ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ И ГИДРОГЕОЛОГИИ

ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ И ГИДРОГЕОЛОГИИ

Лекции
docx
другое
10 кл—11 кл +1
15.02.2020

150.000₽ призовой фонд • 11 почетных документов • Свидетельство публикации в СМИ

Опубликовать материал

Основы геологии.docx

 

 

 

 

 

 

ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ И ГИДРОГЕОЛОГИИ

 

 


 

Оглавление

1 Химическая классификация минералов и условия их образования; главнейшие породообразующие минералы эндогенного и экзогенного происхождения. 3

2 Структуры, текстуры, вещественный состав химических и биохимических осадочных пород. 8

3 Абсолютный возраст горных пород и методы его определения. 12

4 Приток напорных вод в грунтовый колодец. 16

5 Определение гранулометрического состава песчано-глинистых пород. 21

6 Инженерно-геологические исследования при строительстве промышленных и гражданских объектов. 26

Список использованных источников и литературы.. 39

 

 


 

1 Химическая классификация минералов и условия их образования; главнейшие породообразующие минералы эндогенного и экзогенного происхождения

Минерал – природное тело с определенным химическим составом и кристаллической структурой, образующееся в результате природных физико-химических процессов и являющееся составной частью земной коры, горных пород, руд, метеоритов. Изучением минералов занимается наука минералогия.

В земной коре содержится более 7000 минералов и их разновидностей. Большинство из них встречаются редко и лишь немногим более 100 минералов встречаются часто и в достаточно больших количествах, входят в состав тех или иных горных пород. Такие минералы называют породообразующими.

Происхождение минералов. Условия, в которых образуются минералы в природе, отличаются большим разнообразием и сложностью. Различают три основных процесса минералообразования: эндогенный, экзогенный и метаморфический.

Эндогенный процесс связан с внутренними силами Земли и проявляется в ее недрах. Минералы формируются из магмы – силикатного огненно-жидкого расплава. Таким путем образуются, например, кварц и различные силикаты. Эндогенные минералы обычно плотные,с большой твердостью, стойкие к воде, кислотам, щелочам.

С эндогенной зоной земной коры связаны магматические, пегматитовые, пневматолитовые, гидротермальные и вулканические процессы образования минералов. Все эти процессы протекают при остывании магмы. В них участвуют, прежде всего, SiO2, A12O3, Fe2O3, FeO, CaO, MgO, Na2O, K2O. В составе магматических очагов находятся раскаленные газы, пары воды и горячие водные растворы. В раскаленных газах магматических очагов содержатся многие элементы, такие, как В, F, S, Н, О, Р, С, N, As, Sb и др. Часть из них находится в свободном состоянии, а часть — в соединениях, например в виде HF, НО, СО, СО2. В горячих водных растворах, находящихся в условиях высокого давления, содержатся Si, F, Fe, Mg, S, Cu, Zn и др.

Под магматическими процессами минералообразования понимают образование минералов при остывании основного минерального расплава магмы. В зависимости от температуры и давления выкристаллизовываются разные минералы. К минералам магматического происхождения относятся полевые шпаты (лабрадор, микроклин, ортоклаз), слюда биотит, оливин, магнетит, апатит и др.

Пегматитовые процессы – процессы кристаллизации минерального расплава в последние моменты его остывания. Образующиеся при этом минералы носят название пегматиты (от греч. «пегма» – камень). для них характерна определенная направленность кристаллов; иногда сочетание минералов создает своеобразный рисунок, например письменный гранит. Среди пегматитов могут быть кварц, микроклин, слюда мусковит, флюорит, ряд редкоземельных минералов, а также содержащих уран и радий.

Пневмалитовые процессы (от греч. «пневматос» – пар, дыхание, газ) – это процессы образования минералов при остывании раскаленных газов магматических очагов. При этом совершается ряд химических реакций, которые приводят к образованию минералов. Процессы пневматолиза оказывают значительное влияние на образование слюд. Часто в процессах пневматолиза важную роль играет вода, которая вступает в реакцию с летучими соединениями. При этом может образоваться, например, кварц:

SiO2 · SiF4 + 2H2O = 2SiO2 + 4HF.

Компоненты раскаленных газов магматических очагов также вступают в реакцию с твердой массой ранее образовавшихся минералов. При этом происходят химические реакции, сопровождаемые изменением химического состава минералов и образованием новых минералов (эндогенный метасоматоз).

При гидротермальных процессах происходит кристаллизация минералов из горячих водных растворов при их остывании: непосредственно из раствора без побочных реакций, в результате реакций в растворе, и за счет реакций растворенных соединений с минералами боковых пород земной коры (эндогенный метасоматоз).

При образовании в земной коре трещин, обычно разветвленных, гидротермальные растворы устремляются в них под влиянием высокого давления, быстро остывают, попадая в область низких температур и давления. Такие минералы, как правило, имеют стекловатую или скрытокристаллическую структуру в отличие от хорошо окристаллизованных минералов, образовавшихся при медленном остывании магматических очагов. Минералы, образовавшиеся в трещинах земной коры при остывании гидротермальных растворов, называют жильными. Гидротермальные жилы обычно представлены жильным кварцем SiО2, халцедоном SiO2, кальцитом СаСО3) флюоритом CaF2. Реже жильное тело представлено сидеритом FeCO3, магнезитом MgCO3 и другими минералами. Из рудных минералов в гидротермальных жилах встречаются самородные металлы (золото Аи, серебро Ag, медь Си), сульфиды (пирит FeS2, халькопирит CuFeS2, галенит PbS, сфалерит ZnS) и др.

Вулканический процесс образования минералов происходит при выбросе магмы на поверхность земной коры при ее прорыве из магматического очага. При вулканизме минералы образуются из всех трех компонентов магматических очагов: из минерального расплава, из газов и паров и гидротермальных растворов. Эти компоненты остывают на поверхности земной коры очень быстро, поэтому образуются минералы и породы пористой, стекловатой и скрытокристаллической структур. Вулканическое стекло – обсидиан, пемза, базальт и др. У минералов и горных пород вулканического происхождения имеются аналоги полнокрис­таллической структуры, образовавшиеся при медленном остыва­нии глубоких магматических очагов.

 

Минералы, образовавшиеся из компонентов магмы, называют первичными. В результате тектонических движений земной коры отдельные ее области в течение геологического времени поднимаются, и происходит горообразование.

Первичные минералы, оказавшись на поверхности Земли, подвергаются воздействию воды, кислорода, диоксида углерода, живых организмов. Совершающиеся сложные химические процессы приводят к образованию новых минералов, называемых вторичными или экзогенные минералами. Образование экзогенных минералов происходит также в рыхлых приповерхностных слоях земной коры, в гидросфере и атмосфере.[1]

Экзогенный процесс свойственен поверхности земной коры. При этом процессе минералы формируются на суше и в море. В первом случае их создание связано с процессом выветривания, т.е. разрушительным воздействием воды, кислорода, колебаний температуры на эндогенные минералы. Таким образом образуются глинистые минералы (гидрослюда, каолинит и др.), различные железистые соединения (сульфиды, оксиды химический осадков из водных растворов (галит, сильвин и др.).в экзогенном процессе ряд минералов образуется также за счет жизнедеятельности различных организмов (опал и др.).

Экзогенные минералы разнообразны по свойствам. В большинстве случаев они имеют низкую твердость, активно взаимодействуют с водой или растворяются в ней.

Экзогенные минералы делят на глинистые, образующиеся при вы­ветривании в мелких соленосных водоемах и при кристаллиза­ции (гипс, сульфит, сильвинит), и биогенные, образующиеся в результате разложения органических остатков (калиевая се­литра, сера, иногда пирит, марказит).

Метаморфический процесс. Под воздействием высоких температур и давлений, а также магматических газов и воды на некоторой глубине в земной коре происходит преобразование минералов, ранее образовавшихся в экзогенных процессах. Минералы изменяют свое первоначальное состояние, перекристаллизовываются, приобретают плотность, прочность. Так образуются многие минералы-силикаты (роговая обманка, актинолит и др.).

Классификация минералов. Существует много вариантов классификаций минералов. Наиболее широко используется классификация по химическому составу и кристаллической структуре. Вещества одного химического типа часто имеют близкую структуру, поэтому минералы сначала делятся на классы по химическому составу, а затем на подклассы по структурным признакам.

Все минералы разделяют на 10 классов.

Классы минералов

Таблица 1.

Классы

Минералы

Классы

Минералы

Силикаты

Карбонаты

Оксиды

Гидроксиды

Сульфиды

Ортоклаз K[AlSi3O8]

Кальцит СаСО3

Кварц SiO3

Опал SiO2 * nH2O

Пирит FeS2

Сульфаты

Галоиды

Фосфаты

Фольфраматы

Самородные элементы

Гипс CaSO4 * 2H2O

ГалитNaCl

Апатит Ca5(F,Cl) [PO4]3

Вольфрамит (Fe,Mn) WO4

Алмаз С

Силикаты – наиболее многочисленный класс, включающий до 800 минералов, являющихся основной частью большинства магматических и метаморфических пород. Среди силикатов выделяют группы минералов, характеризующиеся некоторой общностью состава и строения – полевые шпаты, пироксены, амфиболы, слюды, а также оливин, тальк, хлориты и глинистые минералы. Все они по своему составу алюмосиликаты.

Карбонаты. К ним относится более 80 минералов. Наиболее распространены кальцит, магнетизм, доломит. Происхождение в основном экзогенное и связано с водными растворами. В контакте с водой они немного снижают свою механическую прочность, хотя и слабо, но растворяются в воде, разрушаются в кислотах.

Оксиды и гидроксиды. Эти два класса объединяют около 200 минералов, на их долю приходится до 17% всей массы земной коры. Наибольшее распространение имеют кварц, опал и лимонит.

Сульфиды насчитывают до 200 минералов. Типичный представитель пирит. Сульфиды в зоне выветривания разрушаются, поэтому их примесь снижает качество строительных материалов.

Сульфаты. Этот класс объединяет до 260 минералов, происхождение которых связано с водными растворами. Характеризуются небольшой твердостью, светлой окраской. Сравнительно хорошо растворяются в воде. Наибольшее распространение имеют гипс и ангидрит. При соприкосновении с водой ангидрит переходит в гипс, увеличиваясь в объеме до 33%.

Галоиды содержат около 100 минералов. Происхождение связано в основном с водными растворами. Наибольшее распространение имеет галит. Может быть составной частью осадочных пород, легко растворяется в воде.

Минералы классов фосфатов, вольфраматов и самородных элементов встречаются гораздо реже, чем другие.[2]

 

2 Структуры, текстуры, вещественный состав химических и биохимических осадочных пород

Горные породы представляют собой природные минеральные агрегаты, которые «рождаются» в земной коре.

По своему происхождению их делят на три типа: магматические, осадочные и метаморфические. В земной коре магматические и метаморфические породы занимают 95% от общей ее массы. Осадочные породы располагаются непосредственно на поверхности Земли, покрывая собой в большинстве случаев магматические и метаморфические породы.

Любая находящаяся на земной поверхности порода подвергается выветриванию, т.е. разрушительному воздействию воды, колебаний температур и т.д. в результате даже самые массивные, прочные магматические породы постепенно разрушаются, образуя обломки разных размеров и распадаясь до мельчайших частиц.

Продукты разрушения переносятся ветром, водой и на определенном этапе переноса отлагаются, образуя рыхлые скопления или осадки. Накопление происходит на дне рек, морей, океанов и на поверхности суши. Из рыхлых скоплений (осадков) с течением времени формируются различные осадочные породы.

Осадочные породы слагают самые верхние слои земной коры, покрывая своеобразным чехлом породы магматического и метаморфического происхождения. Несмотря на то, что осадочные породы составляют всего 5% земной коры, земная поверхность на 75% своей площади покрыта именно этими породами, в связи с чем строительство и производится в основном на осадочных породах. Инженерная геология этим породам уделяет наибольшее внимание.

Осадочные породы принято подразделять на три основные группы:

1) обломочные;

2) химического происхождения (хемогенные);

3) органогенные, возникшие в результате жизнедеятельности организмов.

Это деление несколько условно, так как многие породы имеют смешанное происхождение, например, отдельные известняки содержат в своем составе материал органогенного, химического и обломочного характера.

Хемогенные породы образуются в результате выпадения их водных растворов химических осадков. Такой процесс происходит в водах морей, континентальных усыхающих бассейнов, соленых источниках и т.д. к таким породам относятся различные известняки, известковый туф, доломит, ангидрит, гипс, каменная соль и др. общей для этих пород особенностью является их растворимость в воде, трещиноватость.

Наиболее распространенными породами являются известняки, которые по своему происхождению могут быть также обломочными, органогенными.

Органогенные (биохемогенные) породы образуются в результате накопления и преобразования остатков животного мира и растений, отличаются значительной пористостью, многие растворяются в воде, обладают большой сжимаемостью. К органогенным породам относятся известняк-ракушечник, диатомит.[3]

Основная часть пород этой группы сформирована из морских накоплений, значительно меньшая — из осадков в водной среде на континентах.

Химическими называются разновидности пород, которые сфор­мировались из растворенных в воде веществ — доломиты, мергели, гипс, ангидрит, каменная соль. К химическим осадкам относятся также чистые глинистые породы, но они крайне редко встречаются в природе, зато часто встречаются смешанные песчано-глинистые породы, рассматриваемые отдельной группой.

Биогенными называют породы, сформированные из остатков скелета и раковин морских животных. Биогенное происхождение некоторых из этих пород хорошо видно невооруженным глазом, а некоторых — только под микроскопом.

Смешанные биохимические породы сформированы в результате одновременного накопления в море химического и биогенного ма­териала.

При изучении под микроскопом выделяют десятки и сотни структур и текстур пород данных классов.

При визуальном исследовании определение структур возможно лишь приблизительно ввиду малых размеров частиц.

Структуры осадочных химических, биогенных и смешанных биохимических пород

Таблица 2

Структура

Размер частиц, мм

Характеристика

Грубозернистая

Крупнозернистая

Среднезернистая

Крупнее 1 мм 0,5-1 0,1-0,5

В породе видны от­дельные кристаллы. Иногда порода имеет сахаровидный облик

Мелкокристаллическая

Микрокристаллическая

0,01-0,1

0,00001-0,01

Поверхность породы не­ровная, пачкает пальцы, кристаллы не видны

Коллоидная и аморфная

Менее 0,00001

Поверхность гладкая, раковистая, если порода плотная, неровная — если микропористая

Биогенная

Дополнительный термин для пород, состо­ящих из минеральных остатков живых орга­низмов

Текстуры осадочных химических, биогенных и смешанных биохимических пород

Таблица 3

Вид текстуры

Характеристика

1. Текстуры, определяемые по плотности сложения

1.1.  Плотная

1.2.  Микропористая

 

1.3.  Пористая

1.4.  Кавернозная

1.5.  Трещиноватая

1.6.  Выветрелая

В породе нет пустот

Поры не видны, порода легкая, прилипает мокрый палец

Поры видны невооруженным глазом В породе имеются крупные пустоты — более 2 мм В породе имеются трещины Порода ослаблена, пустоты и трещины расши­рены, часто порода может разламываться руками

2. Текстуры, определяемые по взаимному расположению частиц

2.1.   Слоистая

2.2.   Неслоистая

Присуща большинству осадочных пород. Хорошо видна в обнажении и в образцах.

Встречается редко. Пример: обломочные породы (кремень, он образует секреции)

 

Минеральный состав

Породы преимущественно мономинеральные с незначительными примесями. Минеральные частицы могут иметь небольшие размеры и не поддаваться прямой диагнос­тике по форме выделения, блеску, излому, спайности. В этом случае они определяются лишь по отдельным признакам: кальцит — по быстрой реакции с соляной кислотой, доломит — по замед­ленной, гипси ангидрит — по мелким сахаровидным кристаллам, галит — по соленому вкусу и полупрозрачным кристаллам с пря­мыми углами между гранями, лимонит — по ржавому цвету, фос­форит — по преимущественно темному цвету и запаху при трении, по которому узнаются белые фосфориты. Опал и халцедон, слага­ющие опоку, трепел и диатомит, выглядят в этих породах как мель­чайшие скорлупки, поэтому данные породы внешне совершенно не похожи на минеральный опал и халцедон.

Классификация данных пород совпадает с химической класси­фикацией главного минерала (большинство пород мономинеральные). Породы подразделяются на карбонаты, кремнистые по­роды, сульфаты, галоиды, фосфаты, железистые и органические породы.[4]

 

3 Абсолютный возраст горных пород и методы его определения

Абсолютный возраст – продолжительность существования (жизни) породы, выраженная в годах. Для его определения применяют методы, основанные на использовании процессов радиоактивных превращений, которые имеют место в некоторых химических элементах (уран, калий, рубидий), входящих в состав пород. Возраст магматических пород, а также химических осадков равен возрасту составляющих их минералов. Другие породы моложе входящих в их состав минералов.

Соотношение количеств совместно находящихся радиоактивного исходного изотопа и образовавшегося из него устойчивого элемента дает представление о возрасте вмещающих их пород

Абсолютная геохронология устанавливает возраст горных пород в единицах времени. Определение абсолютного возраста необходимо для корреляции и сопоставления биостратиграфических подразделений различных участков Земли, а также установления возраста палеонтологических остатков фанерозойских и долембрийских пород.

К методам определения абсолютного возраста пород относятся методы ядерной (или изотопной геохронологии) и не радиологические методы

Методы ядерной геохронологии в наше время являются наиболее точными для определения абсолютного возраста горных пород, в основе которых лежит явление самопроизвольного превращения радиоактивного изотопа одного элемента в стабильный изотоп другого. Суть методов состоит в определении соотношений между количеством радиоактивных элементов и количеством устойчивых продуктов их распада в горной породе. По скорости распада изотопа, которая для определенного радиоактивного изотопа есть величина постоянная, количеству радиоактивных и образовавшихся стабильных изотопов, рассчитывают время, прошедшее с начала образования минерала (соответственно и  породы).

Разработано большое число радиоактивных методов определения абсолютного возраста: свинцовый, калиево-аргоновый, рубидиево-стронциевый, радиоуглеродный и др. (выше установленный возраст Земли 4,6 млрд. лет не установлен с применением свинцового метода).

Урано-свинцовый метод. Для определения абсо­лютного возраста урано-свинцовым методом нужно знать весовые количества урана, тория и свинца в минерале, а также изотопный состав свинца. Определение изотопного состава свинца, как, впрочем, и других элементов, производится на специальных приборах – масс-спектрометрах. Природный свинец состоит из четырех изотопов: 204РЬ, 206РЬ, 207РЬ и 208РЬ; три последних обязаны своим происхождением радиоактивному распаду урана и тория, а 204РЬ является нерадиогенным, количество его в геологической истории Земли постоянно.

Зная весовое количество урана в минерале, определяемое химически, мы, тем самым, знаем, сколько у нас изотопов 238U и 235U, ибо содержание в природном уране в настоящее время всегда равно 0,714 %.

Для определения возраста урано-свинцовым методом могут быть использованы следующие минералы: уранинит, монацит, ортит, циркон, пирохлор, эшинит, ксенотим, самарскит и др. Для приближенного определения возраста можно использовать отношение 207РЬ/206РЬ, извлекая свинец из таких минералов, как полевые шпаты.

Калий-аргоновый метод основан на ядерном превращении 40К в 40Аг и 40Са. Природный калий состоит из изотопов: 39К – 93,08 %, 40К – 0,0119 % и41К – 6,91 %. Из них только 40К является разноактивным изотопом, большая часть его (88 %) превращается в 40Са и около 12 % – в 40Аг. Отсюда и возникли калий-кальциевый и калий-аргоновый методы. Калий-аргоновый метод в настоящее время весьма широко распространен. Аргон выделяют из образца на специальных установках прокаливанием при температуре 1200…1400 °С в вакууме. Возраст минерала определяется по отношению 40Аг/40К. Калий определяется химически дипикриламинатным или тетрафенилборатным методами, а чаще методом фотометрии пламени.

Для определения возраста породы калий-аргоновым методом используют калийсодержащие минералы: мусковит, биотит, глауконит, сильвин, амфиболы. В некоторых случаях, когда трудно выделить отдельные минералы, определяют возраст породы в целом (например, глинистый сланец).

Рубидиево-стронциевый метод дает более надежные результаты, чем калий-аргоновый. Для определения возраста по рубидиево-стронциевому методу могут быть использованы минералы калия, рубидий.

Как уже отмечалось, урано-свинцовый и калий-аргоновый, а также рубидиево-стронциевый методы мало удобны для установления возраста новейших геологических образований.

Для определения наиболее молодых геологических образований применяется радиоуглеродный метод, сущность которого состоит в следующем. В верхних слоях атмо­сферы под действием корпускулярного излучения Солнца на 14N образуется 14С. Период полураспада 14С равен примерно 5500 лет. Через этот промежуток времени количество 14С распадается наполовину, снова образуя 14N. Радиоактивный углерод 14С примешивается в атмосфере к обычному углероду и попадает во все объекты природы (организмы животных, растения, горные породы).

Пока организмы живы, содержание 14С в них постоянно, благодаря постоянному обмену с окружающей средой. Однако после их смерти обмен со средой прекращается и содержание 14С начинает уменьшаться. Замеряя количество 14С, можно определить возраст растительных остатков, прошедший со времени их смерти. Материалом для анализа является хорошо сохранившееся дерево, древесный уголь, торф, карбонатные илы. Этот метод применяется для установления возраста речных террас, морен, торфообразования, а также для датировки археологических памятников.

Погрешность составляет 100 лет. Радиоуглеродным методом устанавливают возраст объектов от 1000 до 30 000 лет.

Наиболее древние значения возраста горных пород и минералов близки к 3,5 млрд. лет (Кольский полуостров). Возраст отдельных минералов древних щитов Канады, Южной Африки также близок к 3 млрд. лет. Наиболее древний возраст имеют геологические объекты на щитах, которые считаются древнейшими геологическими структурами Земли. Если возраст гранитов достигает 3,5 млрд. лет, то естественно, что возраст земной коры должен быть значительно большим, ибо граниты внедрились в какие-то уже существовавшие породы, а если же они образовались ультраметаморфическим путем, т. е. в результате гранитизации, то, следовательно, гораздо раньше их уже существовали какие-то осадки. Древнейшие горные породы, которые удалось датировать, находятся в горном районе Нэрриер в Австралии. Возраст их 4,2 млрд. лет. В настоящее время считают, что возраст Земли составляет около 4,5 млрд. лет. Эти данные хорошо согласуются с данными о возрасте небесных пришельцев-метеоритов, которые не древнее 4,5 млрд. лет.[5]

Не радиологические методы уступают по точности ядерным.

Соляной метод был применен для определения возраста Мирового океана. Он основан на предположении, что воды океана были первоначально пресными, то, зная современное количество солей с континентов, можно определить время существования Мирового океана (~ 97 млн. лет).

Седиментационный метод основан на изучении осадочных пород в морях. Зная объем и мощность морских отложений в з.к. в отдельных системах и объем минерального вещества, ежегодно сносимого в моря с континентов можно вычислить продолжительность их наполнения.

Биологический метод базируется на представлении о сравнительно равномерном развитии орг. мира. Исходный параметр — продолжительность четвертичного периода 1,7 — 2 млн. лет.

Метод подсчета слоев ленточных глин, накапливающихся на периферии тающих ледников. Глинистые осадки откладываются зимой, а песчаные летом и весной, т.о. каждая пара таких слоев результат годичного накопления осадков (последний ледник на Балтийском море прекратил свое движение 12 тысяч лет назад).[6]

4 Приток напорных вод в грунтовый колодец

Подземные воды, находящиеся в грунтах и горных породах на различных глубинах, являются одними из основных существующих и перспективных источников водоснабжения.

Подземные воды по сравнению с поверхностными водами (водохранилища, озера, реки) обладают лучшими потребительскими качествами. Они не так загрязнены различными веществами неорганического и органического происхождения, а также микроорганизмами. Поэтому, как правило, не требуют достаточно дорогостоящих операций по осветлению, обесцвечиванию, обеззараживанию и удалению отдельных видов солей и соединений (азотистые соединения, сульфаты, хлориды и т.д.).

В настоящее время на долю подземных вод приходится более 1/3 всего объема вод, используемых в хозяйственно-бытовом водоснабжении.

Для отбора подземных вод с целью водоснабжения применяются трубчатые колодцы (скважины), шахтные колодцы, горизонтальные трубчатые дрены, галереи, лучевые горизонтальные трубчатые скважины.

Трубчатые колодцы, нижним концом своим достигающие водоупора и вскрывающие пласт водоносного грунта, называются совершенными. Колодец, вскрывающий водоносный пласт и не доведенный до водоупора, является несовершенным. Вскрываемый трубчатым колодцем водоносный пласт может быть безнапорным или напорным.

Водозаборные сооружения применяются в различных гидрогеологических условиях. Эти условия включают: фильтрационную характеристику водоносного грунтового пласта; расстояние его до границы области питания; мощность пласта и расположение его относительно водоупора. Данные условия (параметры) водоносного пласта определяются в результате гидрогеологических изысканий.

Главной задачей при расчете водозаборных сооружений является определение притока к ним грунтовых или артезианских вод в зависимости от гидрогеологических условий.

Приток воды к совершенному грунтовому колодцу при безнапорном движении фильтрационного потока

На рис. 1 изображена схема трубчатого колодца радиусом r0, погруженного до водоупора. Уровень грунтовых вод располагается на высоте H0 над водоупором. Глубина воды водонасыщенного слоя H0 называется мощностью водоносного пласта.

При отборе воды из колодца движение фильтрационного потока будет неравномерным. Полагаем, что стенки колодца полностью водопроницаемы.

В результате отбора воды из трубчатого колодца уровень ее в нем будет понижаться, так же как и уровень около колодца. Вокруг колодца в водоносном пласте образуется воронкообразная свободная поверхность с центром в колодце. Эта свободная поверхность является депрессионной воронкой. Кривая, ограничивающая эту воронку, - депрессионная линия.

https://studfiles.net/html/2706/40/html_ySse5ej7IO.rAlx/img-OaZLAW.jpg

Рис. 1. Приток воды к совершенному трубчатому колодцу

Расстояние R, на котором депрессионная линия соединяется с начальным уровнем воды, называется радиусом депрессии (радиус влияния отдельного колодца). Влияние откачки воды из колодца за пределами радиуса депрессии не наблюдается, там уровень воды остается постоянным.

Проведем координатные оси: ось х проходит по поверхности водоупора, а ось у - по вертикальной оси колодца (см. рис. 1).

Выделим объем водоносного грунта вокруг колодца в виде цилиндра, высота, которого у, радиус х. Через поверхность этого цилиндра https://studfiles.net/html/2706/40/html_ySse5ej7IO.rAlx/img-tfDKQH.pngбудет протекать расходQ.

Расход воды, притекающей к цилиндру,

https://studfiles.net/html/2706/40/html_ySse5ej7IO.rAlx/img-7FoBHy.png, (1)

где https://studfiles.net/html/2706/40/html_ySse5ej7IO.rAlx/img-5b227T.png ; V - средняя скорость.

В выбранном сечении будет иметь место плавно изменяющееся безнапорное движение воды. Следовательно, средняя скорость в данном сечении, согласно формуле Дюпюи https://studfiles.net/html/2706/40/html_ySse5ej7IO.rAlx/img-du6pkH.png.

Дифференциальное уравнение притока воды к колодцу

https://studfiles.net/html/2706/40/html_ySse5ej7IO.rAlx/img-Otaj5F.png. (2)

Разделим переменные в выражении:

https://studfiles.net/html/2706/40/html_ySse5ej7IO.rAlx/img-gN1FXA.png. (3)

Уравнение (3) интегрируем согласно граничным условиям - значения х изменяются от r0 до R, а у - от h0 до H0:

https://studfiles.net/html/2706/40/html_ySse5ej7IO.rAlx/img-gFRSZS.pnghttps://studfiles.net/html/2706/40/html_ySse5ej7IO.rAlx/img-wq2RKG.png.

Окончательно получим

https://studfiles.net/html/2706/40/html_ySse5ej7IO.rAlx/img-T8FvBq.png. (4)

Отсюда приток к совершенному колодцу (дебит его) после преобразований (4)

https://studfiles.net/html/2706/40/html_ySse5ej7IO.rAlx/img-t9iW71.png. (5)

Используя понятие понижения уровня воды в колодце S0=H- h0, приток воды к колодцу

https://studfiles.net/html/2706/40/html_ySse5ej7IO.rAlx/img-u6nzHt.png. (6)

Уравнение кривой депрессии можно получить из уравнения (4), приняв изменения линейных параметров от r0 до х и от h0 до у:

https://studfiles.net/html/2706/40/html_ySse5ej7IO.rAlx/img-Cm5Tvi.png(11.7)

где х и у - координаты кривой депрессии.

Глубина воды на расстоянии х равна у=h, тогда уравнение кривой депрессии будет иметь следующий вид:

https://studfiles.net/html/2706/40/html_ySse5ej7IO.rAlx/img-JtjsKj.png. (8)

Радиус влияния колодца R может быть вычислен по формуле В. Зихарда, м,

https://studfiles.net/html/2706/40/html_ySse5ej7IO.rAlx/img-G3llpI.png, (9)

где S0h - в метрах, k - в метрах в секунду.

В табл. 4 приведены ориентировочные значения радиуса влияния (депрессии) для песчаных грунтов в неограниченном пласте грунта.

Значения радиуса влияния песчаных грунтов

Таблица 4

Грунт

R, м

Мелкозернистый песок

100-200

Среднезернистый песок

250-500

Крупнозернистый песок

700-1000

Наиболее достоверные данные о значении радиуса влияния R можно получить только в результате гидрогеологических изысканий.

Приток к совершенному колодцу при напорной фильтрации

Водоносный пласт мощностью Т полностью прикрыт сверху водонепроницаемым слоем (рис. 2).

Давление в водоносном пласте больше атмосферного давления. В трубчатом колодце, расположенном в пласте, вода в соответствии с давлением в пласте поднимется на высоту Н0.

Откачивая воду из колодца, в нем устанавливается глубина h0, а вокруг него создается условная депрессионная воронка. Однако в этом случае депрессионная линия не является кривой свободной поверхности, а будет показывать линию гидростатических напоров. Установив несколько скважин, доведенных до напорного водоносного пласта, в каждой из них вода поднимется на определенный уровень. Соединив эти уровни, получим напорную линию.

https://studfiles.net/html/2706/40/html_ySse5ej7IO.rAlx/img-vUcKSv.jpg

Рис. 2. Приток воды к совершенному трубчатому колодцупри напорной фильтрации

Возьмем живое сечение вокруг трубчатого колода в виде цилиндра, радиус которого х, а высота равна мощности водоносного пласта Т.

Фильтрационный расход, проходящий через выбранный цилиндр,

https://studfiles.net/html/2706/40/html_ySse5ej7IO.rAlx/img-dJ5Tjb.png, (10)

где V - средняя скорость.

Во взятом сечении имеет место плавно изменяющееся движение, и согласно формуле Дюпюи https://studfiles.net/html/2706/40/html_ySse5ej7IO.rAlx/img-AOZdog.png.

Дифференциальное уравнение расхода

https://studfiles.net/html/2706/40/html_ySse5ej7IO.rAlx/img-IduZSS.png. (11)

В данном случае у является напором в сечении на расстоянии х от оси колодца. Разделив переменные в уравнении, получим

https://studfiles.net/html/2706/40/html_ySse5ej7IO.rAlx/img-LvwtpB.png. (12)

Глубина понижения воды в колодце S0=H- h0. В результате преобразования уравнения (12) приток воды к совершенному колодцу при напорном движении[7]

https://studfiles.net/html/2706/40/html_ySse5ej7IO.rAlx/img-uBq5zs.png. (13)

5 Определение гранулометрического состава песчано-глинистых пород

Гранулометрический состав грунта – это определенное содержание по весу разнофракционных частиц, выражающееся в их процентном отношении к массе сухих проб, взятых для анализа.

Отборы конкретных образцов осуществляют согласно требований ГОСТа 12071-2000, где микроагрегатный состав определяется по весовому содержанию твердых водостойких составляющих частиц.

Определение гранулометрического состава необходимо для решения целого ряда практических вопросов, важнейшими из которых являются: классификация грунтов по гранулометрическому составу; приближенное вычисление водопроницаемости рыхлых несвязных грунтов по эмпирическим формулам; оценка пригодности грунтов для использования их в качестве насыпей для дорог, дамб, земляных плотин; выбор оптимальных отверстий фильтров буровых скважин; расчет обратных фильтров; оценка возможных явлений суффозии в теле фильтрующих плотин и их основаниях, в стенках котлованов, бортах выемок, а также оценка несвязных грунтов - как строительного материала и как заполнителя при изготовлении бетона. От гранулометрического состава зависят такие важные характеристики свойств и состояния грунта, как пластичность, пористость, сопротивление сдвигу, сжимаемость, усадка, разбухание, высота капиллярного поднятия, водопроницаемость и др.

Как рыхлые, так и твердые горные породы в природном массиве имеют различного рода пустоши и трещины, которые обуславливают изменчивость механических свойств, водо- и газопроводимость пород.

Для рыхлых раздельнозернистых и связных пород, частицы которых связаны слабыми водно-коллоидными связями, скважность, а следовательно и водно-физические свойства зависят от их гранулометрического состава.

Любую рыхлосвязную или раздельнозернистую породу можно разделить на фракции. Фракцией называется совокупность частиц породы одного размера или группы размеров (например, от 0,5 до 0,25 мм). Содержание той или иной фракции выражает в процентах по массе. Исследование распределения всех частиц пород по размерам называют гранулометрическим анализом.

В зависимости от преобладающего размера обломков выделяют фракции: крупнообломачные (более 2 мм), песчаные (от 2 до 0,05 мм), пылевые (от 0,05 до 0,005 мм и менее).

В отличии от песчаных частиц, имеющих обычно окатанную форму, частицы глинистых фракций имеют форму иголок, тонких чешуек листиков, заполняющих пространство между частицами крупных размеров.

При содержании 3% глинистых фракций порода приобретает связность.Породы, содержащие более 30% глинистых частиц, называют глинистыми.

Породы, содержащие менее 3% глинистых частиц, называются крупнообломачными, песчаными, пылевыми (алевритами), в зависимости от размера и процентного содержания соответствующих фракций. Для уточнения наименования крупнообломачных и песчаных пород, содержащих менее 3% глинистых частиц, принята следующая классификационная схема:

Щебнистый, галечниковый грунт- более 50% частиц крупнее 10 мм

Гравийный, древесный грунт- более 50% крупнее 2 мм

Крупный песок- более 50% частиц крупнее 0,5 мм

Среднезернистый песок- более 50% частиц крупнее 0,1 мм

Мелкий песок- более 75% частиц крупнее 0,1 мм

Пылеватый песок- не менее 50% частиц крупнее 0,1 мм

Алеврит- менее 50% частиц крупнее 0,1 мм

Гранулометрический анализ

Для установления грансостава нескольких пород применяется несколько методов. Крупнообломочные и песчаные породы легко разделяются на фракции рассеиванием на ситах с отверстиями различных диаметров. Для глинистых пород ситовый метод не применим, поэтому здесь используют методы, основанные на том, что скорость осаждения взвешенных в воде частиц зависит от их размеров.

Глинистую породу предварительно взбалтывают в воде и через определенные промежутки времени берут пипеткой пробу, из которой затем выпаривается и определяется масса (пипеточный метод). Для пород, содержащих глинистые и песчанные фракции, применяют комбинированный анализ с предварительным отмачиванием: на песчаных частицах имеется некоторое количество налипших на них глинистых частиц. Глинистые частицы смываются, а промытые песчаные высушиваются и фракционируют на ситах.

Результаты изучение грануметрического состава грунтов используются при решении следующих практических методов:

Определение водопроницаемости пород по эмпирическим формулам.

Обоснование выбора типа и конструкции фильтров водозаборных скважин.

Прогнозирование процессов суффозии на бортах котлованов и выемок.

Прогнозирование водоотдачи и проявление плывунных свойств.

Определение пригодности песчаных пород в качестве инертного заполнителя в бетонных и строительных растворов.[8]

Методы определения состава грунтов

Таблица 5

Наименование грунтов

Состав грунта

Метод определения

Песчаные, при выделении зерен крупностью:

от 10 до 0,5 мм

Гранулометрический

Ситовой без промывки водой

от 10 до 0,1 мм

Ситовой с промывкой водой

Глинистые

Гранулометрический

Ареометрический

Гранулометрический и микроагрегатный составы

Пипеточный

Пески и глинистые грунты

Содержание растительных остатков

Выделение сухим или мокрым способом

Содержание гумуса

Оксидометрический после удаления хлоридов

1 (секи и глинистые грунты, содержащие менее 10 % гумуса

Сухое сжигание, после удаления карбонатов

1 (секи и глинистые грунты, содержащие более 10 % гумуса

Для специальных целей, предусмотренных заданием, пробу грунта подготавливают: для определения гранулометрического (зернового) состава глинистого грунта максимальной диспергации - кипячением в воде с добавлением пирофосфорнокислого натрия, а для определения микроагрегатного состава глинистого груша - замачиванием в воде с последующим взбалтыванием на встряхивающем аппарате. Для определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава грунтов следует брать образцы, высушенные до воздушно-сухого состояния и растертые в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником.

Для определения гранулометрического и микроагрегатного состава грунтов, содержащих органические вещества, следует брать образцы природной влажности.

При определении гранулометрического (зернового) состава песчаных грунтов ситовым методом с промывкой водой применяют водопроводную или профильтрованную дождевую (речную) воду, а при определении гранулометрического (зернового) или микроагрегатного состава глинистых грунтов - дистиллированную воду.

При определении гранулометрического (зернового) или микроагрегатного состава глинистых грунтов ареометрическим или пипеточным методом цилиндры, в которых производится отстаивание суспензии, должны быть защищены от колебания температуры и не подвергаться сотрясениям.[9]

 


6 Инженерно-геологические исследования при строительстве промышленных и гражданских объектов

Роль и место инженерной геологии в строительстве зданий и сооружений показаны в таблице 6. Техническое задание на инженерно-геологические изыскания выдает инженер-строитель, занимающийся проектированием объекта. В связи с этим инженер-строитель должен владеть определенными знаниями по инженерной геологии. Далее изыскания выполняет специализированная изыскательская организация. Каждая изыскательская организация, в том числе и по инженерно-геологическим изысканиям, специализируется, как правило, по определенному виду строительства — промышленно-гражданскому, дорожному, гидротехническому и др. Результаты изысканий в виде инженерно-геологического отчета передаются строительной проектной организации, где ведется проектирование объекта. В этой работе, как и при строительстве объекта, обязательно принимает участие инженер-геолог. В период эксплуатации объекта в ряде случаев также требуется участие инженера-геолога, чаще всего это бывает в связи с нарушением нормальной эксплуатации объекта (деформация зданий, подтопление фундаментов, оползневые процессы и т. д.).

Роль инженерной геологии в строительстве объектов

Таблица 6

Этап

строительства

Вид работ

Организация

Исполнитель

1

Инвестиции

Заказчик

Заказчик

2

Техническое задание на инженерно-геологические изыскания

Проектная

Инженер-строитель

3

Инженерно-геологические изыскания

Изыскательская

Инженер-геолог

4

Проектирование

Проектная

Инженер-строитель при участии инжене-ра-геолога

5

Строительство

Строительная

То же

6

Эксплуатация объекта

Заказчик

»

7

Реконструкция или лик­видация

Строительная

»

В последнее время значительное место в строительной практике занимает вопрос реконструкции, перепрофилирования и реставрации зданий и сооружений, как правило, в пределах существующей городской застройки. Это накладывает особую ответственность на инженеров-геологов, которые должны оценить степень изменений в геологической среде за период эксплуатации зданий и сооружений и выработать рекомендации по дальнейшим проектным решениям в связи с изменившейся геологической обстановкой.

Цель инженерно-геологических исследований — получить необходимые для проектирования объекта инженерно-геологические материалы.

Задача исследований — изучение геологического строения, геоморфологии, гидрогеологических условий, природных геологических и инженерно-геологических процессов, свойств горных пород и прогноз их изменений при строительстве и эксплуатации различных сооружений.
Ведение инженерно-геологических изысканий регламентируется основным нормативным документом в строительстве «Строительными нормами и правилами» СНиП 11.02—96 «Инженерные изыскания для строительства» и комплексом сводов правил.

С 01.07.03 г. принят Закон РФ «О техническом регулировании», переводящий указанные документы в разряд рекомендательных, что, однако, не меняет их значимость для организации инженерных изысканий для строительства. Данные документы определяют порядок, состав, объем и виды выполняемых работ изысканий для различных этапов проектирования, строительства и эксплуатации объектов и различных геологических обстановках, а также состав документации по результатам изысканий, порядок их предоставления и приемки, а также ответственность исполнителей и заказчиков (проектировщиков).

Состав исследований определяется программой, согласованной с проектной организацией. В состав работ входят: сбор, изучение и анализ имеющихся геологических материалов по району строительства; инженерно-геологическая и гидрогеологическая съемка; буровые и горно-проходческие разведочные работы; геофизические исследования; опытные полевые работы; стационарные наблюдения; лабораторные исследования грунтов и подземных вод; камеральная обработка и составление отчета.

Во всех случаях исследования должны начинаться со сбора имеющихся материалов о природных условиях района (геологическом строении, гидрогеологических условиях, климате, гидрологии, почвенном покрове, топографии). Эту работу выполняют в подготовительный период до начала полевых работ; изучают материалы, хранящиеся в геологических фондах и других организациях, опубликованные работы, собирают данные об опыте строительства и эксплуатации аналогичных сооружений в местных природных условиях. Тщательный сбор и анализ имеющихся материалов, дополненный в ряде случаев рекогносцировочным обследованием района, позволяет целенаправленно составить программу исследований и значительно сократить их объем.

После проведения необходимых организационно-хозяйственных мероприятий изыскательский отряд или партия выезжает на место будущего строительства и приступает к полевым работам (съемка, буровые, геофизические и другие работы).

Окончательная обработка полевых материалов и результатов лабораторных анализов производится в стационарных условиях в течение камерального периода. Камеральная обработка материалов завершается составлением инженерно-геологического и гидрогеологического отчетов.

Объем выполняемых инженерно-геологических исследований бывает различен. Это связано со стадией проектирования (предварительные или детальные исследования), геологической изученностью района (изученный, малоизученный, неизученный), сложностью геологического строения (сложные складки, горизонтальное залегание слоев и т. д.), особенностями свойств грунтов (грунты, требующие и не требующие специальных работ), конструктивными особенностями сооружений и их капитальностью.

Основной объем инженерно-геологических работ приходится на исследования, проводимые в период до проектирования. На этом этапе инженерно-геологические исследования обеспечивают получение необходимых данных, связанных с геологическими условиями местности, со свойствами грунтов и получением инженерных выводов. Геологическое изучение местности позволяет выявить лучший участок для строительства, влияние различных процессов на сооружение и влияние самого сооружения на природную обстановку. Изучение грунтов позволяет определить их свойства, решить вопрос о необходимости улучшения их свойств и составить представление о наличии в данном районе тех или иных строительных Материалов. Важное место занимают инженерные выводы. При этом устанавливается глубина заложения фундаментов и величина допускаемых давлений на грунт, прогнозируются устойчивость сооружения, величины ожидаемых осадков и т. д.В период строительства при проходке котлованов производят сверку наблюдаемых геологических и гидрогеологических данных с геологическими материалами, полученными в период инженерно-геологических исследований до проектирования. При наличии расхождений назначают дополнительные инженерно-геологические работы для подтверждения правильности выполненного проекта или внесения в него необходимых исправлений.

При эксплуатации зданий и сооружений во многих случаях целесообразны работы, связанные с подтверждением прогноза устойчивости объектов. Так, проводят наблюдения за характером и величиной осадок, режимом грунтовых вод и рек, размывом берегов, устойчивостью склонов и т. д. К этому периоду относят также работы, получившие название инженерно-геологической экспертизы. Задачей таких исследований является установление причин возникновения деформаций зданий и сооружений и решение вопросов по их устранению.

Инженерно-геологические работы обычно выполняют в три этапа:

1) подготовительный; 2) полевой; 3) камеральный.

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

В полевой период производят все инженерно-геологические работы, предусмотренные проектом для данного участка:

• инженерно-геологическую съемку;

• разведочные (буровые и горно-проходческие) работы и геофизические исследования;

• опытные полевые исследования грунтов;

• изучение подземных вод;

• анализ опыта местного строительства и т. д.

В течение камерального периода производят обработку полевых материалов и результатов лабораторных анализов, составляют инженерно-геологический отчет с соответствующими графическими приложениями в виде карт, разрезов и т. д.

Инженерно-геологический отчет является итогом инженерно-геологический изысканий. Отчет передается проектной организации, и на его основе выполняется необходимая проектная документация для строительства. В общем виде отчет состоит из введения, общей и специальной частей, заключения и приложений. Во введении указывают место проведения изыскательских работ и время года, исполнителей и цель работ. В общей части, в ее отдельных главах дается описание:

• рельефа, климата, растительности, населения;

• геологической обстановки с приложением геологических карт и разрезов;

• карт строительных материалов, которые необходимы для выполнения строительных работ.

В специальных главах большое внимание уделяется фунтам и подземным водам. Грунты являются основным объектом исследований, поэтому указываются: какие грунты, их свойства, выраженные в цифрах, что необходимо для определения расчетных характеристик, пригодность фунтов для строительства объекта.

Подземные воды оцениваются в двух направлениях: как источники водоснабжения при строительстве и эксплуатации объекта и как они могут помешать строительству. В этих случаях даются рекомендации по строительному водопонижению и устройству дренажей на период эксплуатации объекта.

В заключительной части отчета дается общая инженерно-геологическая оценка участка по пригодности для данного строительства, указываются наиболее приемлемые пути освоения территории, заостряется внимание на вопросах охраны окружающей среды.

Отчет обязательно должен иметь приложение, в котором дается различный графический материал (карты, разрезы, колонки скважин и др.), а также таблицы свойств фунтов, химических анализов воды, каталог геологических выработок и др.

Инженерно-геологический отчет должен давать ответы на все вопросы, которые стоят перед строителем, но семь из этих ответов являются главными. Это фактически семь основных требований к инженерно-геологическим изысканиям. К ним относятся: 1) оценка общих условий территории; 2) обеспечение геологическими данными для выбора типа основания и конструкций фундамента; 3) определение характера воздействия на фунты динамических нагрузок; 4) возможное влияние на устойчивость объекта инженерно-геологических процессов; 5) влияние на объект подземных вод; 6) состав и свойства грунтов как несущих оснований и особенности производства земляных работ; 7) прогноз влияния объекта на природную среду, в частности, по загрязнению земли, атмосферы и гидросферы.

Инженерно-геологические заключения. В практике инженерно-геологических исследований очень часто вместо больших отчетов приходится составлять инженерно-геологические заключения. Выделяются три вида заключений: 1) по условиям строительства объекта; 2) о причинах деформаций зданий и сооружений и 3) экспертиза. В первом случае заключение носит характер сокращенного инженерно-геологического отчета. Такое заключение может быть выполнено для строительства отдельного здания.

Заключение о причинах деформаций зданий и сооружений могут иметь различное содержание и объем. В их основу кладутся материалы ранее проведенных исследований, осмотр местности, сооружения. При необходимости дополнительно выполняется небольшой объем инженерно-геологических исследований. Заключение должно вскрыть причины деформаций и наметить пути их устранения.
Инженерно-геологическая экспертиза проводится, главным образом, по проектам крупных сооружений. Основой для экспертизы является наличие спорных и разноречивых оценок природных условий (в процессе изысканий) или аварий сооружений (в процессе их эксплуатации).Экспертиза силами квалифицированных специалистов устанавливает:

• правильность приемов исследований;

• достаточность объемов работ;

• правомерность выводов и рекомендаций;

• причины аварий и т. д.

По объему работы экспертиза бывает кратковременная и длительная. В первом случае вопрос решается практически сразу. Выводы излагаются в виде заключения. Во втором случае экспертиза кроме изучения имеющихся материалов требует выполнения специальных работ по определенной программе с указанием сроков. По окончании работ выводы могут быть изложены в виде заключения или даже небольшого инженерно-геологического отчета.

Экспертиза должна давать ответ на поставленные вопросы, содержать необходимые конкретные рекомендации, обоснования и доказательства целесообразности предлагаемых инженерно-технических мероприятий.Инженерно-геологическая съемка представляет собой комплексное изучение геологии, гидрогеологии, геоморфологии и других естественно-исторических условий района строительства. Эта работа дает возможность оценить территорию со строительной точки зрения.

Масштаб инженерно-геологической съемки определяется детальностью инженерно-геологических исследований и колеблется от 1:200 000 до 1:10 000 и крупнее. Основой для проведения съемки служит геологическая карта данной территории.

Геоморфологические исследования уточняют характер рельефа, его возраст и происхождение. При геологических работах определяют условия залегания пород, их мощность, возраст, тектонические особенности, степень выветрелости и т. д. Для этой цели изучают естественные обнажения, представляющие собой выходы на поверхность слоев горных пород на склонах гор, оврагов, речных долин. Для каждого слоя записывают наименование породы, окраску, состав, примеси, измеряют видимую мощность и элементы залегания. На карте указываются местонахождения обнажений. Наиболее характерные для данного района обнажения зарисовывают и фотографируют.Районы, где наблюдается большое количество обнажений, называют открытыми, при отсутствии их — закрытыми. В закрытых районах геологическое строение изучают с помощью разведочных выработок (буровых скважин, шурфов и т. д.). Выработки документируются. Одновременно из них отбирают пробы образцов пород для лабораторных исследований.

При инженерно-геологической съемке изучают гидрогеологические условия для выяснения обводненности пород, глубины залегания подземных вод, их режима и химического состава; выявляют геологические явления и процессы (обвалы, осыпи, оползни, карст и т. д.), которые могут негативно отразиться на устойчивости и нормальной эксплуатации зданий и сооружений, изучают опыт строительства на данной территории, определяют физико-механические свойства пород полевыми методами, а также в специальных полевых лабораториях.

В процессе инженерно-геологической съемки производят поиски месторождений естественных строительных материалов.
На основе полученных данных составляют инженерно-геологическую карту района строительства. Это дает возможность произвести инженерно-геологическое районирование территории и выделить участки, наиболее пригодные под строительство крупных объектов (промышленные предприятия, жилые микрорайоны и т. д.).

Аэрокосмические методы. Для ускорения сроков съемочных работ и повышения их качества используют аэрометоды, которые особенно эффективны в районах, труднодоступных для наземного изучения (заболоченные низменности, пустыни и т. д.). Широкое распространение в современных условиях получили методыкосмической съемки, для которых разработана специальная аппаратура, методики дешифрирования снимков, позволяющие получать высокоточную и достоверную геологическую информацию.

Буровые и горнопроходческие разведочные работы являются существенной частью инженерно-геологических и гидрогеологических полевых исследований. С помощью буровых скважин и горных выработок (шурфов, штолен и др.) выясняют геологическое строение и гидрогеологические условия строительной площадки на необходимую глубину, отбирают пробы грунтов и подземных вод, проводят опытные работы и стационарные наблюдения.

К главнейшим разведочным выработкам относят расчистки, канавы, штольни, шурфы и буровые скважины. При инженерно-геологических работах наиболее часто используют шурфы и буровые скважины.Расчистки, канавы и штольни относят к горизонтальным выработкам. Их целесообразно применять на участках, сложенных крутопадающими слоями. При слабонаклонном и горизонтальном залегании слоев следует проходить шурфы и буровые скважины.

По окончании разведочных работ шурфы тщательно засыпают, грунт утрамбовывают, а поверхность земли выравнивают.

Сейсмические методы основаны на различии в скоростях распространения упругих колебаний, возникающих как от естественных причин, так и от специально проводимых взрывов. В последнее время в инженерно-геологических работах используют разнообразные, в том числе одноканальные, микросейсмические установки. С их помощью можно установить глубину залегания скальных пород под наносами, выявить дно речных долин, карстовые полости, уровень грунтовых вод, мощность талых пород в вечной мерзлоте и т. д. В сложных сейсмических и в городских условиях этот метод недостаточно точен.

Электроразведка основана на исследовании искусственно создаваемого в массивах пород электрического поля. Каждые породы, в том числе сухие и насыщенные водой, характеризуются своим удельным электрическим сопротивлением. Чем больше разнятся эти удельные сопротивления между собой, тем точнее результаты электроразведки для данной строительной площадки.

Наибольшее применение при инженерно-геологических исследованиях нашли электропрофилирование и вертикальное электрозондирование.

При электропрофилировании на исследуемом участке погружают в грунт серию электродов по намеченным створам и на каждом из них измеряют сопротивление пород путем перемещения прибора с фиксированным положением электродов. Это дает сведения об изменении на участке удельного сопротивления, что может быть связано, в частности, с наличием пустот карстового происхождения.

Вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ) позволяет определять глубину залегания коренных пород и уровень подземных вод, дна речных долин, выделять слои различного литологического состава, в том числе водопроницаемые и водоупорные пласты и т. д.

После окончания работ по инженерно-геологической съемке и проходке буровых скважин и горно-проходческих выработок создаются геологические карты и разрезы, которые являются важнейшей и обязательной геологической документацией при решении вопросов строительства.

Карты составляются в основном для больших площадей, где намечается крупное строительство. Разрезы создаются во всех без исключения случаях строительства.

Геологические карты представляют собой проекцию геологических структур на горизонтальную плоскость. По этим картам можно судить о площади распространения тех или иных пород, условиях их залегания, дислокациях и т. д.

Стратиграфическая карта показывает границы распространения пород различного возраста. Породы одного и того же возраста на карте обозначают условными буквенными индексами и окрашивают одним цветом. Так, породы юрского периода — синим, мелового — зеленым и т. п. Стратиграфическая карта обычно сопровождается стратиграфической колонкой, которая отражает порядок напластования пород по их возрасту.

Литологическая карта отражает состав пород. Каждую породу обозначают типовым условным знаком. В практике геологических исследований для строительства чаще составляют литолого-стратиграфические карты, на которых показаны возраст и состав пород.

Инженерно-геологические карты — это сведения о важнейших инженерно-геологических факторах в пределах изучаемой территории. Каждая инженерно-геологическая карта — понятие собирательное и состоит из собственно карты, условных обозначений, геологических разрезов и пояснительной записки.

Для составления инженерно-геологических карт используют карты топографические, геологические всех видов, гидрогеологических исследований, свойств породы и т. д.

Инженерно-геологические карты бывают трех видов: 1) инженерно-геологических условий, 2) инженерно-геологического районирования и 3) инженерно-геологические карты специального назначения.

Карта инженерно-геологических условий содержит информацию с расчетом на удовлетворение всех видов наземного строительства. Ее используют для общей оценки природных условий местности, где будет осуществлено строительство.

Карта инженерно-геологического районирования отражает разделение территории на части (регионы, области, районы и т. д.) в зависимости от общности их инженерно-геологических условий.

Карты специального назначения составляют применительно к конкретным видам строительства или сооружения. Они содержат оценку инженерно-геологических условий территории строительства и прогноз инженерно-геологических явлений

Масштабы инженерно-геологических карт находятся в зависимости от их назначения и детальности содержания:
• общие обзорные (или схематические) карты мелкого масштаба (от 1:500 ООО и мельче) отражают общие закономерности формирования и распространения инженерно-геологических условий на больших территориях;

• карты среднего масштаба (от 1:200 ООО до 1:100 000) предназначены для обоснования проектирования строительства населенных пунктов, промышленных предприятий, отдельных гидротехнических сооружений и т.д.;

• детальные крупномасштабные карты (от 1:10 000 и крупнее) используют для обоснования проектирования при размещении конкретных объектов промышленного строительства, при застройке городских территорий и т. д.

Геологические разрезы представляют собой проекцию геологических структур на вертикальную плоскость и являются важным дополнением геологических карт. Они позволяют выявить геологическое строение местности на глубине.

На геологическом разрезе показывают возраст, состав, мощность, условия залегания пород, гидрогеологические условия. В тех случаях, когда разрез отражает физико-геологические явления и свойства пород, его называют инженерно-геологическим разрезом.

Геологические разрезы имеют большое значение при общей инженерно-геологической оценке районов строительства и отдельных их участков, выборе слоев в качестве несущих оснований, изучении режима фунтовых вод и т. д. Любая инженерно-геологическая работа должна заканчиваться построением геологического разреза.

Выделение инженерно-геологических элементов на территориях строительных площадок. Инженерно-геологический элемент (ИГЭ) — это часть массива пород (слой, часть слоя и т. д.), практически однородная по возрасту, литологическому составу, показателям состояния и физико-механическим свойствам. Последнее является определяющим при выделении элемента. Объем инженерно-геологического элемента зависит от того, какой показатель физико-механических свойств пород положен в основу его выделения в процессе инженерно-геологических исследований.

Выделение инженерно-геологических элементов позволяет целенаправленно размещать здания (сооружения) на территории, выделенной под строительство, и дает возможность решать вопрос выбора модели работы основания фундаментов.[10]


 

Список использованных источников и литературы

 

1. Ананьев В.П. Инженерная геология. http://sinref.ru/000_uchebniki/01701gornoe_delo/001_injenernaia_geologia_ananev/050.htm

2. Инженерная геология. http://mirznanii.com/a/24238/inzhenernaya-geologiya

3. Классификация материалов по происхождению. https://helpiks.org/3-97769.html

4.Классификация минералов. https://works.doklad.ru/view/

5. Классификация материалов по происхождению. https://helpiks.org/3-97769.html

6. Структура, текстура, вещественный состав химических и биохимических осадочных пород. https://www.bestreferat.ru/referat-236748.html

7. Химические, биогенные и биохимические осадочные породы.  http://ros-pipe.ru/tekh_info

8. Геологическая хронология земной коры. https://studfiles.net/preview/3579409/

9. Возраст Земли и периодизация геологических событий. http://www.ecos.org.ua/?p=55

10. Приток воды к водозаборным сооружениям https://studfiles.net/preview/5814911/page:3/

11. Исследование гранулометрического состава и фильтрационных свойств песчаных грунтов. https://studbooks.net/1771695/geografiya/inzhenerno_geologicheskie_issledovaniya_gruntov

12. Определение гранулометрического состава дисперсных грунтов. https://studme.org/80703/

 

 


 

Скачано с www.znanio.ru



[1] Классификация материалов по происхождению. https://helpiks.org/3-97769.html

[2] Классификация минералов. https://works.doklad.ru/view/2i4GiXxwHjc.html

[3] Структура, текстура, вещественный состав химических и биохимических осадочных пород. https://www.bestreferat.ru/referat-236748.html

[4] Химические, биогенные и биохимические осадочные породы.  http://ros-pipe.ru/tekh_info

[5] Геологическая хронология земной коры. https://studfiles.net/preview/3579409/

[6] Возраст Земли и периодизация геологических событий. http://www.ecos.org.ua/?p=55

[7]  Приток воды к водозаборным сооружениям https://studfiles.net/preview/5814911/page:3/

[8] Исследование гранулометрического состава и фильтрационных свойств песчаных грунтов. https://studbooks.net/1771695/geografiya/inzhenerno_geologicheskie_issledovaniya_gruntov

[9] Определение гранулометрического состава дисперсных грунтов. https://studme.org/80703/

[10]Ананьев В.П. Инженерная геология. http://sinref.ru/000_uchebniki/01701gornoe_delo/001_injenernaia_geologia_ananev/050.htm

скачать по прямой ссылке
Друзья! Добро пожаловать на обновленный сайт «Знанио»!

Если у вас уже есть кабинет, вы можете войти в него, используя обычные данные.

Что-то не получается или не работает? Мы всегда на связи ;)