Контрольная работа по Инженерной геологии 9-й вариант

9 вариант 1. Определение   коэффициента   фильтрации   несвязных   и   связных грунтов. 2. Определение прочности грунтов. 3. Составить описание геологического процесса, выбранного в  соответствии с номером варианта по табл.3. При характеристике  геологических процессов необходимо рассмотреть: причины  образования, стадии развития, условия строительства сооружений в районах  развития этих процессов, мероприятия по их предупреждению и  борьбе с ними.  Таблица 3 №вариант а процесс 1 2 3 4 5 Заболачивание Механическая  суффозия Оврагообразовани е Карст Просадочные  явления в лессах процесс №  вариант а 6 7 8 9 10 Землетрясени я Многолетняя мерзлота Оползни Сели Плывуны 4. Вычисление обобщенных статистических характеристик. 5. В соответствии с указанным вариантом рассчитать по формулам (табл. 2.1)   следующие   показатели:   плотность   сухого   грунта   (ρd),   степень влажности   (Sr),   пористость   (n,),   коэффициент   пористости   (е),   число пластичности (Iр), показатель текучести (IL), заполнить табличку.     По числу пластичности  Iр  и показателю текучести   (IL) определить разновидности грунта по табл. 2.2 и 2.3. Данные лабораторных исследований горных пород Вариант 9 Мощность слоя, м ρs г/см3 ρ г/см3 ρd г/см3 W % Sr д. е n д. е е д. е WL % WP % IP % IL д. е 1,7 2,1 3,5 2,7 4,5 2,71 2,70 2,71 2,70 2,71 1,72 1,99 1,96 1,98 1,78 1 0 2 4 1 21 26 29 30 49 14 19 18 20 288 2 4 3 6 Ответы 1.              Определение коэффициента фильтрации несвязных и связных грунтов. Современная теория движения подземных вод основывается на применении  закона Дарси Q = kфF(H1­Н2)/l = kфFI, Q — расход воды или количество фильтрующейся воды в единицу времени,  м3/сут; кф — коэффициент фильтрации, м/сут; F—площадь поперечного  сечения потока воды, м2; дельтаН — разность напоров, м; I — длина пути  фильтрации, м. Как следует из основного з­на движения подземных вод, коэффициент  фильтрации­ это скорость фильтрации при напорном градиенте I= 1. (Отношение разности напора дельта H к длине пути фильтрации lназ­т  гидравлическим уклоном или гидравлическим градиентом I) Коэффициент  фильтрации грунтов в основном определяется геометрией пор, т. е. их  размерами и формой. На значение коэффициента фильтрации влияют также  свойства фильтрующейся воды (вязкость, плотность), минеральный состав  фунтов, степень засоленности и др. Вязкость воды, в свою очередь, зависит от  температуры, поэтому нередко вводится поправочный температурный  коэффициент (0,7—0,03) для приведения водопроницаемости к единой  температуре 10 °С. Методы определения Для получения обоснованных значений коэффициента фильтрации  применяют расчетные, лабораторные и полевые методы. 1)Расчетным  путем КФ определяют преимущественно для песков и гравелистых пород.  Расчетные методы являются приближенными и рекомендуются лишь на  первоначальных стадиях исследования. Для расчетов используют одну из  много численных эмпирических фор­ мул, связывающих КФ грунта с его  гранулометрическим составом, пористостью, степенью однородности и т. д. 2)Лабораторные скорости движения воды через образец грунта при различных градиентах  напора. Все приборы идя лабораторного определения КФ могут быть  подразделены на два типа: с постоянным напором и с переменным.  (!см рис на стр 271!) основаны ни изучении   методыПриборы, моделирующие постоянство напорного градиента, т. е.  установившееся движение (приборы Тима, Тима­Каменского, трубка  конструкции СПЕЦГЕО), применимы в основном для грунтов с высокой  водопроницаемостью, например для песков. Принцип работы приборов  следующий. В цилиндрический сосуд с двумя боковыми пьезометрами П1и П2 помещают испытуемый грунт. Через него фильтруют воду под напором. Зная  диаметр цилиндра F, напорный градиент I и измерив расход  профильфовавшейся воды Q, находят КФ по формуле Q= kфIF: кф= Q/FI= QL/F(h1—h2), h1 и h2 —показания пьезометров; L —расстояние между точками их  присоединения. Для суглинков и супесей применяют приборы типа ИНГ (рис.  На стр 272), позволяющие определять кф образцов с нарушенной и не  нарушенной структурой. Для глинистых пород наибольшее значение имеет  определение КФ в образцах с ненарушенной структурой, обжатых нагрузкой,  под которой грунт будет находиться в основаниях зданий и сооружений. Приборы, моделирующие переменный напор, характеризующий  неустановившееся движение, обычно используют для определения КФ  связных грунтов с малой водопроницаемостью. Это компрессионно­ фильтрационные приборы типа Ф­1M. Они позволяют вести наблюдения при  изменении напорного градиента от 50 до 0,1 в образцах, находящихся под  определенным давлением. Основной частью прибора является одометр, с помощью которого на грунт  передается давление, К одометру по трубкам подводится и после фильтрации отводится вода. Напор создается с помощью пьезометрических трубок.  Простота и дешевизна лабораторных методов позволяет широко их  использовать для массовых определений КФ. Полевые методы позволяют определить КФ в условиях естественного  залегания пород и циркуляции подземных вод, что обеспечивает наиболее  достоверные результаты. Вместе с тем полевые методы более трудоемкие и  дорогие в сравнении с лабораторными. КФ водоносных пород определяют с  помощью откачек воды из скважин, а в случае не водоносных грунтов —  методом налива воды в шурфы и нагнетанием воды в скважины Определение коэффициента фильтрации Во все формулы предыдущего параграфа, определяющие скорость  фильтрации, входит коэффициент фильтрации  большое значение во всех фильтрационных расчетах. Величина этого  коэффициента обычно определяется опытным путем на установке, подобной  изображенной на рис.4. Установку загружают опытным образцом грунта и,  , имеющий исключительноизмеряя расход фильтрации и потерю напора, путем непосредственного  вычисления по формуле (9.3) находят коэффициент фильтрации: . Для теоретического определения коэффициента фильтрации различными  авторами предложен ряд эмпирических расчетных формул. Некоторые из них, применимые только для песчаных грунтов, приводятся ниже. В этих  формулах k –коэффициент фильтрации, см/с;  –абсолютная вязкость  жидкости, П. Одной из таких формул является формула Газена , (9.11) где de –эффективный диаметр, см, определяемый по указанному выше  методу; с –некоторый коэффициент, учитывающий пористость грунта  иимеющий следующие значения: для очень плотных песков с=0,8, для песков  средней пористости с=1,55, для песков, составленных из округленных частиц,  почти одинакового диаметра. Для воды формула Газена может быть представлена в следующем виде: ,  (9.12) где t –температура воды в  С. Следует иметь в виду, что формула Газена применима для грунтов с  эффективным диаметром от 0,1 до 3 мм. Приведем формулу Слихтера , (9.13) где  –коэффициент, зависящий от пористости т и просвета  фиктивного  грунта и равный  . Под эффективным диаметром de в этой формуле, в отличии от формулы  Газена, понимают средний весовой диаметр частиц, определенный по весовой  кривой, т. е. такой диаметр, который весовые количества частиц мельче и  крупнее его поровну. Для воды при t = 10° С, когда  = 0,01333 П, формула Слихтера принимает  вид. (9.14) , см/с: При приближенных расчетах можно принимать следующие средние значения  коэффициента фильтрации  для грунтов очень большой проницаемости (средний и крупный гравий с  примесью очень крупного песка) – 0,5­1; грунтов большой проницаемости (крупный песок с мелким гравием) –0,2­ 0,5; грунтов средней проницаемости (среднезернистый песок, чистый мелкий  песок) – 0,1­0,2; грунтов малой проницаемости (слабоглинистый песок, очень мелкий  песок) – 0,01­0,02. Для грунтов очень малой проницаемости Н. Н. Павловский рекомендует  следующие значения , см/с: для песчаных грунтов с некоторой примесью глины – 0,006­0,007; песчано­глинистых грунтов – 0,003­0,004; проницаемых глин – 0,001. studopedia.ru Определение коэффициента фильтрации Существенное влияние на точность фильтрационных расчетов оказывает  определение достоверных значений коэффициента фильтрации. В общем  случае имеются следующие способы его определения: по справочным данным, по эмпирическим формулам, в которые входят данные гранулометрического  состава грунта, лабораторным путем (исследования грунта на специальных  приборах), в натурных условиях по данным пробных откачек. Первый способ  используется для весьма приближенных расчетов. Ориентировочные значения коэффициента фильтрации k, см/с, для некоторых грунтов следующие: Гравий разной крупности . ................................................ 0,1—3,0 Пески чистые......................................................................................... 0,001—0,1 Супеси . . ........................................................ 0,0001—0,001 Суглинки...................................................................................... 0,00001—0,0001 Глины . . ............................................... Вычисление коэффициента фильтрации по эмпирическим формулам требует  данных гранулометрического состава грунта и производится при  предварительных расчетах. Из многочисленных эмпирических формул  коэффициента фильтрации k, м/сут, часто применяется зависимость А. Хазенаτ k = c*d2 10t, (9) где с* – коэффициент «загрязнения» песка глинистыми фракциями (для   —τ загрязненных песков с* = 700 ¸500, для чистых песков с* = 1000 ¸ 700);  температурный коэффициент (  = 0,70 + 0,03t), температура воды  t здесь в  градусах Цельсия; d10— эффективный, или действующий, диаметр частиц  грунта, мм, соответствующий 10% на графике гранулометрического состава.  Формула Хазена справедлива при выполнении условий: 0,1 мм £ d10 £ 3,0 mm;  d60/d10 £ 5, где диаметр d60 соответствует 60% на графике гранулометрического состава  грунта. При определении коэффициента фильтрации лабораторным путем образец  грунта помещается между двумя сетками в металлический корпус прибора  аналогичного схеме установки А. Дарси (рис. 1). Жидкость поступает в левую часть прибора при постоянной для данного опыта отметке H1. Отметка  свободной поверхности в правой части прибора также постоянная H2, что  обеспечивается с помощью переливной трубы. Измерения производятся при  установившемся режиме. Разность уровней представляет собой потери напора hw = H1—H2по длине образца l. Тогда в соответствии с законом Дарси  значение k определяется по формуле k = Q/ сечения образца; I — пьезометрический уклон; Q — расход жидкости.  Лабораторный способ более точен, однако необходимость наличия приборов,  сложность получения образца с ненарушенной естественной структурой  приводят к погрешностям при вычислении k. B ответственных случаях  значения коэффициента фильтрации определяются в натурных условиях (см.  далее). В некоторых случаях используется понятие коэффициент проницаемости kп,  который связан с коэффициентом фильтрации k соотношениями   — площадь поперечного I, где  ω ω   ,  η сти.  , n – динамический и кинематический коэффициенты вязко где  Поскольку коэффициент фильтрации имеет размерность скорости  (м/с), kn имеет размерность площади (см2). Используется также единица  Дарси (1 Д = 1,02×10­8 см2 = 1 мкм2 ), которая может быть определена как  проницаемость такой среды, где при перепаде давления Dp = 0,1 МПа на  длине Δl = 1 см и при коэффициенте динамической вязкости  скорость фильтрации v = 1см/с. Для воды с температурой 200 C  коэффициенту проницаемости в 1 Д (или 1 мкм2) соответствует значение  коэффициента фильтрации 0,86 м / сут. studopedia.ru  = 0,001 Па×с  η Определение коэффициента фильтрации грунтов опытными наливами в  шурфы.Для определения коэффициента фильтрации неводонасыщенных грунтов. Т.е.  грунтов, залегающих в зоне аэрации, используется метод налива воды в  шурфы. Сущность метода заключается в создании вертикального потока,  просачивающегося через сухой грунт вниз до дна шурфа, измерении площади  сечения потока, расхода и гидравлического уклона, т.е. всех параметров  закона Дарси, кроме Кф. Конструкция прибора Нестерова: На дне шурфа располагают 2 цилиндра  диаметрами 25 и 50 см. Их вдавливают в дно на 5­8 см для защиты от размыва. На внешний цилиндр устанавливается подставка, на котором размещаются 2  сосуда Мариотта для автоматического поддержания уровня воды в цилиндрах на одинаковой высоте (Н=10 см). на сосудах имеется прозрачная шкала, с  помощью которой измеряется объем воды, профильтровавшейся за  определенное время. Определение коэффициента фильтрации грунтов опытными откачками  воды из скважин. Наиболее распространенный метод. Откачки обычно проводятся при 2­3 понижениях уровня воды в центральной  скважине. Величина каждого понижения в центральной скважине в  сильноводопроницаемых грунтах не менее 1 м, в средне­ и малопроницаемых  1,5­2 м. При кустовой откачке бурят центральную скважину (закреплена обсадной  трубой с фильтром), из которой производиться откачка воды насосом, и ряд  наблюдательных скважин (также закрепленных трубами с фильтрами), по  которым следят за изменением уровня воды во время откачки. Для замеров  уровня воды применяют электроуровнеметры. 1. Гидрогеологические исследования Опытные гидрогеологические исследования включают: ­ определение коэффициента фильтрации грунтов в зоне аэрации методом  инфильтрации (методы налива воды в шурфы); ­ определение коэффициента фильтрации грунтов в водоносном горизонте  методом опытных откачек. 1. Геофизические методы работ Геофизические исследования включают: ­ работу с одноканальной сейсмической установкой ОСУ­ 1;­ электроразведочные работы методом вертикальных электрических  зондирований (ВЭЗ); К числу самостоятельно выполняемых относятся: ­ проходка буровых скважин методом бурения; ­ испытание грунтов динамическим зондированием; ­ проведение цикла фильтрационных наблюдений. 2.              Определение прочности грунтов Сопротивление   грунта   срезу   характеризуется   касательными напряжениями в предельном состоянии, когда наступает разрушение грунта [4].   Соотношение   между   предельными   касательными τ и нормальными к площадкам   сдвига σ напряжениями   выражается   условием   прочности Кулона­Мора τ = σ tgφ + c, (1.5) где φ — угол внутреннего трения; с — удельное сцепление. Характеристики прочности φ и с определяют в лабораторных и полевых условиях. Для предварительных, а также окончательных расчетов оснований зданий   и сооружений     класса   допускается   принимать значения  иφ  с по табл. 1.17 и 1.18.   и III II ТАБЛИЦА 1.17. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ СЦЕПЛЕНИИ c, кПа, И УГЛОВ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ  ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ φ , град, Песок Гравелистый  и крупный Средней  Характеристик а с φ с Значения с и φ при коэффициенте пористости e 0,45 0,55 0,65 0,75 2 43 3 1 40 2 0 38 1 – – –крупности Мелкий Пылеватый φ с φ с φ 40 6 38 8 36 38 4 36 6 34 35 2 32 4 30 – 0 28 2 26 ТАБЛИЦА 1.18. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ СЦЕПЛЕНИЯ c, кПа, И УГЛОВ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ  φ , град, ПЫЛЕВАТО­ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ Грунт Показатель текучести Характеристика Значения с и φ при коэффициенте пористости е 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95 1,05 Супесь 0 < IL ≤ 0,25 0,25 < IL ≤ 0,75 0 < IL ≤ 0,25 Суглинок 0,25 < IL ≤ 0,5 0,5 < IL ≤ 0,75 0 < IL ≤ 0,25 Глина 0,25 < IL ≤ 0,5 0,5 < IL ≤ 0,75 с φ с φ с φ с φ с φ с φ с φ с φ 21 30 19 28 47 26 39 24 – – – – – – – – 17 29 15 26 37 25 34 23 – – 81 21 – – – – 15 27 13 24 31 24 28 22 25 19 68 20 57 18 45 15 13 24 11 21 25 23 23 21 20 18 54 19 50 17 41 14 – – 9 18 22 22 18 19 16 16 47 18 43 16 36 12 – – – – 19 20 15 17 14 14 41 16 37 14 33 10 – – – – – – – – 12 12 36 14 32 11 29 7 Примечание. Значения с и φ не распространяются на лёссовые грунты.1.5.1. Определение прочностных характеристик в лабораторных условиях В   практике   исследований   грунтов   применяют   метод   среза   грунта по фиксированной   плоскости   в приборах   одноплоскостного   среза.   Для получения φ и с необходимо провести срез не менее трех образцов грунта при различных   значениях   вертикальной   нагрузки.   По полученным   в опытах значениям   линейной )σ  и находят   угол   внутреннего   трения φ и удельное зависимости τ = f( сцепление с (рис. 1.5). срезу τ строят сопротивления график       Рис. 1.5. Зависимость сопротивления срезу грунта τ от нормального напряжения σ Различают две основные схемы опыта: медленный срез предварительно уплотненного   до   полной   консолидации   образца   грунта   (консолидировано­ дренированное испытание) и быстрый срез без предварительного уплотнения (неконсолидировано­недренированное испытание). Значения φ и с,       полученные по методике медленного консолидированного   среза,   используются   для   определения   расчетного сопротивления грунта, а также для оценки несущей способности основания, находящегося в стабилизированном состоянии (все напряжения от внешней нагрузки   восприняты   скелетом   грунта).   Значения φ и с,   полученные по методике   быстрого   неконсолидированного   среза,   используются   для определения   несущей   способности   медленно   уплотняющихся водонасыщенных суглинков и глин, илов, сапропелей, заторфованных грунтови торфов.   В таких   грунтах   возможно   возникновение   нестабилизированного состояния   (наличие   избыточного   давления   в поровой   воде)   вследствие   их медленной   консолидации   или   быстрой   передачи   нагрузки   от   сооружения (силосы, резервуары, склады сырья и т.п.). Метод   определения   характеристик   прочности φ и с в условиях трехосного   сжатия   в большей   степени   соответствует   напряженному состоянию   грунта   в основании   сооружения.   Испытание   проводится на приборе,   в котором   образец   грунта   подвергается   всестороннему гидростатическому давлению  и добавочному вертикальному (осевому). Для определения прочностных характеристик грунтов проводят серию испытаний при   различных   соотношениях   давлений,   доводя   образец   до   разрушения, в результате значения наибольшего σ1 и наименьшего σ3 главных нормальных напряжений в момент разрушения.   Графически   зависимость   между   главными   касательными и нормальными   напряжениями   представляют   с помощью   кругов   Мора, каждый из которых строится на разности напряжений σ1 и σ3(рис. 1.6). получают каждого     опыта     Рис. 1.6. Круги Мора по результатам испытания грунта в приборе трехосного сжатия Общая   касательная   к этим   кругам   удовлетворяет   условию   прочности (1.5) и позволяет определить характеристики φ и с. В приборах трехосного сжатия проводят следующие испытания:  – недренированное — дренирование воды из образца грунта отсутствует в течение всего опыта;  – консолидировано­недренированное — дренирование   обеспечивается в процессе   приложения   гидростатического   давления   и образец   полностью уплотняется,   в процессе   приложения   осевых   нагрузок   дренирование отсутствует; – дренированное — дренирование   обеспечивается   в течение   всего испытания. Недренированные   испытания   водонасыщенных   грунтов   проводят   для определения   прочностных   характеристик,   выражаемых   через   общие (тотальные)   напряжения.   Дренированные   испытания   проводят   для определения   прочностных   характеристик,   выражаемых   через   эффективные напряжения. При этом в процессе опыта должно быть достигнуто полностью консолидированное состояние грунта. Прочностные характеристики грунтов, выражаемые через эффективные напряжения, могут быть определены также для   образцов   грунта,   испытанных   в неполностью   консолидированном состоянии, при условии измерения в процессе опыта давления в поровой воде. Количественной характеристикой прочности скальных грунтов является предел   прочности   на одноосное   сжатие Rc,   определяемый   раздавливанием образца грунта и вычисляемый по формуле Rс = P/F, (1.6) где Р — нагрузка   в момент   разрушения   образца   грунта; F — площадь поперечного сечения образца грунта. 1.5.2. Определение прочностных характеристик в полевых условиях Полевое   испытание   на срез   в заданной   плоскости   целика   грунта, заключенного   в кольцевую   обойму,   аналогично   лабораторному   испытанию на срез   в одноплоскостных   срезных   приборах.   Испытания   проводятся в шурфах, получения характеристик φ и с определяют   сопротивление   срезу   не менее   чем   трех целиков   при   различных   вертикальных   нагрузках.   Схемы   испытаний котлованах,   штреках     и т.д.   Дляпринимаются те же, что и в лабораторных условиях. Значения φ и с находят на основе построения зависимости (1.5), как это показано на рис. 1.5. Полевое   определение   характеристик φ и с в стенах   буровой   скважины проводится методами кольцевого и поступательного среза. Схемы испытаний приведены   на рис. 1.7.   Эти   методы   применяются   для   испытаний   грунтов на глубинах   до   10 м   (кольцевой   срез)   и до   20 м   (поступательный   срез). В методе   кольцевого   среза   используется   распорный   штамп   с продольными лопастями,   в методе   поступательного   среза — с поперечными   лопастями. С помощью   распорного   штампа   лопасти   вдавливаются   в стенки   скважины и создастся нормальное давление на стенки. В методе кольцевого среза грунт срезается   вследствие   приложения   крутящего   момента,   а   в методе поступательного Для получения φ и с необходимо   провести   не менее   трех   срезов   при   различных нормальных и построить зависимость τ = f ( давлениях )σ  (см. рис. 1.5). среза — выдергивающей   на стенки   скважины       силы.     Рис. 1.7. Схемы испытаний грунта в скважинах на срез а — кольцевой; б — поступательный; в — вращательный крыльчаткой: 1 — лопасти; 2 — распорные штампы; 3 — скважины; 4 — штанги; 5 — устройства для создания и измерения усилия Метод   вращательного   среза   с помощью   крыльчатки,   вдавливаемой в массив   грунта   или   в забой   буровой   скважины   (см.   рис. 1.7),   позволяет τ ,   поэтому   его   рекомендуется   применять определить   сопротивление   срезупри слабых пылевато­глинистых грунтах, илах, сапропелях, заторфованных грунтах   и торфах,   так   как   для   них   угол   внутреннего   трения   практически τ .   Испытания   крыльчаткой   проводят равен   нулю   и можно   принять с =  на глубинах до 20 м. Для   определения   характеристик   прочности   в полевых   условиях применяют   методы   выпирания   и обрушения   грунта   в горных   выработках. Значения φ и с вычисляют  из  условий  предельного  равновесия  выпираемого и обрушаемого массива грунта. Угол   внутреннего   трения   песчаных   грунтов   может   быть   определен   По данным с помощью   статического   и динамического   зондирования. статического зондирования угол φ имеет следующие значения: qc, МПа 1 2 4 7 φ , град 26 28 30 32 12 34 20 36 30 38 Значения φ по данным   динамического   зондирования   приведены в табл. 1.19.   Для   сооружений   I   и II   класса   является   обязательным сопоставление   данных   зондирования   с результатами   испытаний   тех   же грунтов на срез. Для сооружений III класса допускается определять φ только по результатам зондирования. ТАБЛИЦА 1.19. ЗНАЧЕНИЯ УГЛОВ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ φ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО ДАННЫМ ДИНАМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ Песок Крупный и средней  крупности Мелкий Пылеватый Значения  φ , град,  МПа при qd, МПа 2 30 28 28 3,5 33 30 28 7 33 33 30 11 38 35 32 14 40 37 34 17,5 41 38 353.              Составить описание геологического процесса, выбранного в соответствии с номером варианта по табл.3. При характеристике геологических  процессов необходимо рассмотреть: причины образования, стадии  развития, условия строительства сооружений в районах развития этих  процессов, мероприятия по их предупреждению и борьбе с ними. Сели. Сель (селевый поток) — бурный грязевый или грязекаменный поток,  состоящий из смеси воды и обломков горных пород, внезапно возникающий в  бассейнах небольших горных рек. Характеризуется резким подъемом уровня воды, волновым движением,  кратковременностью действия (в среднем от одного до грех часов),  значительным эрозионно­аккумулятивным разрушительным эффектом. Селевые потоки создают угрозу населенным пунктам, железным и  автомобильным дорогам и другим сооружениям, находящимся на их пути. Непосредственными причинами зарождения селей служат ливни,  интенсивное таяние снега, прорыв водоемов, реже землетрясения, извержения  вулканов. Классификация селей Все если по механизму зарождения подразделяются на три типа: эрозионный, прорывной и обвально­оползневый. При эрозионном вначале идет насыщение водною потока обломочным  материалом за счет смыва и размыва прилегающего грунта, а затем уже  формируется селевая волна. Прорывной характеризуется интенсивным процессом накопления воды,  одновременно размываются горные породы, наступает предел и происходит  прорыв водоема (озера, внутриледниковой емкости, водохранилища). Селевая  масса устремляется вниз по склону или руслу реки. При обвально­оползневом происходит срыв массы водонасыщенных горных  пород (включая снег и лед). Насыщенность потока в этом случае близка к  максимальной. Каждому горному району свойственны свои причины возникновения селей.  Например, на Кавказе они происходят главным образом в результате дождей и ливней (85 %). В последние годы к естественным причинам формирования селей  добавились техногенные факторы, нарушение правил и норм работы  горнодобывающих предприятий, взрывы при прокладке дорог и строительстведругих сооружений, порубки леса, неправильное ведение  сельскохозяйственных работ и нарушение почвенно­растительного покрова. При движении сель представляет собой сплошной поток грязи, камней и воды. Крутой передний фронт селевой волны высотой от 5 до 15 м образует  «голову» селя. Максимальная высота вала водогрязевого потока иногда  достигает 25 м. Классификация селей на основе причин возникновения приведена в табл. 2.4. В России до 20 % территории находится в селеопасных зонах. Особенно  активно селевые потоки формируются в Кабардино­Балкарии, Северной  Осетии, Дагестане, в районе Новороссийска, Саяно­Байкальской области,  зоне трассы Байкало­Амурской магистрали, на Камчатке в пределах  Станового и Верхоянского хребтов. Они также происходят в некоторых  районах Приморья, Кольского полуострова и на Урале. Еще в 1966 г. на  территории СССР было зарег истрировано более 5 тысяч селевых бассейнов.  В настоящее время их количество возросло. Таблица 2.4. Классификация селей на основе первопричин возникновения Типы Первопричины 1. Дождевой Ливни,  затяжные дожди 2.Снеговой Интенсивное  снеготаяние 3. Ледниковый Интенсивное  таяние снега и  льда 4.  Вулканогенный Извержения  вулканов Распространение и  зарождение Самый массовый на Земле тип селей образуется в  результате размыва  склонов и появления  оползней Происходит в горах  Субарктики. Связано со  срывом и  переувлажнением  снежных масс В высокогорных районах.  Зарождение связано с  прорывом талых  ледниковых вод В районах действующих  вулканов. Самые  крупные. Вследствие  бурного снеготаяния и  прорыва кратерных озер5. Сейсмогенный Сильные  землетрясения В районах высокой  сейсмичности. Срыв  грунтовых масс со  склонов б. Лимногенный Образование  озерных плотин В высокогорных районах.  Разрушение плотин 7.  Антропогенный  прямого  воздействия Скопление  техногенных  пород.  Некачественные земляные  плотины На участках  складирования отвалов.  Размыв и сползание  техногенных пород.  Разрушение плотин Нарушение  почвенно­  растительного  покрова На участках сведения  лесов, лугов. Размыв  склонов и русел 8.  Антропогенный  косвенного  воздействия На основе главных факторов возникновения сели  классифицируются следующим образом: зонального проявления — главным  фактором формирования являются климатические условия (осадки). Носят  они зональный характер. Сход происходит систематически. Пути движения  относительно постоянны; регионального проявления (главный фактор  формирования — геологические процессы). Сход происходит эпизодически, и пути движения непостоянны; антропогенные — это результат хозяйственной  деятельности человека. Происходят там, где наибольшая нагрузка на горный  ландшафт. Образуются новые селевые бассейны. Сход­ эпизодический. Классификация по мощности (по перенесенной твердой массе): 1. Мощные (сильной мощности), с выносом более 100 тыс. м3 материалов.  2. 3. Бывают один раз в 5­10 лет. Средней мощности, с выносом от 10 до 100 тыс. м3 материалов. Бывают  один раз в 2­3 года. Слабой мощности (маломощные), с выносом менее 10 тыс.  м3 материалов. Бывают ежегодно, иногда несколько раз в году. Классификация селевых бассейнов по повторяемости селей характеризует  интенсивность развития или его селеактивность. По частоте схода селей  можно выделить три группы селевых бассейнов:  высокой селевой активности (с повторяемостью один раз в 3­5 лег и  чаще);  средней селевой активности (с повторяемостью один раз в 6­15 лет); низкой селевой активности (с повторяемостью один раз в 16 лет и  реже). Классифицируются сели также и по их воздействию на сооружения:  Маломощный — небольшие размывы, частичная забивка отверстий  водопропускных сооружений.    Среднемощный — сильные размывы, полная забивка отверстий,  повреждение и снос бесфундаментных строений. Мощный — большая разрушительная сила, снос мостовых ферм,  разрушение опор мостов, каменных строений, дорог. Катастрофический — полное разрушение строений, участков дорог  вместе с полотном и сооружениями, погребение сооружений под наносами. Иногда применяется классификация бассейнов по высоте истоков селевых  потоков:  высокогорные. Истоки лежат выше 2500 м, объем выносов с 1  км2 составляет 15­25 тыс. м3 за один сель; среднегорные. Истоки лежат в пределах 1000­2500 м, объем выноса с 1  км2 составляет 5­15 тыс. м3 за один сель; низкогорные. Истоки лежат ниже 1000 м, объем выносов с 1 км2 менее 5    тыс. м3 за один сель. Обвалы (горный обвал) — отрыв и катастрофическое падение больших масс горных пород, их опрокидывание, дробление и скатывание на крутых и  обрывистых склонах. Обвалы природного происхождения наблюдаются в горах, на морских берегах и обрывах речных долин. Они происходят в результате ослабления  связанности горных пород под воздействием процессов выветривания,  подмыва, растворения и действия сил тяжести. Образованию обвалов  способствуют: геологическое строение местности, наличие на склонах трещин и зон дробления горных пород. Чаще всего (до 80 %) современные обвалы  связаны с антропогенным фактором. Они образуются в основном при  неправильном проведении работ, при строительстве и горных разработках. Обвалы характеризуются мощностью обвального процесса (объемом падения  горных масс) и масштабом проявления (вовлечение в процесс площади). По мощности обвального процесса обвалы подразделяют на крупные (отрыв  пород 10 млн м3), средние (до 10 млн м3) и мелкие (отрыв пород менее 10 млн  м3). По масштабу проявления обвалы подразделяются на огромные (100­ 200 га),  средние (50­100 га), малые (5­50 га) и мелкие (менее 5 га). Кроме того, обвалы могут характеризоваться типом обрушения, которые  определяются крутизной склона скатывания обвальных масс.Оползни, сели, обвалы наносят большой ущерб народному хозяйству,  природной среде, приводят к человеческим жертвам. Основными поражающими факторами оползней, селей и обвалов являются  удары движущихся масс горных пород, а также заваливание и заливание  этими массами свободного ранее пространства. В результате происходит  разрушение зданий и других сооружений, скрытие толщами пород населенных  пунктов, объектов экономики, сельскохозяйственных и лесных угодий,  перекрытие русел рек и путепроводов, гибель людей и животных, изменение  ландшафта. Оползни, сели и обвалы па территории РФ имеют место в горных районах  Северного Кавказа, Урала, Восточной Сибири, Приморья, острова Сахалин,  Курильских островов, Кольского полуострова, а также по берегам крупных  рек. Часто оползни приводят к масштабным катастрофическим последствиям.  Так, оползень в Италии в 1963 г. объемом 240 млн м3 накрыл 5 городов,  погубив при этом 3 тыс. человек. В 1982 г. селевой поток протяженностью 6 км, шириной до 200 м обрушился  на поселки Шивея и Аренда Читинской области. В результате были  разрушены дома, автомобильные мосты, 28 усадеб, размыты и занесены 500 га  посевных площадей, а также погибли люди и сельскохозяйственные животные. Экономический ущерб от этого селя составил около 250 тыс. рублей. В 1989 г. оползни в Чечено­Инг ушетии повлекли за собой повреждения в 82  населенных пунктах 2518 домов, 44 школ, 4 детских садов, 60 объектов  здравоохранения, культуры и бытового обслуживания. ПОСЛЕДСТВИЯ СЕЛЕЙ И ОПОЛЗНЕЙ Сель — это внезапно формирующийся в руслах горных рек временный поток  волы с большим содержанием камней, песка и других твердых материалов.  Причина возникновения селя — интенсивные и продолжительные ливни,  быстрое таяние снега или ледников. Сель может образоваться и от обрушения  в руслах рек большого количества рыхлого грунта. В отличие от обычных потоков, сель движется, как правило, не непрерывно, а  отдельными волнами. Одновременно выносятся сотни тонн, а иногда и  миллионы кубических метров вязкой массы. Размеры отдельных валунов и  обломков достигают 3­4 м в диаметре. При встрече с препятствиями сель  переходит через них, продолжая наращивать свою энергию. Обладая большой массой и высокой скоростью передвижения, до 15 км/ч,  сели разрушают здания, дороги, гидротехнические и другие сооружения,  выводят из строя линии связи и электропередачи, уничтожают сады, заливают  пахотные земли, приводят к гибели людей и животных. Все это продолжается1­3 часа. Время от возникновения селя в горах до момента выхода его в  предгорье часто исчисляется 20­30 мин. Для борьбы с селями закрепляют поверхность земли посадками леса,  расширяют растительный покров на горных склонах, особенно в местах  зарождения селя, периодически пропускают воду с горных водоемов,  устраивают противоселевые плотины, дамбы и другие защитные сооружения. Активное таяние снега понижают, устраивая дымовые завесы с помощью  дымовых шашек. Через 15­20 мин после задымления температура приземного  слоя воздуха понижается, и сток воды уменьшается наполовину. Уровень воды, скопившейся в моренах (горных озерах) и селехранилищах,  уменьшают с помощью насосных установок. Кроме того, в борьбе с селями  широко применяют такие простейшие сооружения, как ваты, канавы и  террасы с широким основанием. Вдоль русел рек сооружают защитные и  подпорные стенки, полузапруды и дамбы. Для своевременного принятия мер, организации надежной защиты населения  первостепенное значение имеет четко организованная система оповещения и  предупреждения. В районах, которым угрожает сель, создается  противоселевая служба. В ее задачи входят прогноз селя и информирование  населения о времени его появления. При этом заранее предусматриваются  маршрут, по которым население эвакуируется в более возвышенные места.  Туда же, если позволяет время, угоняется скот и выводится техника. В случае захвата человека движущимся потоком селя необходимо оказать ему помощь всеми имеющимися средствами. Такими средствами могут быть  шесты, канаты или веревки. Выводить спасаемых людей из потока нужно по  направлению потока с постепенным приближением к его краю. Оползень — скользящее смешение земляных масс под действием  собственного веса — происходит чаще всего по берегам рек и водоемов и на  горных склонах. Объем пород, смещаемых при оползнях, находится в  пределах от нескольких сот до многих миллионов и даже миллиардов  кубометров. Оползни вызываются различными причинами: подмывом пород  водой, ослаблением их прочности вследствие выветривания или  переувлажнения осадками и подземными водами, неразумной хозяйственной  деятельностью человека и др. Оползни могут разрушать населенные пункты, уничтожать  сельскохозяйственные угодья, создавать опасность при эксплуатации  карьеров и добыче полезных ископаемых, повреждать коммуникации,  туннели, трубопроводы, телефонные и электрические сети,  водохозяйственные сооружения, главным образом плотины. Кроме того, они  могут перегородить плотину, образовать завальное озеро и способствоватьнаводнениям. Таким образом, наносимый ими народнохозяйственный ущерб  может быть значительным. Наиболее действенной защитой от оползней является их предупреждение.  Оползень обычно начинается не внезапно. Вначале появляются трещины в  грунте, разрывы дорог и береговых укреплений, смещаются здания,  сооружения, телеграфные столбы, разрушаются подземные коммуникации.  При этом очень важно вовремя заметить эти первые признаки и составить  правильный прогноз о дальнейшем развитии оползня. Следует также  учитывать, что оползни движутся с максимальной скоростью лишь в  начальный период, далее она постепенно снижается. На оползневых участках организуется постоянное наблюдение за  перемещением грунтов, уровнем воды в колодцах, дренажных сооружениях,  системах отвода сточных вод, буровых скважинах, реках, водохранилищах, за  выпадением и стоком атмосферных осадков. Особенно тщательно такое  наблюдение организуется в весенне­осенний периоды, когда больше всего  выпадает осадков. При возникновении оползня необходимо, во­первых, предупредить население,  а во­вторых, по мере осложнения обстановки организовать эвакуацию  населения в безопасные районы. В случае разрушения зданий и сооружений в результате селя или оползня  проводятся спасательные работы, извлекают из­под завалов пострадавших,  помогают людям выйти из опасной зоны. ЗАЩИТА НАСЕЛЕНИЯ ПРИ УГРОЗЕ И В ХОДЕ ОПОЛЗНЕЙ, СЕЛЕЙ И ОБВАЛОВ Население, проживающее в оползне­, селе­ и обвалоопасных зонах, должно  знать очаги, возможные направления и характеристики этих опасных явлений.  На основе данных прогноза до жителей и предприятий заблаговременно  доводится информация об опасности относительно выявленных оползневых,  селевых, обвальных очагов и возможных зон их действия, о периодах  прохождения селевых потоков, а также о порядке подачи сигналов об угрозе  возникновения этих явлений. Такое раннее информирование людей о  возможных очагах стихийного бедствия снижает воздействие стрессов и  паники, которые могут возникнуть в последующем при передаче экстренной  информации о непосредственной угрозе этих явлений. Население этих опасных горных районов обязано проводить мероприятия по  укреплению домов и территории, па которой они возведены, а также  участвовать в работах по возведению защитных гидротехнических и других  защитных от оползней и селей инженерных сооружений. Первичная информация об угрозе оползней, селей и обвалов поступает с  оползневых и селевых станций, партий и постов гидрометеослужбы. Важнымявляется то, чтобы эта информация была доведена но назначению  своевременно. Оповещение населения по поводу этих стихийных бедствий  проводится установленным порядком посредством сирен, радио и  телевидения, а также посредством местных систем оповещения,  непосредственно связывающих подразделения гидрометеослужбы с  населенными пунктами, размещенными в угрожаемых зоггах. При угрозе оползня, селя или обвала и при наличии времени организуется  заблаговременная эвакуация населения, сельскохозяйственных животных и  имущества из угрожающих зон в безопасные места. Перед уходом из дома или квартиры для заблаговременной эвакуации они  приводятся в состояние, способствующее ослаблению поражающих факторов  стихийного бедствия, предотвращающее возникновение вторичных факторов  и облегчающее впоследствии возможные раскопки и восстановление. Поэтому переносимое имущество со двора или балкона надо убрать в дом, наиболее  ценное имущество, которое нельзя взять с собой, укрыть от воздействия влаги и грязи. Двери, окна, вентиляционные и другие отверстия плотно  закрываются. Электричество, газ, водопровод выключаются.  Легковоспламеняющиеся и ядовитые вещества удаляются из дома и, при  возможности, захораниваются в отдаленных ямах или отдельно стоящих  погребах. Во всем остальном граждане действуют в соответствии с порядком,  установленным для организованной эвакуации. В случае если заблаговременное предупреждение об опасности отсутствовало  и жители были предупреждены об угрозе непосредственно перед  наступлением стихийного бедствия или заметили его приближение сами,  каждый из них, не заботясь об имуществе, производит экстренный  самостоятельный выход в безопасное место. При этом об опасности должны  предупреждаться близкие, соседи, все встреченные по ходу люди. Для  экстренного выхода необходимо знать пути движения в ближайшие  безопасные места. Эти пути определяются и доводятся до населения на  основе прогноза наиболее вероятных направлений прихода оползня (селя) к  данному населенному пункту (объекту). Естественными безопасными мерами  для экстренного выхода являются склоны гор и возвышенностей, не  предрасположенные к оползневому процессу или между которыми  происходит селеопасное направление. При подъеме на безопасные склоны  нельзя использовать долины, ущелья и выемки, поскольку в них могут  образовываться побочные русла основного селевого потока. В пути следует  оказывать помощь больным, престарелым, инвалидам, детям, ослабшим. Для  передвижения по возможности используются личный транспорт, подвижная  сельскохозяйственная техника, верховые и вьючные животные.В случае, когда люди, здания и другие сооружения оказываются на  поверхности движущегося оползневого участка, следует, покинув помещения, передвину ться по возможности вверх и, действуя но обстановке,  остерегаться при торможении оползня скатывающихся с тыльной его части  глыб, камней, обломков конструкций, земляного вала, осыпей. Она может  также принять на себя надвиг неподвижных пород. При высокой скорости  возможен сильный толчок при остановке оползня. Все представляет большую  опасность для находящихся на оползне людей. После окончания оползня, селя или обвала людям, перед этим спешно  покинувшим зону бедствия и переждавшим его в близлежащем безопасном  месте, убедившись в отсутствии повторной угрозы, следует в эту зону  вернуться в целях розыска и оказания помощи пострадавшим. 4.Вычисление обобщенных статистических характеристик. Типизация грунтов при инженерно­геологических исследованиях Типизация   –   разделение   массива   грунта   на   слои   с   одинаковыми   физико­ механическими свойствами. Типизация   проводится   по   следующим   признакам:   возрасту   и   генезису (стратиграфо­генетические   комплексы), (инженерно­ геологические виды), по характеру изменения физико­механических свойств (и/г элемент).   политологии   I. Стратиграфо­генетическим комплексом пород называются грунты одного   возраста   и   происхождения.  На   карте   они   показываются цветом   –   для   четвертичных   пород   по   генезису,   для   до четвертичных – по возрасту. II. Инженерно­геологическим   видом   называется   горная   порода одного и того же стратиграфо­генетического комплекса, которую можно   отнести   к   одной   литологической   разности   по классификационным   показателям.   Например   –   супеси,   глины, песок мелкозернистый и т.д. Для дальнейшего выделения однородных слоев анализируется изменчивость некоторых основных показателей в плане и разрезе. В связи с чем различают закономерный и не закономерный скачкообразный типы изменчивости. Скачкообразный   незакономерный  тип   изменчивости   –   это   такой   тип изменчивости при котором при изменении  частных значений показателей с глубиной среднее арифметическое значение остается постоянным. Такой тип изменчивости   характеризует   однородные   по   составу   грунты   с   близкимисвойствами.   Получение   слоев   таких   грунтов   является   конечной   целью типизации. Скачкообразная   закономерная  изменчивость   предполагает   закономерное изменение среднего значения показателя с глубиной на фоне скачкообразного изменение   частного   значения   показателя.   Такой   характер   изменчивости типичен   для   неоднородных   массивов   и   требует   продолжения   процесса типизации,   пока   в   пределах   каждого   из   вновь   полученных   слоев   не   будет получен первый тип изменчивости. III. Конечным   элементом   типизации   является   инженерно­ геологический элемент – слой горной породы одного и того же и/г вида, если выполняются следующие условия (ГОСТ­20522): 1. Показатели свойств горных прод в пределах выделенного слоя изменяются незакономерно; 2. Если   в   изменении   показателей   присутствует закономерность,   то   она   настолько   мала,   что   ею   можно пренебречь; 3. Коэффициенты  вариации (изменчивости) для  We,e≤0.15, а для  ,φ  C≤0.30. Методика выделения инженерно­геологических элементов Для получения расчетных значений показателей, после проведения типизации, рекомендуется обработка частных значений показателей с целью получения расчетных: 1. Построение   графиков   изменчивости   частных   значений показателей с глубиной. Для глинистых грунтов – WL, Wp, Ip, We, e;   для   песков   –  KH,  We,  e,  для   грубообломочных   –  KH,  e,  We заполнителя. 2. Вычисление статистических (среднего     критериев , Ᾱ V).   арифметического и коэффициента вариации ­  3. На   основании   анализов   статистических   критериев   определение нехарактерных   значений   показателей   и   исключение   их   из ν дальнейших расчетов (Ai­  ≤ см* ). 4. Вычисление нормативных значений показателей Сн, tgφн. 5. Вычисление   поправок   и   получение   расчетных   значений Ᾱ δ показателей.Получение нормативных значений показателей. Нормативным значением показателя, согласно ГОСТу 20522, следует считать среднее арифметическое, з исключением Сн,  tgφн. Для Сн,  tgφн  нормативное значение   получается   методом   наименьших   квадратов,   в   соответствии   с уравнением Кулона: =τ tg +φ C tgφH=1/Δ(nΣτipi­Στi pΣ i) CH=1/Δ(Στi pΣ i 2­ pΣ iΣτipi),  где ­ Δ=n iΣ(pi)2­( pΣ i)2, где τi и pi – частные значения характеристик, полученных при лабораторных                          опытах на сдвиг. Коэффициент вариации и среднее квадратичное отклонение определяется: Δс=δτ√(1/ Δ*  pΣ i 2) δtgφ=δτ√(n/ Δ) δτ=√[1/(n­2) Σ(pi tgφн+ Сн­τi)2] где n – количество проб. Получение расчетных значений показателей Ᾱ ρ (1± ) ρ  – показатель точности оценки среднего арифметического Для получения расчетных значений показателей необходимо к нормативному значению ввести поправки, учитывающие ухудшение свойств показателей с течением времени. Для этого нормативное значение искусственно уменьшают или   увеличивают,  т.е.  изменяют  так,  чтобы  величина   показателя   ухудшала свойства грунта по данному показателю. По ГОСТу­20522 расчетное значение показателя определяется по формуле: А=  Где  =ρ Vtα, для  иφ C =ρ Vtα/√ n где V – коэффициент вариации n – количество проб tα  – коэффициент, взятый по таблице №2 ГОСТа 20522 в зависимости от уровня доверительной вероятности α и числа степеней свободы К К=n­1 для  иφ C К=n­2 для других показателей.α – показывает степень достоверности при замене нормативного значения на расчетное,   что   в   свою   очередь   определяется   стадией   проектирования   и важность проектируемого объекта. 5.В соответствии с указанным вариантом рассчитать по формулам (табл. 2.1)   следующие   показатели:   плотность   сухого   грунта   (ρd),   степень влажности   (Sr),   пористость   (n,),   коэффициент   пористости   (е),   число пластичности (Iр), показатель текучести (IL), заполнить табличку.     По числу пластичности  Iр  и показателю текучести   (IL) определить разновидности грунта по табл. 2.2 и 2.3. Данные лабораторных исследований горных пород Вариант 9 Мощность слоя, м 1,7 2,1 3,5 2,7 4,5 ρs г/см3 2,71 2,70 2,71 2,70 2,71 ρ г/см3 1,72 1,99 1,96 1,98 1,78 ρd г/см3 1,56 1,29 1,66 1,59 1,31 W % 1 0 2 4 1 8 2 4 3 6 Sr д.е 0,3 7 0,5 9 0,7 7 0,9 2 0,9 1 n д.е 0,4 2 0,5 2 0,3 9 0,4 1 0,5 2 е д.е 0,7 4 1,0 9 0,6 3 0,7 0 1,0 7 WL % 21 26 29 30 49 WP % 14 19 18 20 28 IL д.е 0,2 0,65 0,29 0,48 0,48 IP % 7 7 1 1 1 0 2 1 плотность сухого грунта (ρd) Решение. ρd= ρ 1+We степень влажности (Sr) Sr=W∗ρs e  ,    пористость (n) n=ρs−ρd ρsкоэффициент пористости (е) е=ρs−ρd ρd  число пластичности (Iр) Ip=WL­Wp показатель текучести (IL)  IL= We∗℘ Ip IL д.е 0,2 0,65 0,29 0,48 0,48 Супесь Супесь Суглинок Суглинок Глина  IP % 7 7 1 1 1 0 2 1 ЛИТЕРАТУРА Полутвердые Мягкопластичные Тугопластичные Тугопластичные Тугопластичные  Бондарик Г.К. «Методика инженерно­геологических исследований» М.,  1. Недра, 1986. 2. Ломтадзе В.Д. «Инженерная геология», Л.Недра, 1984. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Специальная инженерная  3. геология. Л. Недра, 1978. 4. Чаповский Е.Г. Инженерная геология. М. Высшая школа, 1975.