменування скельних грунтів

 

3.2.1 За міцністю скельні грунти розділяють за показником R_с – границя міцності на одноосьове стиснення у водонасиченомустані, МПа.

Скельні грунти, які мають R_с £5МПа, називаються напівскельними.

Різновиди грунтів залежно від R_с наведені в табл. 1.

 

Таблиця 1 – Різновиди грунтів

Різновиди грунтів	Показник Rс, МПа
СКЕЛЬНІ ГРУНТИ
Дуже міцні	Rс > 120
Міцні	120 ³ Rс > 50
Середньої міцності	50 ³ Rс > 15
Маломіцні	15 ³ Rс > 5
НАПІВСКЕЛЬНІ ГРУНТИ
Зниженої міцності	5 ³ Rс > 3
Низької міцності	3 ³ Rс ³ 1
Дуже низької міцності	Rс < 1

 

Крім того, в класі скельних грунтів виділяються також штучні – закріплені у природному заляганні тріщинуваті скельні та нескельні грунти. Ці грунти поділяються за способом закріплення (цементація, силікатизація, бітумізація, випал та ін.) та визначаються за табл. 1.

3.2.2 Показник розм’якшення -коефіцієнт розм’якшенняу воді k_saf, який визначається співвідношенням:

,

де R_с і R_s - границя міцності зразків грунту на одноосьове стиснення, відповідно у водонасиченому і повітряно-сухому станах, МПа.

За показником розм’якшенняскельні грунти діляться згідно табл. 2.

Таблиця 2 – Різновиди грунтів

різновидИ грунтів	показник ksaf
Нерозм'якливі	ksaf ³ 0,75
Розм'якливі	ksaf < 0,75

 

3.2.3 Показником вивітрювання грунту, який характеризує ступінь руйнування грунту під дією таких чинників вивітрювання, як коливання температури, дія кисню, води, вітру, сонячної радіації та ін., є коефіцієнт вивітрювання k_wr, який дорівнює:

;

де r - щільність грунту, який досліджується, г/см³ (т/м³);

r_м – щільність цього ж грунту в монолітному (незруйнованому) стані, г/см³ (т/м³).

За показником вивітрювання скельні грунти поділяють згідно з табл. 3.

Таблиця 3 – Скельні грунти

скельні грунти	характеристика масивів грунтів і ступінь їх руйнування
Незруйновані (монолітні)	Суцільний масив kwr = 1
Слабовивітрілі (тріщинуваті)	Незміщені окремості (глиби) 1 > kwr ³ 0,9
Вивітрілі	Скупчення уламків, що переходять у тріщинувату скелю 0,9 > kwr ³ 0,8
Дуже вивітрілі (рухляки)	Весь масив у вигляді окремих уламків kwr < 0,8

3.2.4 У деяких грунтах напівскельного типу можуть міститися різні солі, розчинення яких може негативно позначитися на механічних властивостях грунту.

За показником засоленості – відсотковому вмісту легко- і середньорозчинної солі в масі абсолютно сухого грунту виділяють різновиди відповідно до табл. 4.

Таблиця 4 – Різновиди грунтів

 

різновиди грунтів	показник ЗАСОЛЕНОСТІ, %
Незасолені	Менше 2
Засолені	2 і більше

 

3.2.5 Деякі види скельних і напівскельних грунтів, що мають осадочне походження, можуть розчинятися у воді. Відповідно до ступеня розчинності грунти поділяються згідно з табл. 5.

Таблиця 5 – Різновиди грунтів

 

різновиди грунтів	ступінь розчинності, г/л
Нерозчинні	Менше 0,01
Важкорозчинні: Вапняк, доломіт	0,01 – 1
Середньорозчинні: Крейда, гіпс, ангідрит	1 – 10
Легкорозчинні: Кам'яна і калійна сіль	Більше 10

 

3.3 Визначення повного класифікаційного найменування нескельних грунтів

 

3.3.1 Природні нескельні грунти поділяються на дві групи:

1) уламкові грунти – незв'язні пухкі грунти, що не мають пластичності;

2) пилувато-глинисті грунти – зв'язні грунти, що мають пластичність.

 

Таким чином, наявність або відсутність пластичних властивостей у грунті є підставою для віднесення його до вказаних груп.

 

3.3.2 Уламкові грунти підрозділяються на дві підгрупи:

1) великоуламкові грунти;

2) піщані грунти.

Класифікують уламкові грунти за їх гранулометричним складом з наданням відповідного найменування. Гранулометричний склад встановлюється, як правило, ситовим методом. Оцінка закругленості частинок грунтів виконується шляхом візуального огляду.

3.3.2.1 Найменування великоуламкового грунту залежно від відсоткового вмісту фракцій (уламків) різного розміру вибирають відповідно до табл. 6.

 

Таблиця 6 – Найменування грунту

Найменування грунту	Розміри уламків (фракцій), мм	Вміст уламків (фракцій), %
Із закруглених уламків	З незакруглених уламків
Валунний грунт	Бриловий грунт	>200	>50
Гальковий грунт	Щебенистий грунт	>10	>50
Гравійний грунт	Жорстовий грунт	>2	>50

 

3.3.2.2 Найменування піщаного грунту залежно від відсоткового вмісту фракцій вибирають згідно з табл. 7.

 

Таблиця 7 – Найменування грунту

Найменування грунту	Розміри уламків (фракцій), мм	Вміст уламків (фракцій), %
Пісок гравійний	>2	>25
Пісок крупний	>0,5	>50
Пісок середньої крупності	>0,25	>50
Пісок дрібний	>0,1	³75
Пісок пилуватий	>0,1	<75

 

3.3.2.3 Ступінь вологості грунту -це показник, який є мірою заповнення пор грунту водою, який визначається за формулою:

,

де V_w – об'єм води, см³;

V_п – об'єм пор, см³;

e – коефіцієнт пористості грунту, рівний

;

V_s – об'єм твердих частинок, см³;

r – щільність грунту природної вологості, г/см³;

r_s – щільність частинок грунту, г/см³;

r_w – щільність води, яка дорівнює 1 г/см³;

W=m_w/m_s – природна вологість грунту, од.;

m_w – маса води в грунті, г;

m_s – маса твердих частинок грунту (маса сухого грунту).

За ступенем вологості великоуламкові та піщані грунти поділяються на різновиди відповідно до табл. 8.

Таблиця 8 – Різновиди грунтів

РІЗНОВИДИ ГРУНТІВ	СТУПІНЬ ВОЛОГКОСТІ Sr, од.
Маловологі	Sr £ 0,5
Вологі	0,5 < Sr £ 0,8
Насичені водою	0,8 < Sr £ 1,0

 

3.3.2.4 Щільність будови пісків визначається за табл. 9 відповідно до найменування піщаного грунту і величини коефіцієнта пористості е.

Таблиця 9 – Найменування піщаного грунту

НАЙМЕНУВАННЯ ПІЩАНОГО ГРУНТУ	ЩІЛЬНІСТЬ БУДОВИ ПІСКІВ
Щільні	Середньої щільності	Пухкі
Гравійні, крупні та середньої крупності	е < 0,55	0,55 £ е £ 0,70	е > 0,70
Дрібні	е < 0,60	0,60 £ е £ 0,75	е > 0,75
Пилуваті	е < 0,60	0,60 £ е £ 0,80	е > 0,80

 

3.3.2.5 Ступінь неоднорідності С_u встановлюється тільки для піщаних грунтів.

Для визначення ступеня неоднорідності С_u необхідно побудувати інтегральну криву гранулометричного складу грунту (див. рис. 3.1). Крива гранскладу є графіком, який відображає сумарний відсоток по масі всіх фракцій (уламків) до певного діаметра.

Для побудови кривої на осі абсцис відкладають діаметри частинок в міліметрах, починаючи з найдрібнішої фракціі, а на осі ординат - відсотковий вміст фракцій.

Після побудови інтегральної кривої з точок її перетину з лініями 10% і 60% опускають перпендикуляри на вісь абсцис і визначають ефективні діаметри фракцій d₁₀ і d₆₀. Потім знаходять ступінь неоднорідності грунту С_u за формулою:

С_u=d₆₀/d₁₀,

де d₆₀ – діаметр частинок, менше за які в даному грунті міститься по масі 60% частинок;

d₁₀ – діаметр частинок, менше за які в даному грунті міститься по масі 10% частинок.

За ступенем неоднорідності піщані грунти діляться на три підгрупи:

1) при С_u < 3 – однорідний грунт;

2) при 6 ³ С_u ³ 3 – неоднорідний грунт;

3) при С_u > 6 – дуже неоднорідний грунт.

3.3.2.6 Відносний вміст органічних речовин в пісках визначається показником I_om:

- I_om £ 0,03 – піски без домішок органічних речовин;

- 0,03 < I_om £ 0,1 – піски з домішкою органічних речовин;

- I_om > 0,1 – піски заторфовані.

3.3.3 Найменування пилувато-глинистого грунту визначається його пластичними властивостями або пластичністю.

Кількісною характеристикою пластичних властивостей грунту є число пластичності I_Р, яке дорівнює різниці вологості грунту на межі текучості W_L і на межі розкочування W_P, тобто записується у вигляді:

I_Р=W_L - W_P.

За числом пластичності пилувато-глинисті грунти поділяються на три види (табл. 10).

Таблиця 10 - Найменування пилувато-глинистого грунту

Найменування пилувато-глинистого грунту	Число пластичності IP
Супісок	0,01 £ IP £ 0,07
Суглинок	0,07 < IP £ 0,17
Глина	IP > 0,17

При I_P < 0,01 грунт слід відносити до піщаних грунтів.

3.3.3.1 Консистенція пилувато-глинистого грунту I_L – це показник, що характеризує його стан, який визначається за формулою:

,

де W – природна вологість грунту, од.;

W_P – вологість грунту на межі розкочування (коли грунт можна розкотати у жгут товщиною 3 мм, який кришиться по всій довжині на окремі кусочки довжиною 3-10 мм), од.;

W_L – вологість грунту на межі текучості (коли в грунт занурюється стандартний балансирний конус на 10 мм за 5 секунд), од.;

I_P - число пластичності, од.

Різновиди пилувато-глинистих грунтів за показником I_L наведені в табл. 11.

 

Таблиця 11 – Різновиди пилувато-глинистих грунтів

Різновиди пилувато-глинистих грунтів	Показник текучості IL
Супіски:
Тверді	IL < 0
Пластичні	0 £ IL £ 1
Текучі	IL > 1
Суглинки і глини:
Тверді	IL < 0
Напівтверді	0 £ IL £ 0,25
Тугопластичні	0,25 < IL £ 0,5
М’якопластичні	0,5 < IL £ 0,75
Текучопластичні	0,75 < IL £ 1
Текучі	IL > 1

 

3.3.3.2 Відносний вміст органічних речовин в пилувато-глинистих грунтах I_om визначається наступними межами:

- I_om £ 0,05 – грунт без домішки органічних речовин;

- 0,05 < I_om £ 0,1 – грунт з домішкою органічних речовин;

- I_om > 0,1 – грунт заторфований.

 

3.3.3.3 Набухання та усадка пилувато-глинистих грунтів

Набуханням називають властивість деяких грунтів при зволоженні збільшуватися в об'ємі (набухати) як за рахунок потовщення водних оболонок навкруги колоїдних частинок, так і за рахунок хімічних процесів, що спричиняють за собою зміну складу і об'єму самих частинок.

Набухати можуть практично всі глинисті грунти, у тому числі суглинки делювіального і елювіального походження.

Яскраво виражені набухаючі властивості мають стрічкові глини, що містять мінерал монтморилоніт, які при замочуванні здатні збільшувати свій об'єм майже в 4 рази.

Усадка – це зворотний набуханню процес, який викликає зменшення об'єму і лінійних розмірів зразка грунту при висиханні.

 

3.3.3.4 Просадочність лесових грунтів – це явище, яке пов'язане з дією води на структуру грунту з подальшим її руйнуванням. При цьому додаткова деформація (просідання) лесового грунту може відбуватися як під дією його власної ваги, так і при сумарному тиску власної ваги грунту і ваги будівлі (споруди).

До грунтів просадочних відносяться суглинки, рідше глини і супіски, з високим коефіцієнтом пористості е³0,7 і низькою природною вологістю W від 8 до 17 % (S_r £0,5; W < W_Р), а також низькою щільністю в сухому стані r_d=1,6 г/см³.

 

Примітка. Показники і типи набухаючих та просадочних грунтів детально розглядаються в спецкурсі «Будівництво в складних інженерно-геологічних умовах», тому в даній роботі всі грунти відносяться до ненабухаючих і непросадочних.

 

3.4 Під час визначення повного класифікаційного найменування грунтів рекомендується користуватися зведеними таблицями (табл. 12, 13), в яких систематизовані всі варіанти класифікаційних показників грунтів.

 

 

Таблиця 12 - Зведена таблиця для визначення повного класифікаційного найменування скельних грунтів

Скельні грунти	Найменування	Міцність, Rc	Роз-м’якшен ня, ksаf	Вивітрілість, kwr	Засоленість (для напівскель-них грунтів)	Розчинність у воді (для осадочних грунтів)
Граніт, гнейс, вапняк, пісковик та ін.	¨ Дуже міцний ¨ Міцний ¨ Середньої міцності ¨ Маломіцний	¨ Нерозм'якливі ¨ Розм'якливі	¨ Незруй-новані ¨ Слабо-вивітрілі ¨ Вивітрілі ¨ Дуже вивітрілі (рухляки)		¨ Нерозчинні ¨ Важко-розчинні (вапняк, доломіт) ¨ Середньо-розчинні (крейда, гіпс, ангідрит) ¨ Легко-розчинні (кам'яна сіль)
Напівскельні	Крейда, черепашник, гіпс та ін.	¨ Зниженої міцності ¨ Низької міцності ¨ Дуже низької міцності	¨ Незасолені ¨ Засолені

 

 

Таблиця 13 - Зведена таблиця для визначення повного класифікаційного найменування нескельних грунтів

Нескельні грунти	Уламкові грунти		Найменування	Ступінь вологості, Sr	Ступінь неоднорідності, Сu (для пісків)	Відносний вміст орг. речовин, Iom
Великоулам-кові грунти	¨ Валунний (бриловий) грунт ¨ Гальковий (щебенистий) грунт ¨ Гравійний (жорстовий) грунт	¨ Маловологий ¨ Вологий ¨ Насичений водою
Піщані грунти	¨ Пісок гравійний ¨ Пісок крупний ¨ Пісок середньої крупності ¨ Пісок дрібний ¨ Пісок пилуватий	¨ Однорідний ¨ Неоднорідний ¨ Дуже неоднорідний	¨ Без домішки органічних речовин ¨ З домішкою органічних речовин ¨ Заторфовані
Пилувато-глинисті грунти	Наймену-вання	Консистенція	Відносний вміст органічних речовин, Iom	Набухання	Просадоч-ність лесових грунтів
Супісок	¨ Тверді ¨ Пластичні ¨ Текучі	¨ Без домішки орг. речовин ¨ З домішкою орг. речовин ¨ Заторфовані	¨ Ненабухаючі ¨ Слабонабухаючі ¨ Средньо-набухаючі ¨ Сильно-набухаючі	¨ Не-просадочні ¨ Просадочні

 

 

 

 

3.5 Приклади визначення повного класифікаційного найменування грунтів