Презентация "Горные породы как грунты и их физические свойства"

Преподаватель: Кимкина Валентина Михайловна
Заместитель директора по УМО, преподаватель спец. дисциплин
КГКП «Геологоразведочный колледж» УО ВКО А
2020 год
Гидрогеология и инженерная геология
/ПМ Выполнение поисков и разведки МПИ
Тема: Горные породы как грунты и их физические свойства.

Цели урока:
Образовательная: ознакомить с основами инженерной геологии. Изучить основные показатели физико-механических свойств грунтов
Развивающая: развить образное мышление и способность делать выводы самостоятельно, развить внимательность и усидчивость.
Воспитательная: воспитать умение серьезно подходить к поставленным задачам.

Раздел № 2 –Основы инженерной геологии

План урока:
Пояснение нового материала
Закрепление
Домашнее задание

Проверка домашнего задания
1. Охарактеризуйте типы движения воды, в каких условиях они происходят.
2.Что такое Кф, для чего он необходим.
3.Продемонстрируйте, с помощью необходимых инструментов, как производится пробная откачка из скважины. (зарисовать схему на доске, описать порядок проведения работ, провести опыт в течении 10 минут)
4.Какие параметры водоносного горизонта определяются при откачке, для чего они определяются.
5.Решите задачу. Абсолютная отметка устья СКВ.1-150,7м, абс.отм. устья СКВ.2-155,5м. Уровень грунтовых вод в СКВ.1-10,5м, а в СКВ.2-16,3м. Расстояние между скважинами 57м. Определите гидравлический уклон.
6.Определите направление движения потока подземных вод (способ треугольника), рассказать по схеме.
7.Охарактеризуйте движение грунтовых вод при горизонтальном залегании водоупора (написать формулурасчета единичного расхода, пояснить ее на примере)
8.Опишите способы проведения откачек, какие виды откачек существуют и с помощью чего они производятся.
9.Какие методы составления водного баланса существуют.
10.Подумайте для чего необходимо изучать режим и баланс подземных вод в гидрогеологии.

Грунтами следует считать любые горные породы, залегающие в верхней части земной коры, которые изучаются как многокомпонентные динамические системы, с целью познания их в качестве объекта инженерной деятельности человека и используются в качестве основания материала или среды, для возведения сооружений.
Инженерная геология представлена 3 разделами:
грунтоведение
инженерная геодинамика
методика инженерно-геологических следований
 

Грунтоведение
(физико-механические свойства грунтов)
Физико-механические свойства грунта формируются в процессе его образования (генезис). По генезису различают следующие породы:
магматические (интрузивные, эффузивные)
метаморфические
осадочные
Литогенез осадочных горных пород.
Литогенез – это процесс образования горных пород и все изменения, которые привели их в современный вид. Литогенез состоит из следующих этапов:
1. Седиментогенез – это осадконакопление, проходящее в 3 стадии:
а) выветривание;
б) транспортировка;
в) накопление осадков в водной среде.
2. Диагенез заключается в преобразовании осадка в горную породу (кристаллизация, цементация).
3. Метаморфизм.
4. Выветривание.

Структура осадочных горных пород:
Под структурой горных пород понимается совокупность следующих признаков:
а) размер, форма и характер поверхности частиц и агрегатов;
б) взаимное расположение частиц и агрегатов;
в) наличие и характер внутренних связей между частицами и агрегатами.
Исходя из размеров частиц материнских пород, выделяют по I структурному признаку, следующие элементарные частицы осадочных горных пород:
глинистые: d < 0,001 км
пылеватые: d от 0,01-0,001 мм
песчаные: d от 2-0,01 мм
крупнообломочные: d > 2 мм

Структура горных пород:
1.пелитовая состоит из глинистых частиц
2.алевролитовая из пылеватых частиц
3.псаммитовая из песчаных частиц
4.псефитовая из крупнообномочных частиц.

По характеру поверхности выделяют структуры:
конгломератовидная состоит из окатанных частиц (галька, валуны)
брекчевидная состоит из угловатых частиц (щебень).
По строительным свойствам все грунты делятся на 5 групп (классификация Саваренского):
твердые, скальные, полускальные – несжимаемые грунты выдерживают любые нагрузки;
твердые, достаточно прочные водопроницаемые (выветрелые породы I группы и твердые осадочные);
пластичные, водонепроницаемые, механические свойства которых зависят от влажности (являются самыми тяжелыми для строительства);
дисперсные (рыхлые), водопроницаемые, имеющие высокие механические свойства (пески, крупнообномочные грунты);
водонасыщенные (очень мягкие) – с большим количеством органических включений – непригодные для строительства (ил, торф).

Показатели физико-механических свойств грунтов.
Количественные характеристики физико-механических свойств грунтов называются показателями. Все показатели по своему назначению делятся на:
классификационные позволяют разделить грунты на одинаковые виды, т.е. типизировать;
расчетные показатели определяются для проведения различных расчетов, причем косвенные расчетные служат для количественной проверки, проведения типизации, а прямые расчетные для конечной цели инженерно-геологических исследований, обоснование надежности и устойчивости сооружения.
 
Все показатели можно условно разделить на группы:
Показатели физических свойств;
Показатели водно-физических свойств;
Показатели водных свойств;
Показатели механических свойств.

Гранулометрический состав
Гранулометрический состав – это относительное содержание в грунте фракций различного размера . выраженное в процентах к массе абсолютно сухого грунта.
Фракция – это группа частиц определенного интервала размеров.
В природе осадочные грунты представлены следующими размерами фракций:
Крупно-обломочная фракция (валуны, галька, гравий) – от 200 до 2 мм
Песчаная – от 2-0,05 мм
Пылеватая – от 0,05-0,0005 мм
Глинистые частицы - ᴓ<0,005 мм
Песчаные фракции состоят, в основном, из обломков кварца, полевого шпата и других первичных минералов.
Пылеватые фракции также состоят из из более мелких первичных минералов.
Глинистые фракции состоят из вторичных минералов глинистого происхождения.
Описанные фракции являются основными 1,2 – называются обломочными, 3, 4 – дисперсными.

Гранулометрический состав применяется для решения вопросов:
Для оценки процессов суффозии грунтов, выбора отверстий фильтров водозаборных скважин;
Ориентировочное определение коэффициента фильтрации;
3. Оценка пригодности грунтов для строительных целей.

Показатели физических свойств
Физические свойства определяю состав и состояние грунта. К ним относятся: минеральный состав, гранулометрический состав, плотность (масса), влажность пористость.
Вводятся следующие условные обозначения:
М – масса грунта естественного сложения;
V - объем грунта;
mт - масса твердых частиц;
mв - масса воды в грунте;
mт+mв=M
Vт - объем твердых частиц;
Vп - объем пор в грунтах;
Vт+Vп=V
Vв - объем воды в грунтах.
Vп=Vв

Показатели плотности (массы) грунта
К показателям плотности (массы) грунта относятся: плотность влажного грунта, плотность сухого грунта, плотность твердых частиц грунта.
Плотностью грунта называется отношение массы грунта к его объему.
Плотность влажного грунта – это отношение массы всего грунта, включая воду в порах к объему всего грунта, включая объем пор.
𝜌 0= 𝑚 т + 𝑚 в 𝑉 т + 𝑉 п = 𝑀 𝑉 𝜌𝜌 𝜌 0= 𝑚 т + 𝑚 в 𝑉 т + 𝑉 п = 𝑀 𝑉 0= 𝑚 т + 𝑚 в 𝑉 т + 𝑉 п 𝑚 т 𝑚𝑚 𝑚 т т 𝑚 т + 𝑚 в 𝑚𝑚 𝑚 в в 𝑚 в 𝑚 т + 𝑚 в 𝑉 т + 𝑉 п 𝑉 т 𝑉𝑉 𝑉 т т 𝑉 т + 𝑉 п 𝑉𝑉 𝑉 п п 𝑉 п 𝑚 т + 𝑚 в 𝑉 т + 𝑉 п = 𝑀 𝑉 𝑀𝑀 𝑀 𝑉 𝑉𝑉 𝑀 𝑉 𝜌 0= 𝑚 т + 𝑚 в 𝑉 т + 𝑉 п = 𝑀 𝑉 (1)
Для большей части грунтов (исключая илы, торф и др.) значения плотности грунта колеблются в пределах 1,5-2,2 г/см3, плотность относится к расчетным показателям свойств грунтов. Наиболее распространенным способом определения плотности песчано-глинистых связанных грунтов являются методы режущего кольца и гидростатического взвешивания.

Плотность сухого грунта – это отношение массы твердых частиц грунта, исключая воду в порах к массе сего грунта , включая объем пор.
𝜌 𝑑= 𝑚 т 𝑉 т + 𝑉 п = 𝑚 т 𝑉 = 𝜌 0 1+ 𝑊 𝑒 𝜌𝜌 𝜌 𝑑= 𝑚 т 𝑉 т + 𝑉 п = 𝑚 т 𝑉 = 𝜌 0 1+ 𝑊 𝑒 𝑑𝑑= 𝑚 т 𝑉 т + 𝑉 п 𝑚 т 𝑚𝑚 𝑚 т т 𝑚 т 𝑚 т 𝑉 т + 𝑉 п 𝑉 т 𝑉𝑉 𝑉 т т 𝑉 т + 𝑉 п 𝑉𝑉 𝑉 п п 𝑉 п 𝑚 т 𝑉 т + 𝑉 п = 𝑚 т 𝑉 𝑚 т 𝑚𝑚 𝑚 т т 𝑚 т 𝑚 т 𝑉 𝑉𝑉 𝑚 т 𝑉 = 𝜌 0 1+ 𝑊 𝑒 𝜌 0 𝜌𝜌 𝜌 0 0 𝜌 0 𝜌 0 1+ 𝑊 𝑒 1+ 𝑊 𝑒 𝑊𝑊 𝑊 𝑒 𝑒𝑒 𝑊 𝑒 𝜌 0 1+ 𝑊 𝑒 𝜌 𝑑= 𝑚 т 𝑉 т + 𝑉 п = 𝑚 т 𝑉 = 𝜌 0 1+ 𝑊 𝑒 (2)
Сравнивая формулы 1 и 2 можно сделать вывод о разнице значений по массе воды содержащейся в грунтах, т.е. вычислить влажность.
Плотность твердых частиц грунта - это отношение массы твёрдых частиц к объему твердых частиц грунта
𝜌 𝑠= 𝑚 т 𝑉 т 𝜌𝜌 𝜌 𝑠= 𝑚 т 𝑉 т 𝑠𝑠= 𝑚 т 𝑉 т 𝑚 т 𝑚𝑚 𝑚 т т 𝑚 т 𝑚 т 𝑉 т 𝑉 т 𝑉𝑉 𝑉 т т 𝑉 т 𝑚 т 𝑉 т 𝜌 𝑠= 𝑚 т 𝑉 т (3)
Сравнивая формулы 2 и 3, можно получить информацию о величине пористости пород.

Показатели пористости
Пористость – это объем пор в грунте. Пористость имеет 2 показателя – абсолютная пористость (n) и коэффициент (e) пористости.
Абсолютная пористость – это отношение объема пор в грунте к объему всего грунта.
𝑛𝑛= 𝑉 п 𝑉 𝑉 п 𝑉𝑉 𝑉 п п 𝑉 п 𝑉 п 𝑉 𝑉𝑉 𝑉 п 𝑉 = 𝜌 𝑠 − 𝜌 𝑑 𝜌 𝑠 𝜌 𝑠 𝜌𝜌 𝜌 𝑠 𝑠𝑠 𝜌 𝑠 − 𝜌 𝑑 𝜌𝜌 𝜌 𝑑 𝑑𝑑 𝜌 𝑑 𝜌 𝑠 − 𝜌 𝑑 𝜌 𝑠 𝜌 𝑠 𝜌𝜌 𝜌 𝑠 𝑠𝑠 𝜌 𝑠 𝜌 𝑠 − 𝜌 𝑑 𝜌 𝑠
 
Коэффициент пористости – это отношение объема пор в грунте к объему твердых частиц.
𝑒𝑒= 𝑉 п 𝑉 т 𝑉 п 𝑉𝑉 𝑉 п п 𝑉 п 𝑉 п 𝑉 т 𝑉 т 𝑉𝑉 𝑉 т т 𝑉 т 𝑉 п 𝑉 т = 𝜌 𝑠 − 𝜌 𝑑 𝜌 𝑑 𝜌 𝑠 𝜌𝜌 𝜌 𝑠 𝑠𝑠 𝜌 𝑠 − 𝜌 𝑑 𝜌𝜌 𝜌 𝑑 𝑑𝑑 𝜌 𝑑 𝜌 𝑠 − 𝜌 𝑑 𝜌 𝑑 𝜌 𝑑 𝜌𝜌 𝜌 𝑑 𝑑𝑑 𝜌 𝑑 𝜌 𝑠 − 𝜌 𝑑 𝜌 𝑑
 

Показатели влажности
Влажность – это количество воды в порах дисперсных грунтов. Влажность имеет три показателя: естественная (абсолютная) влажность, степень влажности и полная влагоемкость.
Естественная (абсолютная) влажность – это отношение массы воды в грунте к массе сухого грунта. Вычисляется по формуле:
𝑊 𝑒 𝑊𝑊 𝑊 𝑒 𝑒𝑒 𝑊 𝑒 = 𝑚 1 − 𝑚 2 𝑚 2 − 𝑚 0 𝑚 1 𝑚𝑚 𝑚 1 1 𝑚 1 − 𝑚 2 𝑚𝑚 𝑚 2 2 𝑚 2 𝑚 1 − 𝑚 2 𝑚 2 − 𝑚 0 𝑚 2 𝑚𝑚 𝑚 2 2 𝑚 2 − 𝑚 0 𝑚𝑚 𝑚 0 0 𝑚 0 𝑚 1 − 𝑚 2 𝑚 2 − 𝑚 0
Где m1 – масса влажного грунта с бюксой, m2 – масса сухого грунта с бюксой, m0 – масса бюксы.
Степень влажности – это отношение естественной влажности к полной влагоемкости:
𝑆 𝑟 𝑆𝑆 𝑆 𝑟 𝑟𝑟 𝑆 𝑟 = 𝑊 𝑒 𝑊 п 𝑊 𝑒 𝑊𝑊 𝑊 𝑒 𝑒𝑒 𝑊 𝑒 𝑊 𝑒 𝑊 п 𝑊 п 𝑊𝑊 𝑊 п п 𝑊 п 𝑊 𝑒 𝑊 п = 𝑊 𝑒 ∗ 𝜌 𝑆 𝑒 𝑊 𝑒 𝑊𝑊 𝑊 𝑒 𝑒𝑒 𝑊 𝑒 ∗ 𝜌 𝑆 𝜌𝜌 𝜌 𝑆 𝑆𝑆 𝜌 𝑆 𝑊 𝑒 ∗ 𝜌 𝑆 𝑒 𝑒 𝑒𝑒 𝑒 𝑒 𝑊 𝑒 ∗ 𝜌 𝑆 𝑒
где – Wе – естественная влажность, Wп – полная влагоёмкость, ρS – плотность твердых частиц грунта, e – коэффициент пористости.