Інженерна геологія механіка грунтів основи і фундаменти

Міністерство освіти Республіки Білорусь

Білоруський державний університет транспорту

Кафедра "Будівельні конструкції підстави і фундаменти"

Контрольна робота 1

ПО іженерно ГЕОЛОГІЇ

"Інженерна геологія, механіка грунтів, основи і фундаменти"

Гомель 2009 р

Зміст

Завдання (Варіант 5)

1. Значення інженерної геології для проектування і будівництва. Завдання, які вирішуються цією наукою

2. Гірські породи геолого-літологічного розрізу. Походження, мінералогічний і хімічний склади, структура, текстура і умови залягання. Можливість їх використання в будівництві

3. Основні фізико-механічні показники властивостей гірських порід, що використовуються при проектуванні і будівництві. Величини їх граничних значень

4. Визначення віку порід заданого геолого-літологічного розрізу

5. Процеси внутрішньої динаміки Землі, які проявляються на ділянці. Визначення найбільш і найменш сприятливі ділянок з точки зору сейсмічної стійкості

6. Пояснити сутність процесів зовнішньої динаміки Землі. Перерахувати процеси, що протікають на ділянці. Вказати умови їх виникнення та можливі захисні заходи 7. Охарактеризувати гідрологічні умови ділянки і дати їх інженерно-геологічну оцінку

8. Перерахуйте питання, які потребують додаткових досліджень для оцінки будівельної ділянки

Література

Завдання (Варіант 5)

На ділянці, розташованій в зоні багаторічної (вічної) мерзлоти (рис.1), проектується будівництво залізничних майстерень з гарячими цехами та теплоелектростанцією і житлового селища з багатоповерховими будинками. У середній частині будівельної ділянки протікає річка, на якій у зимовий час утворюються потужні полою.

На лівому схилі долини річки залягають кристалічні сланці і перекривають їх широко розвинені алювіальні відкладення, представлені пилуватими суглинками, супісками, пісками, торфами, похованими мохами і мулом з численними прошарками і лінзами похованого багаторічного льоду (похованих річкових полоїв) і гідролакколітов. Загальна потужність цих відкладень до 16 м.

Потужність діяльного шару мерзлоти в цьому місці не перевищує 1,6 м. На правому схилі залягає діабаз.

Будівництво проектується на обох схилах долини.

Геолого-літологічний розріз долини р.. Похмурої на ділянці проектованого будівництва Залізничних споруд (М 1:1500)

1-суглинки пилуваті, торф, піски дрібнозернисті пилуваті, мулисті, прошаруй і лінзи глини пилувата, пісок крупнозер-ність з гравієм, галькою і валунами, прошаруй і лінзи похованого льоду (річкових полоїв і гідролакколітов). Загальна потужність - до 30 м; 2 - суглинки пилуваті з включеннями валунів і великих брил корінних порід; 3 - покривні пилуваті суглинки слресвой і щебенем в основі шару; 4 - конгломерат валунно-гальковий з залозистим і вапняно-глинистих цементом; 5 - слюдяні, хлоритові, тальку сланці; 6 - мраморірованний крупнокристаллической вапняк темно-сірий; 7 - парагнейс; 8 - діабаз

1. Значення інженерної геології для проектування і будівництва. Завдання, які вирішуються цією наукою

Інженерна геологія - галузь геології, що вивчає верхню частину земної кори в зв'язку з будівництвом різних споруд. Значення інженерної геології для розвитку народного господарства надзвичайно великий. Будівництво гідротехнічних споруд, метрополітенів, залізничних і автомобільних доріг, різних об'єктів в зонах вічної мерзлоти, промислових і цивільних будинків, гірських підприємств можливе лише за умови попереднього проведення широких інженерно - геологічних досліджень на ділянці будівництва. Це дозволяє при проектуванні споруд врахувати всі природні особливості місця будівництва та передбачити необхідні профілактичні заходи, що оберігають споруди від різного роду деформацій і забезпечують їх нормальну експлуатацію.

Науково-технічний прогрес зумовив інтенсивне вторгнення людини в природні процеси, що відбуваються в природі, в тому числі і геологічні. Тому інженерна геологія стає одним з провідних наукових напрямків з вивчення проблем доцільного перетворення природи, оскільки одним з основних чинників порушення природної рівноваги є геологічні процеси і явища, викликані діяльністю людини. Розробка геологічних основ вирішення проблеми перетворення та охорони природи - одна з найважливіших завдань інженерної геології.

На даному геолого-літологічній розрізі ділянки присутні наступні гірські породи:

-На правому схилі залягає діабаз, стародавня ефузивна основна порода. Складається з основного польового шпату (K 2 O Al 2 O 3 червня SiO 2), авгита (Ca (Mg, Fe, Al,) [(Si, Al) 2 O 6], або рогової обманки (Si, Al, Ca, Mg, Fe, Na, Ti, O, OH). Структура дрібно-і ськритокрісталлічеських. Колір від темно-зеленого до чорного. Дуже міцна порода. Добре полірується і використовується для виробів, прикрас і як бруківка.

-В центральній частині ділянки залягає пласт парагнейса, породи утворилася в результаті глибокого метаморфізму осадових порід. Структура парагнейса кристалічна, текстура сланцеватая. За домінуванням темних мінералів розрізняють гнейси біотитові (K (Fe, Mg) 3 (OH, F) 2 (AlSi 3 O 10)), роговообманкові (Si, Al, Ca, Mg, Fe, Na, Ti, O, OH) і ін З гнейсів виготовляють бут-плитняк, щебінку, тротуарні плити, застосовують для облицювання каналів, набережних.

-Лівіше парагнейса залягає пласт темно-сірого мраморірованного крупнокристалічного вапняку. Хімічний склад CaCO 3. Утворений з вапняку при контактовому метаморфізмі. Забарвлення темно-сіра. Структура кристалический-зерниста. Твердість 3-3,5. Використовується як будівельний та облицювальний матеріал, для виготовлення архітектурних деталей (колон, карнизів і т. п.), скульптурних виробів.

-Наступний пласт складається з слюдяних, хлоритові і талькових сланців, утворених в результаті контактного метаморфізму осадових порід. Хімічний склад сланців наступний: слюдяні сланці можуть бути утворені водними алюмосиликатами (біла калієва слюда) (K 2 O 3 Al 2 O 3 червня SiO 2 2 H 2 O) і біотитом (залізо-магнезіальних слюда) (K (Fe, Mg,) 3 (OH, F) 2 (AlSi 3 O 10)), хлоритові сланці утворені хлоритом (Mg 3 (AlSi 3 O 10) (OH) 2 MgAl (OH) 6), тальку - тальком (Mg (Si 4 O 10) (OH) 2). У залежності від складу та властивостей кристалічні сланці вживаються як будівельні матеріали, для виготовлення електротехнічних щитів, шкільних дощок облицювання лабораторних столів, в сантехніці, в розмеленому вигляді - для виготовлення толю, руберойду і т.д.

-На лівому схилі ділянки залягає пласт освічений валунно-галькові конгломератом з залозистим і вапняно-глинистих цементом, який утворився в результаті седиментації теригенних матеріалів. Істотний вплив на щільність та міцність раздельнозерністих опадів надає циркулює по їх порам вода, що включає в себе розчинені солі, глинисті і органо-мінеральні речовини; з циркулюючих розчинів випадають гіпс, вуглекисла вапно, гідрати оксидів заліза, кремнекислота, осідають глинисті частинки, органічні колоїди і інші речовини, які заповнюють пори раздельнозерністих опадів. Поява всіх цих утворень викликає збільшення щільності піщаних і великоуламкових порід, що сприяє одночасному процесу їх цементації; піски перетворюються на пісковики, галечники - в конгломерати, щебінка - в брекчії. Міцність утворюються при цьому порід визначається міцністю природного цементу; найбільш міцними є породи, скріплені крем'янистим цементом, менш міцними - глинистим і гіпсовим.

-В середній частині геолого - літологічного розрізу пласти сланців, мраморізованного вапняку і парагнейса перекривають широко розвинені алювіальні відкладення, представлені пилуватими суглинками, супісками, пісками, торфами, похованими мохами і мулом з численними прошарками і лінзами похованого багаторічного льоду (похованих річкових полоїв) і гідролакколітов . Загальна потужність цих відкладень до 16 м. Алювій (відкладення річок) за місцем утворення підрозділяється на наступні різновиди: руслові відкладення - складаються переважно з грубих відкладень (галечника, гравію, крупного піску), заплавні відкладення - утворюються під час паводків, коли заплавні тераси покриваються водою, що несе в підвішеному стані велику кількість продуктів руйнування порід (суглинки, супіски, дрібнозернисті піски - осадові гірські породи утворюються в процесі вивітрювання гірських порід, розміром 0,05-0,005 мм), старичні відкладення - утворюються в старицях і складені переважно супісками і мулами , що містять нерідко значну кількість органічних речовин (мул - молоді пухкі опади, не порушені процесами діагенезу), алювіально-делювіальні відклади - характерні для зовнішніх частин заплави, представлені різним заплавних алювієм, збагаченим зміщеними зі схилів уламками порід у вигляді щебінки і піщано-глинистого матеріалу . Торф за освітою відноситься до органогенних вуглисті каустобиолитам, які утворюються в результаті накопичення залишків живих організмів і рослин на дні водойм і річок. Річкові полою розвиваються в результаті збільшення напору води в річці замерзає в місцях різкого звуження живого перерізу потоку або заповнення русла льодом. Розміри полоїв бувають від кількох метрів до багатьох десятків і сотень метрів в довжину і ширину при товщині крижаного покриву від часток метра до 4-6 м. Гідролакколіти - горби спучування, що виникають внаслідок утворення ін'єкційного льоду в товщі промерзлих порід, тобто при утворенні підземних полоів. Найчастіше гідролакколіти утворюються вздовж підніжжя схилів і в долинах малих водотоків, складаючи при сприятливих умовах ланцюг горбів здимання різних розмірів, зазвичай заввишки до 2-3 м. При освоєнні територій поширення гідролакколітов не можна розташовувати споруди (дорожні насипи) на місцевості де є горби здимання, тому що під впливом зміни теплового режиму вони швидко руйнуються і на їх місці утворюються зниження. Внаслідок того, що ділянка будівництва лежить в зоні вічної мерзлоти грунт має шарувату текстуру, яка виникає при промерзанні зв'язних грунтів (супісків, суглинків і глин) з утворенням крижаних лінзочек і прошарків. Міцність грунтів шаруватої текстури залежить від напрямку дії навантаження щодо крижаних прошарку; при поперечному напрямку міцність їх більш значна у порівнянні з подовжнім. Мерзлі грунти представляють собою складну чотирьохкомпонентної систему, що включає наступні складові: тверду - мінеральні частки грунту; пластично-в'язку - лід; рідку - не замерзлу воду; газоподібну - пари води і гази.

Будівельні властивості алювіальних відкладень відрізняються великою складністю залежно від гранулометричного і мінералогічного складу, щільності, вологості, консистенції та інших факторів. Характерна особливість будівельна великоуламкових і піщаних алювіальних відкладень - їх мала уплотняемость. Як правило, вони бувають хорошою підставою для споруд (будівель, насипів і т. п.) які виробляють тільки статичне навантаження. При дії динамічного навантаження (від поїздів, що проходять, молотів і т. п.) в залежності від природного щільності відкладень ущільнення їх може бути значним. Тому, проектуючи споруди з динамічними навантаженнями, слід точно визначити природну щільність пісків в умовах їх природного залягання.

Основними показниками фізико-механічних властивостей і параметрів порід, використовуваних в інженерних розрахунках є: стисливість і міцність. Стисливість гірських порід визначає можливу осідання споруди, а міцність пов'язана з величиною навантаження на підставу споруд. Стійкість схилів тісно пов'язана з міцністю складають їх порід. У масиві гірських порід найбільш слабкі різниці будуть визначати міцність усього масиву, навіть якщо їх товщина складає всього наскільки міліметрів.

Ступінь стиснення і ущільнення грунтів, і явища що відбуваються в них при цьому, залежать від виду та структурних особливостей грунтів. Стиснення раздельнозерністих грунтів (пісок, гравій, щебінь тощо), у яких внутрішні структурні зв'язки відсутні, залежить від ступеня їх щільності, гранулометричного і мінералогічного складу і характеру зовнішнього впливу. При статичному тиску, обумовленому вагою споруд ущільнення раздельнозерністих грунтів буде викликатися переміщенням окремих зерен відносно один одного (чому перешкоджає тертя, що виникає на поверхні переміщення зерен); це протікає порівняно швидко і майже не залежно від вологості, і при тих тисках, які практично передаються на грунти від ваги зводяться споруд, стиснення розглянутих грунтів порівняно незначне. Тому як підстави споруд раздельнозерністие грунти цілком задовільні.

Стисливість гірських порід визначається експериментально коефіцієнтом ущільнення або величиною загальної деформації «Е».

Міцність порід визначають випробуванням порід на зрушення чи одновісний. Відомі й інші, непрямі методи.

Стійкість схилів тісно пов'язана з міцністю складають їх порід. У масиві гірських порід найбільш слабкі різниці будуть визначати міцність усього масиву, навіть якщо їх товщина складає всього наскільки міліметрів.

4. Визначення віку порід заданого геолого-літологічного розрізу

По таблиці 1 методичного посібника визначаємо вік порід заданого геолого-літологічного розрізу:

-Суглинки пилуваті з включеннями валунів і великих брил, а також покривні пилуваті суглинки з жорстви і щебенем в основі шару відносяться за віком освіти, так само як і алювіальні відкладення до сучасного відділу четвертинного періоду кайнозойської ери.

-Конгломерат валунно-гальковий з залозистим і вапняно-глинистих цементом відносяться до силурийском періоду палеозойської ери.

-Слюдяні, хлоритові і тальку сланці за віком освіти відносяться до ордовіцький період палеозойської ери.

-Мармуризований крупнокристаллической вапняк належить до кембрійського періоду палеозойської ери.

-Парагнейс - до протерозойський ері.

-Діабаз - архейської ери.

За геолого-літологічного розрізу можна перерахувати такі процеси внутрішньої динаміки землі:

-Тектонічне рух земної кори, яке носить складчастий характер, і в результаті чого утворилася антиклиналь.

З точки зору сейсмічної стійкості ділянки будівництва можна сказати що правий схил, де залягає діабаз найбільш сейсмоутойчів в порівнянні з лівим схилом, де залягають алювіальні відкладення.

6. Пояснити сутність процесів зовнішньої динаміки Землі. Перерахувати процеси, що протікають на ділянці. Вказати умови їх виникнення та можливі захисні заходи

Процеси зовнішньої динаміки землі, які проходять на ділянці будівництва наступні:

-Вивітрювання (руйнування гірських порід під дією атмосферних агентів), на ділянці переважає фізичний характер вивітрювання.

-Осадкообразованіе (зміщення продуктів вивітрювання і накопичення їх у знижених місцях з освітою в нових умовах інших товщ осадових порід).

-Змив і делювій (змиті водою продукти вивітрювання накопичуються на схилах і в основі схилів).

-Ерозія (руйнівний вплив поверхневих водотоків на гірські породи).

7. Охарактеризувати гідрологічні умови ділянки і дати їх інженерно-геологічну оцінку

На ділянці переважає безнапірні рух підземних грунтових вод, яке відбувається в результаті різниці рівня в її двох перетинах. Різниця рівнів ΔН = Н1-Н2 у перерізах 1 і 2 і обумовлює рух води в напрямку перерізу 1.

Швидкість руху підземного потоку залежить від різниці напору (чим більше ΔН, тим більше швидкість).

І від довжини шляху фільтрації l (Чим менше l при тому ж значенні ΔН, тим швидкість більше).

Відношення різниці напору ΔН до довжини шляху фільтрації l називається гідравлічним ухилом і позначається через I:

Лінійний закон фільтрації (закон Дарсі). Рух підземного потоку в пористих породах (пісок, супісок, суглинок) має паралельно струменистий, або ламінарний, характер, тобто без розривів і пульсацій, з плавним зміною швидкості і підкоряється закону Дарсі, який виражається формулою

де Q - витрата води (кількість фільтрується води в одиницю часу); k - постійна величина для даної породи, що характеризує її водонепроникність (коефіцієнт фільтрації); F - площа поперечного перерізу потоку; Δ Н - напір або різницю рівнів у двох розглянутих перетинах; - Довжина шляху фільтрації; I - гідравлічний ухил.

Для визначення коефіцієнта фільтрації використовують такі методи:

- Польовими дослідно-фільтраційними роботами - відкачки, наливи, нагнітанням і інфільтрацією з шурфів;

в лабораторії за допомогою різних приладів;
за емпіричними формулами.

8. Перерахуйте питання, які потребують додаткових досліджень для оцінки будівельної ділянки

Глинисті алювіальні породи в більшості представлені супісками і суглинками. Будівельні властивості глинистих алювіальних відкладень відрізняються великою складністю залежно від гранулометричного і мінералогічного складу, щільності, вологості, консистенції та інших факторів. Тому об'єктивна оцінка глинистого алювію стосовно будівництва конкретного об'єкта може бути дана лише з урахуванням сукупності її фізико-механічних властивостей після всебічного його вивчення.

При гідрологічних дослідженнях визначення характеру взаємодії досліджуваного водоносного горизонту з поверхневими водами у часі є важливим завданням, оскільки це має суттєве значення при вирішенні питань водопостачання шляхом використання грунтових вод або для боротьби з припливом грунтових вод у котловани, виїмки та інші споруди.

Для забезпечення міцності, стійкості та експлуатаційної придатності будівель і споруд, що зводяться на рухливих грунтах, в основному застосовуються інженерно-меліоративні, будівельно-констуктівние, і термохімічні заходи.

Нормами проектування передбачається використання вічній грунтів як підстав споруд за умови збереження вічній стану протягом усього періоду експлуатації споруди - принцип 1 і за умови відтавання вічній грунтів основи до початку будівництва або під час будівництва та експлуатації споруди - принцип 2. Вибір того чи іншого принципу проводиться на основі техніко-економічних розрахунків.

Література

Седенко М. В. Геологія, гідрогеологія та інженерна геологія. Мінськ: Вишейшая школа, 1975.
Швецов Г. І. Довідник «Підстави і фундаменти» Москва: Вища школа, 1991.
Дуденцева І. Л. Завдання на контрольну роботу «Інженерна геологія, механіка грунтів, основи і фундаменти» Москва 1988.