Лекции по инженерной геологии и геокриологии

Подождите немного. Документ загружается.

Лекция №1.

Введение.

Инженерная геология – это наука, изучающая св-ва и динамику геологической

среды, ее взаимодействие с объектами инженерно хозяйственной деятельности человека.

Геологическая среда – это взаимосвязанная многокомпонентная открытая система,

состоит из верхней части литосферы и взаимодействующих с ней атмосферы, биосферы,

поверхностной и подземной гидросферы. Которые формируют геологические условия

обитания и жизнедеятельности человека. Грунты – это г.п. вовлекаемые в сферу

инженерно-хозяйственной деятельности человека. Комплексное изучение оценка и

прогнозирование геологических условий строительства и эксплуатации различных

сооружений. В инженерной геологии выделяются: 1) грунтоведение или инженерная

петрология и механика грунтов, изучаются физико-механические и водные св-ва г.п.

являются основаниями разных сооружений или строительных материалов. 2) инженерная

геодинамика изучает естественные геологические процессы и явления и вновь возникшие

процессы в связи с инженерной деятельностью человека. 3) инженерная геология

месторождений п.и. Изучает инженерно-геологические условия разработки

месторождений п.и. 4) региональная инженерная геология. Изучает закономерности

формирования и районирования инженерно-геологических условий регионов для целей их

хозяйственного освоения. 5) специальная инженерная геология. Рассматривает

организацию и методы инженерно-геологических изысканий на разных стадиях,

проектирования сооружений и хозяйственного освоения территорий. 6) морская

инженерная геология. Изучает инженерно-геологические условия дна мирового океана,

разрабатывает методики морского инженерно-геологического исследования и

определения св-в морских грунтов. 7) экологическая инженерная геология или

инженерная геология изучает воздействие человека на геологическую среду, которое

может иметь отрицательные влияния на среду обитания человека и биосферу в целом.

Главные задачи.

1) выяснение геологических условий строительства. Выбор для строительства

оптимальных участков с рекомендацией методов производства строительных работ. 2)

разработка рекомендаций по обеспечению устойчивости сооружений и их нормальной

эксплуатации. 3) типизация и районирование инженерно геологических условий горных

массивов и территорий для целей их хозяйственного освоения. 4) изучение горно-

геологических условий эксплуатации п.и. 5) прогнозные состояния геологической среды и

решение геоэкологических задач. 6) прогнозирование и управление естественными и

геологическим процессами, влияющими на инженерные сооружения и новыми

геологическими процессами которые могут возникнуть под воздействием сооружений. 7)

рациональное использование и орана геологической среды и разработка мер по ее

улучшению. 8) изучение деятельности человека, как важного геологического фактора.

Значение инженерной геологии вытекает из тех задач которые она решает. Прежде всего

инженерная геология имеет значение для сохранения геологической среды обитания

человека. инженерная геология тесно связана с геологическими науками, а так же со

многими естественными и техническими науками, физика, химия, математика,

почвоведение, мерзлотоведение, климатология, океанология, горной и строительное дело.

Методические основы инженерной геологии.

Используются методы исследования геологических наук и тех наук с которыми она

тесно связана. Ее основные методы: 1) инженерно-геологическая съемка разных

масштабов, с составление инженерно-геологических карт и разрезов. 2) инженерно-

геологическая разведка с применением горных выработок (шурфов скважин) и методов

геофизики. 3) опытные полевые работы для оценки различных св-в и устойчивости

грунтов в естественном залегании. 4) режимные стационарные наблюдения за

геологическими процессами подземными водами и т.д. 5) лабораторно-

экспериментальные исследования св-в г.п. в образцах. 6) методы аномалии, расчлененные

методы и методы инженерной геологии моделирования для оценки и прогноза

инженерно-геологических условий. 7) механико-математические методы при выполнении

инженерно-геологических расчетов, решении задач в грунтоведении, инженерная

геодинамика. Анализ геолого-структурных и геомеханических моделей.

История развития инженерной геологии (самостоятельно).

Инженерно-геологическая характеристика г.п. (основы грунтоведения и инженерная

петрологии).

Инженерно-геологические св-ва г.п. зависят от возраста и генетического типа г.п.

формы геологических тел, их условий залегания текстурного и структурно минерального

состава, гидрогеологических условий трещиноватости пористости. Выветривания и др.

факторов. Из инженерно-геологических св-в важнейшим является механические св-ва г.п.

они определяют параметры прочности г.п. и закономерности деформации процессов при

воздействии внешних сил.

Инженерно-геологические классификации г.п. классификация объединяется в

группы. I специальные классификации. Ипользуются для решения особых задач,

основаны на разделении г.п. по одному принципу или показателю. Наиболее часто

используется: 1) классификации по устойчивости пород в относах. Разработана на основе

угла естественного откоса рыхлых грунтов. Используется при проектировании и

выделении земляных сооружений. 2) по несущим способностям г.п. основана на величине

нагрузок, которые выдерживают грунты без признаков деформации. 3) по способу и

трудности разрабатывания грунтов. Используют для расчета на стоимость земляных

работ. 4) по крепости М.М. Протодьяконова в ней выделяют 10-ть категорий г.п.

используются в горном деле. 5) по гранулометрическому составу рыхлых пород, отражает

процентное содержание в грунтах фракций определенного размера. 6) классификация

песков по степени плотности. 7) класс глинистых грунтов по числу пластичности. 8) класс

глинистых грунтов по величине консистенции. 9) класс глинистых грунтов по степени

водопроницаемости или водопоглощаемости на основе коэффициента фильтрации и

удельного водопоглащения. Классификации с 5 – 10 используются при проектировании

фундаментов сооружений. II отраслевые классификации. Удовлетворяют запросы

разных видов строительства6 гражданское, промышленное, дорожное и др. III

региональные классификации. Служат для типизации г.п. на определенных

территориях используются при инженерно-геологическом картировании. IV общие

инженерно-геологические классификации. Разработаны на основе нескольких прид-в

г.п. используются в разных отраслях строительства.

Общая инженерно-геологическая классификация. Ф.П.Саваренко и В.Д. Ломтадзе с

изменениями.

Класс А. г.п. с жесткими структурными связями, обусловленные кристаллическим

строением ве-ва. группа I твердые скальные г.п. обладающие высокой плотностью 2.65 –

3.10 г/см

. пористость не значительная не влагоемкие. Водопроницаемы по трещинам.

Состав: магматические, метаморфические осадочные сцементированные г.п. (в том числе

улучшенные цементацией). II относительно твердые полускальные г.п. средняя плотность

2,20 – 2,65 г/см

пористость до 15%, слабопроницаемые. Водопроницаемость зависит от

степени трещиноватости и выветренности. Состав г.п. I гр. Выветренные г.п. сильно

трещиноватые и закарствованые вулканогенные г.п. осадочные г.п. на глинистом цементе.

Сцементированные глинистые и карбонатные г.п. (в том числе искусственные

улучшенные цементацией). Класс Б. г.п. без жестких структурных связей (дисперсионные

или рыхлые группы). III рыхлые несвязаные г.п. плосность 1,4 – 1,9 пористость 25 – 40%

невлагоемкие или слабо влагоемкие водопроницаемые. Состав: несцементированные

обломочные г.п. (в том числе техногенные). IV мягкие связанные г.п. плотность 1,10 –

2,10. пористость 20 – 80%. Влажность 12 – 80%. Влагоемокие слабопроницаемые. Состав:

несцементированные песчано-алевро-глинистые, г.п. (в том числе техногенные). V

породы особого состава и состояния обладают специфическими св-вами. Состав: пески-

плывуны, песчано-глинстые илы, фтор, соленосные г.п. и др.

Инженерно-геологические св-ва грунтов.

Физические св-ва. 1) Плотность грунта это масса единицы объема грунта,

естественной влажности с ненарушенной структурой.

 





g – масса грунта г/см

, V –

объем. 2) плотность скелета грунта. δ,γ

ск

– это масса единицы V сухого грунта

естественного сложения.





g – масса сухого грунта.

W







W – влажность грунта в

долях единицы. 3) пористость грунта n. Это отношение V пор в грунте к общему V грунта.

рассчитывают по формуле

%100*







n

4) теплофизические св-ва характеризуют их

тепловой режим обусловленный геотермальным градиентом. Выражается ч/з удельную и

объемную теплоемкость и др. показатели. Средняя удельная теплоемкость мин.=0,2 кал/

с. Теплофизические св-ва оказываются влияние на скорость выветривания и

почвообразования и прочность многолетне-мерзлотных г.п. 5) электрические св-ва

грунтов отражают их способность проводить и поглощать электрический ток.

Учитывается при расчетах громоотводов, ЛЭП и др. 6) магнитные св-ва. Обусловлены

наличием земного магнетизма. Учитывается при решении некоторых практических задач.

Физико-химические св-ва.

Это такие св-ва грунтов которые обуславливают взаимодействие грунта м/у собой.

Проявление этих св-в зависит от минерального и химического состава твердой и жидкой

фаз грунтов. Наличия свободных катионов (например Na

, Ca

и др.) гранулометрического

состава и нарушенности естественной структуры. 1) коррозионные св-ва обусловлены

разрушительным воздействием на металлические части сооружений и конструкций, влаги

является электронизация блуждающих токов и микроорганизмов. 2) электро-кинетические

св-ва гурнтов обусловленные возникновением электро-кинетического потенциала под

влиянием электрического поля. 3) диффузионные св-ва грунтов обусловлены

самопроизвольным движением (диффузионного) ве-ва под влиянием электрических

зарядов. Которые ведет к выравниванию концентраций компонентов в системе. 4)

адсорбционные св-ва выражаются р-ми поглощения компонента происходит м/у жидкими

и твердыми фазами грунта.

Лекция №2.

Физико-механические св-ва.

Эти св-ва проявляются при воздействии на них внешнего давления т.е. под

влиянием различных сооружений инженерных конструкций и самих массивов г.п.

Выделяются деформационные прочностные компресионые и реологические св-ва. I

деформационные св-ва проявляются при воздействии на грунт докритических нагрузок,

не приводящих к его разрушению и выражается показателем. 1) модуль общей

деформации. Характеризует отношение напряжения при сжатии к общей деформации

грунта.





τ – напряжение, е

- общ. деф. грунта.



[Е

] – Па, мПа кг/см

используется при расчете деформации осадок сооружений. E

– глины – 0,1, E

– граниты

– 16, E

– габбро – 125. 2) модель упругости. Характеризует отношение напряжения при

сжатии отношение обратимой деформации.

.обрат





> е

обрат.

Для упруго

деформируемых материй Е

=Е. величина Е для песчаников 6 – 20, граниты 17 – 50, габбро

60 – 125. 3) Коэффициент Пуассона или коэффициент поперечной деформации к

относительным продольным деформациям.







деформация иедт по двум осям x и z.

Скальные и полускальные грунты имеют μ = 0,1 – 0,4.

4) коэффициент относительной сжимаемости a

. это отношение величины сжатия

слоя породы высотой 1м. от приложения нагрузки r в мПа.

%100*





. II

Прочностные св-ва грунтов. Проявляются при воздействии на грунт нагрузок, равных или

превышающих критические. И выражается показателями: 1) временное сопротивление

грунта сжатию. Отношение нагрузки max упрочнению близкого или равного усиливанию

раздавливания к площади поперечного сечения образца.

)(

max

мПа

сжат



. 2)

сопротивление грунта разрыву. Выражается отношением нагрузки в условиях одноосного

растяжения к площади раскалывания образца.

)(мПа



. 3) сопротивление грунта

сдвигу. Выражается величиной деформации нагрузки при которой происходит

перемещение одной части грунта относительно другой. τ

пр.

tgγ+с – формула Кулона. τ

пр.

–

предельное сдвигающее напряжение, r – нормальное давление, tgγ – коэффициент

внутреннего терния, с – константа напряжения сцепления. III Компресионые св-ва

грунтов. Выражаются в деформации сжатия грунтов т.е. их уплотнении в результате чего

уменьшается пористость грунта повышается плотность увеличивается сопротивляемость

сдвигу. Св-ва характерны для песчаных и глинистых грунтов. IV Реологические св-ва

грунтов. Отражают характер их деформации (главный вид деформации зависит от

скорости и времени приложения внешних сил) при резком возрастании нагрузок

возникают упругие деформации, при длительном и медленном развитии – упруго-вязкие и

пластинные. Разработано несколько десятков моделей реологического состояния грунтов

разного типа.

Вводно-физические и водные св-ва грунтов.

Водные св-ва это такие, которые проявляются при взаимодействии грунта с водой.

1) водонасыщаемость – отражает степнь заполнения водой порового пространства г.п. 2)

влажность – это отношение массы воды находящейся в грунте к массе сухого грунта.

%100*

cв





. 3) водопрницаемость – это св-во грунтов пропускать сквозь себя

воду, характеризуется коэффициентом фильтрации. Коэффициентом фильтрации

называют скорость движения п.в. в зоны пониженной насыщенности при гидравлическом

градиенте. Т.е. =1.

YFT



Q – кол-во воды, F – площадь поперечного сечения

коэффициентом фильтрации грунта, T – время, Y – напорный градиент. 4) влагоемкость –

это способность грунтов поглощать и удерживать в своем объеме определенное кол-во

воды. 5) водойстойчивость – способность грунтов схоронить структуру и прочность при

многократном изменении режима водонасыщенности. 6) липкость – способность грунта

при определенной влажности прилипать к рабочим поверхностям инструментов и

механизмов. Характерно для глинистых грунтов. 7) консистенция – физическое состояние

грунта при соотвествующей влажности способный к определенным видам деформации.

Например для глинистых грунтов выделяется консистенция: текучая, пластическая и

твердая. 8) пластичность – это способность грунта при определенной влажности изменять

форму под воздействием внешних сил без разрыва оплошности и сохранять ее после

прекращения действия нагрузок (глистные грунты). 9) набухаемость – способность грунта

увеличиваться в объеме в результате смачивания водой. 10) усадка грунта – это

уменьшение его объема в результате удаления воды или под влиянием физико-

химических процессов. 11) просадка грунта – это уменьшение его объема в результате

смачивания водой (лессовые грунты). 12) размокаемость – способность грунта при

взаимодействии с водой терять связность превращается в рыхлую массу с потерей

несущей способности. 13) размывамость – это его способность к механическим

разрушениям под действием движения воды. Например суффозия. 14) Размельчаемость –

снижение прочности при взаимодействии с водой с сохранением структурной связи. 15)

растворимость обусловлена наличием в грунтах составных частей или компонетов

способных растворяться в воде или других растворах. 16) морозоустойчивость –

способность грунта сопротивляться отрицательным температурам и разрушительному

воздействию замерзшей воды.

Инженерно геологические особенности г.п.

1) Магматические г.п. Относятся к твердым скальным грунтам. Их инженерно

геологические св-ва изменяются широком диапазоне и зависят от минерального состава,

текстуры и структуры и др. факторов. Под действием нагрузок они ведут себя как твердые

упругие практически не сжимаемые тела. Имеют плотность 2,15 – 3,30. Прочность и

упругость высокая, пористость не значительная, коэффициент крепости = 10 – 20.

невлагоемкие, практически нерастворимые, водопроницаемы по трещинам. Коэффициент

фильтрации менее 10 м/сут. В естественном залегании характерна анизотропия св-в. в

откосах устойчивее, являются надежными основаниями любых инженерных сооружений.

Разрабатывается взрывными способами. Ухудшение инженерно геологических св-в

связано с выветриванием, трещиноватостью тектоническими нарушениями и

обводненностью. Сухие грунты более прочные чем, водонасыщеные, для оценки

выветренности скальных г.п. используется коэффициент степени выветривания. К

вс

– это

отношение плотности выветривания г.п. к плотным не выветренным г.п. если К

вс

= 1 г.п.

не выветриваются, если К

вс

< 0,8 г.п. сильно выветривается. 2) Метаморфические г.п.

Они так же относятся к горным скальным грунтам. Их общая Инженерно геологическая

характеристика близка к магматическим. Отличие заключается в резко выраженной

анизотропии параметров прочности. Вдоль плоскостей генйсовидности прочности

прочность метаморфических пород уменьшается до 10 раз. Кристаллические сланцы и

гнейсы подвергаются более интенсивным процессам выветривания и неустойчивы в

откосах при наклоном залегании. 3) Осадочные сцементированные г.п. Относятся к

твердым скальным грунтам, их инженерно геологические св-ва зависят от структуры,

текстуры и др. 1. обломочные г.п. а) крупнообломочные породы конгломераты и

гравилаты из обломочных пород на кремнистом цементе коэффициент прочности > 10.

дают устойчивые откосы. Прочность их уменьшается при наличии в составе

неустойчивого известково-глинистого и др. типов цемента. б) мелкообломочные породы

песчаники аркозового типа на стойком цементе имеют высокую прочность 4 – 15.

песчаники на неустойчивом цементе менее прочны. в) тонкообломочные г.п. алевролиты

и аргелиты. Большинство тонкообломочных пород за исключением высокопрочных

алевролитов силикатно-кремнистого состава относятся ко II гр. Относительно твердых

полу сухих грунтов. Имеют пористость до 15% и выше. слабовлагоемкие способны к

размоканию К

= 0,5 – 30 м/сут. Ф

кр

= 2 – 8. устойчивость в откосах зависит от степени

трещиноватости и выветренности могут давать осыпи. В естественном залегании

характерна анизотропия св-в. обладают реологическими св-вами. Разрабатываются ударно

инструментальным и взрывным способом. 2. Химические и биохимические органогенные

породы. а) карбонатные породы известняк, доломиты. Среди инх по инженерно

геологическим св-вам выделяется плотные и неплотные. Плотные карбонатные породы

относятся к твердым скальным грунтам. Неплотные к относительно твердым

полускользким грунтам, слабо растворимые водопроницаемость различна Ф

кр

= 2 – 10.

М.б. устойчивы в откосах. Р-ны разв. Карбонатных отложений часто закарстованы что

затрудняет их хозяйственное использование. б) карбонатно-глинистые породы (мергели).

кр

= 3. с повышением влажности и пористости их прочность резко снижается в откосах

не устойчивы, образуют осыпи. в) сульфатные и галоидные породы (гипс, ангидрит, галит

и др.). Характеризуется слабой пористостью Ф

кр

=2, растворим в воде. Ангидрит в

присутствии воды переход в гипс, при этом увеличивается объем минеральной массы, что

приводит к деформации в окружающих г.п. возможно отрицательное воздействие на

инженерные сооружения. 4) Дисперсные грунты (осадочные несцементированные

породы). а) грубообломочные сыпучие породы (валуны, галька, гравий, щебень и др.).

Относится к рыхлым невязким породам. Их инженерно геологические характеристики

зависят от минерального и гранулометрического состава уплотненности. Имеют св-ва

сыпучих тел. Форму сохраняют под действием массы обломков и трения м/у ними.

Деформация сжатия носят необратимый характер. К

> 150 м/сут. Практически

несжимаемые если слабосжимаемы. Главный параметр прочности-сопротивления грунта

сдвигу τ = r

tgφ. Сопротивление сдвигу низкое Ф

кр

< 2. устойчивость как в основании и в

откосах зависит от интенсивности динамки воздействия и др. Разрабатывается

механическими и ручными способами. б) мелкообломочные породы (пески и др.).

Пористость 40 – 50 %, водопроницаемость высокая К

до 10 – 15 м/сут. В грубозернистых

песках до 250 м/сут. Деформация сжатия песка имеет неупругий характер. Дают осадку

при динамических нагрузках и могут значительно уплотняться. Под влиянием

гидродинамического давления переходят в плывущее состояние. Угол естественного

откоса 30 – 40. под водой 24 – 300 градуса. в) глистные грунты относятся к группе мягких

связанных грунтов. Их инженерно геологические св-ва изменяются в широких пределах и

зависят от генетического типа, состава, влажности, консистенции, ненарушенности

естественного сложения и др. факторов, пористость и влажность изменяется от 15 – 20 до

80%. Влагоемкость, нерастворимы слабоводопроницаемы. К

< 1м/сут. В инженерно

геологических структурах играют роль водоупорных горизонтов. Крепость невелика Ф

кр

< 2. Сжимаемые и сильно сжимаемые. Обладают св-вами набухания, усадки, просадки,

липкости, размокаемости, реологическими св-вами. Тиксократность – это св-ва грунта

изменять состояние под влиянием мех. воздействия, глинистые грунты характеризуются

пределами пластичности. Предел пластичности – назначенные значения влажности в

весовых процентах при которых глинистый грунт переходит из одного состояния

консистенции в другое. Выделяется верхний предел пластичности – это влажность ниже

которой грунт находится в пластичном состоянии, а выше в текучем (W

). Нижний предел

пластичности W

– это важность ниже которой грунт переходит из пластичного состояния

в твердое. Разность м/у верхним и нижним пределами называется число пластичности W

Основные параметры прочности глин грунтов является сопротивление сжатию или

компрессионные характеристики и сопротивление сдвигу, они определяются в

лаборатории. Наиболее прочные сухие глинистые грунты, при увлажнении они относятся

к мягким пластичным и при высокой влажности переходят в текучие и плывущее

состояние. Важной характеристикой глинистых грунтов является консистенция. Она

отражает состояние грунта при характерной влажности. Количество оценивается

показателем консистенции и вычисляется по формуле





W – естественная

влажность. По показателю консистенции и числу пластичности разрабатывают

классификации, которые используются в строительных нормах и правилах для оценки их

прочности и строительных качеств. Например устойчивость котлована, сопротивление

нагрузке. Водопроницаемость и др устойчивость в откосах глин грунтов зависит от

влажности грунта и высоты откоса. Дают оползни разрабатывают ручным и механическим

методом. 5) Мерзлые грунты. Их изучает мерзлотоведение или геокриология, горные

породы находятся в условиях отрицательных температур и содержат лед, в северном

полушарии мерзлотные грунты образуют зоны многолетней мерзлоты. В РФ они

занимают около 75% от всей территории, максимальная глубина их достигает 800м. в

строении мерзлых грунтов выделяется: деятельный слой приповерхностная часть з.к. она

замерзает зимой и оттаивает летом, его мощность до 5м. Глубина промерзания зависит от

широты рельефа, среднегодовой температуры и т.д. Мерзлые грунты делятся на две

группы: г.п. 1) породы с жесткими структурными связями с понижением температуры они

сохраняют основные св-ва. 2) без жестких структурных связей при понижении

температуры у них изменяются инженерно-геологические св-ва и формируются новые

криогенные структуры и текстуры. Инженерно-геологические св-ва грунтов зависят от

величины отрицательных температур, криогенных текстурно-структурных особенностей,

льдистости и других факторов. Льдистость – отношение массы льда к массе воды,

содержащейся в породе.

нз





W – общая влажность, W

нз

– содержание

незамерзшей воды. плотность мерзлых грунтов изменяется в значительных пределах и

зависит от общей влажность льдистости, кол-ва и плотности исходного сухого грунта.

Пористость зависит от состояния и структурной фазы льда. Сопротивление сдвигу

является внешним, сдвиг в виде скалывания, резко выраженные криогенные св-ва.

Широко проявляются в мерзлых грунтах геодинамические процессы, при отрицательных

температурах выпучивание, при переводе к положительным температурам осадки и

другие процессы они сопровождаются резкими деформациями. 6) Техногенные грунты.

Это искусственные массивы г.п. возникшие в результате инженерно-строительных работ и

хозяйственных работ, сохранившие первоначальное место залегания или

переместившиеся на значительные расстояния, главная особенность – наличие предметов

жизнедеятельности человека. Грунты делятся: 1) культурный слой – это поверхностные и

приповерхностные слои земли содержащие следы и отходы жизнедеятельности человека

от самых древних до современных производственных и бытовых отходов. По своему

составу они простые неоднородные – это строительный мусор. Также следы их

накопления мощность этого культурного слоя различна: Москва 22м. Киев 44м.

современный культурный слой не может служить основой для инженерных сооружений, а

древний культурный слой требует бережного обращения. На его использование в

строительных целях необходимо разрешение археологов. 2) Горные массивы отвалы и

терриконы, являются результатом разработки МПИ, имеют литологические очертания,

крутизна склонов зависит от углов естественного откоса отсыпаемых грунтов. Высота

достигает 50 – 80 до 100 метров, объем до нескольких млн м

. По составу отвалы могут

быть однородные и неоднородные. Угольные отвалы и территории подвержены

саморазогреву до 1000

С. Самовозгорание сопровождается взрывами при попадании

атмосферных вод. Они создают техногенные уродливые формы рельефа и подлежат

рекультивации. 3) Насыпные грунты – это насыпи автомобильных и грунтовых дорог и

составные части технически- сооружений – дамбы, плотины и т.п. для их создания

используют материал из местных массивов или привозят. Наполнителями для насыпных

грунтов так же могут служить промышленные отходы (шлак), + выработанные породы из

МПИ, которые раньше шли в отвалы. 4) Намывные грунты – это искусственные

локальные стройплощадки размеров несколько км

. создаются в долинах рек, крупных

городов, для возведения промышленных и гражданских объектов. В качестве материала в

качестве материала используются аллювиальные песчаные отложения. 5) Особые грунты

– это горизонты инженерно-геологические св-ва которых искусственно улучшены

разными методами. Они могут быть в естественном залегании или перемещенными.

Лекция №3

Методы искусственного улучшения инженерно-геологических св-в грунтов. (Техническая

мелиорация грунтов).

Искусственное изменение инженерно-геологических св-в грунтов называют

техническая мелиорация или стабилизация пород. Выбор метода зависит от факторов: 1)

положение г.п. и инженерно-геологической классификации их состав и физ. состояние. 2)

достижение конкретных строительных задач. а) закрепление г.п. на месте их

естественного залегания через обезвоживание уплотнение и упрочнение. б) создание

грунтовых материалов. 3) гидрогеологические условия. 4) технические возможности

методов и их экономическая целесообразность. Работы ведутся по специальным проектам

которые составляются на основе детальных и.г. исследований. Методы технической

мелиорации. I цементизация применяется широко и является экономичной, цель

повышение прочности и снижение водопроницания грунтов. Задача укрепление

оснований зданий и сооружений повышение устойчивости т гидроизоляции г.п. в

подземных горных выработках. Обработка оснований и покрытий автодорог и эародромов

устройство противофильтрационных завес от затопления объектов п.в. Для

цементациитрещин и пустот в твердых грунтах применяются цементные и глино-

цементные растворы. Они закачиваются в массивы г.п. через скв. под давлением до 200

атм. До30 м

/час. Для цементации рыхлых грунтов используются жидкое стекло – этот

химический метод называется силикатизация раствора. Раствор вводят через специальные

инъекторы, сначала заливают NaSi затем CaCl реакция м/у ними дает постепенно

твердеющий гель кремнекислота которая цементирует рыхлые грунты. Метод

используется для укрепления песков при строительстве метро, в качестве других

реагентов используется синтетическая и природная смола битумная глина,

силикатноглинистые и полимерглинистые смеси. II глинизация применяется для

снижения водопроницаемости тв. сильно трещиноватых и рыхлых грунтов. Для залива в

г.п. используются растворы + добавки этот метод по возможности заменяет цементацию.

III горячая битумизация применяется для снижения водопроницаемости и гидроизоляции

трещин г.п. для этого метода в г.п. через скв. нагнетают горячий битум t 220 – 250

С для

закрепления рыхлых частично твердых грунтов используется холодные битумные

эмульсии. Горячий битум применяют в гидротехническом строительстве. IV

искусственное замораживание используется для создания временных водонепрницаемых

контуров в скальных породах и рыхлых грунтах. Для замораживания применяются

охлаждающие минеральные рассолы соединения хлористых метанов t закачивания до – 20

С. V осушение метод используется для осушения массивов скальных чаще рыхлых

грунтов для защиты от затопления п.в. шахт, карьеров, для предотвращения

отрицательных деформаций я явлений в г.п. Осушение достигается сооружением

дренажных устройств, для обезвоживания глинистых грунтов применяется электро-

дренаж основанный на движении воды под влиянием электрического тока в сторону

катода. VI механическое уплотнение широко применяется метод улучшения св-в рыхлых

грунтов, в действии статических и динамических преград, укатки, трамбовки, вибрации.

Использование энергии взрыва при этом достигается более плотное размельчение частиц

в объеме породы. При подготовке основ сооружений, дорог и аэродромов. Для

укреплении массивов рыхлых грунтов достигается набивными сваями. VII искусственные

гранулометрические смеси широко используются при строительстве сооружений.

Используются искусственные песчано-глинистые грунты оптимального

гранулометрического состава, обладающие заданными структурными св-вами.

Разрабатывают цементные смеси в зависимости от различных факторов и строительных

целей. VIII термическая обработка примесей для улучшения инженерно-геологических св-

в глинистых и песчаных грунтов выделяют 3 степени обработки: 1) прогрев или

термическая дифференциация t – 300 – 500

С max 600. при этом процессе обезвоживается

глинистый грунт он становится водостойким более плотным, снижается липкость и

пластичность. 2) обжиг t 600 – 800

С и до 1000 при этом спекается в монолитную массу

обладающую значительной механической прочностью. Прогрев и обжиг осуществляется

сжиганием топлива с скв. с нагнетанием них воздуха. 3) клинкерный обжиг t – 1100 и

выше осуществляется на специальных клинкерных заводах для получения строй

материалов: клинк6ерного камня который используется как высоко прочное дорожное

покрытие.

Инженерная геология массивов г.п.

Массив г.п. – это структурно обособленная часть з.к. отличающаяся от соседних

частей условиями возведения и эксплуатации сооружений. Массивы г.п. по своим св-вами

инженерно-геологическим св-вам имеют неоднородное строение, инженерно-

геологические св-ва образцов г.п. могут только приблизительно св-ва массива. Поэтому

важной задачей в инженерной геологии является изучение инженерно-геологических св-в

массивов г.п. их типизация и районирование территорий для эффективного

хозяйственного освоения.

Факторы влияющие на инженерно-геологические св-ва массивов г.п.

Однородность и неоднородность состава и текстурные и структурные особенности

г.п. слагающих массив. 2) Трещиноватость г.п. массива. 3) масштабный фактор г.п.

зависит от размеров изучаемых образцов. С увеличением размеров образцов плотность

г.п. пород падает. 4) Влияние окружающей геологической среды, сказывается

геологически-структурном положении г.п. в массивах охарактеризовано общей

структурной неоднородностью массива, наличие простых, жестоких, пластовых г.п. в

окружающих структурах. 5) напряженное состояние массивов, наличие тектонических

вертикальных и горизонтальных напряжений, сил гравитации , локальных напряжений в

связи с близостью тектонических разломов, и наличием геологических структур

играющих роль несущих конструкций. 6) гидрогеологические условия – обводненность

м.г.п. влияет на состояние и св-ва г.п. и развитие в них разных геодинамических

процессов.

Типизация массивов г.п.

Границы м.г.п. устанавливаются по комплексу признаков геоморфологических,

геолого-структурных, тектонических, геодинамических. Границами массивов могут быть

тектонические швы и зоны изменения состава и геологического строения. Верхняя

граница может быть его физическая поверхность совпадающая с верхней границей з.к. и

атмосферой. Глубина изучения массивов должна превышать глубину производимых работ

и размещение сооружений. Включая зону воздействия сооружений на массивы. Нередко

изучают специально подстилающие компоненты г.п. для предупреждения каких-либо

катастрофических деформаций. Линия пересечения боковых поверхностей массива с

физической поверхностью определяет границы литолого-геологических районов или

территорий отличающихся друг от друга условиями строительства, эксплуатацией и

хозяйственным освоением в целом. 2) Физическая поверхность массива г.п. отражает его

внутреннее строение и геодинамическое состояние, она не совпадает с топографической

поверхность, для которых характерно не прерывистость и плавность. Различие это

проявляется в более сложной конфигурации рельефа. Возможны экзогенные напряжения –

это карстовые и оползневые явления неотектонические новообразования – уступы,

ступени, сбросы. Эрозионные, денудационные и аккумулятивные процессы. Строение в

строении физической поверхности один из решающих факторов размещение систем

сооружений и коммуникаций. 3) Внутренне строение массивов г.п. оказывает влияние на

св-ва слагающих его г.п. определяет инженерно-геологические св-ва самого массива. В

строении массива выделяются объемные структурные элементы и поверхности их раздела

которые объединяют в 4-е группы: 1) петрогентические – отражают состав г.п. на блоки,

границы раздела – контакты разновидностей г.п. трещины плоскости расслаивания и др.

2) петротектончиские системы ассоциации 2-ух находящихся в генетическом родстве

структурные этажи з.к. и разделяющие их поверхности. 3) тектонические структуры

элементы имеющие тектоническую природу, складчатые структуры, разрывные

нарушения, разломы тектонические блоки. 4) неотектонические экзогенно-

гравитационные – это гляцио-дислокации вызванные давлением ледников, оползневыми

процессами, каровыми абразионными процессами и т.д. главный метод изучения м.г.п. это

их геолого-струкутрный анализ – систематика массивов г.п. в инженерной геологии

основываются на геотектонических признаках. Т.е. за основу выделения массивов взяты

типы тектонических – структур, выделяются платофроменные массивы, массивы горно-

складчатых сооружений. Затем структурные блоки высокого порядка (щит, синеклиза).

Основы инженерной геодинамики.

Общие понятия: инженерная геодинамика изучает: 1) естественные геологические

процессы эндогенные и экзогенные, 2) инженерно-геологические или антропогенные

процессы вызванные деятельностью человека и взаимодействием систем сооружений с

геологической средой. 3) горно-геологические явления возникшие при производстве г.п. и

разработке МПИ. Геологические процессы и явления влияют на размещение и условия

строительства сооружений коммуникаций, их устойчивость надежность долговечность и

эксплуатацию. Поэтому важное значение имеет влияние закономерностей развития

геологических процессов их распространение, прогнозирование. Оценка для разработки

мер по охране окружающей среды и рациональному использованию недр.

Методы исследования инженерной геодинамики.

1) непосредственное наблюдение за геологическим процессами и явлениями. 2)

реконструкция геологической территории района, св-в с развитием геодинамицеских

процессов. 3) периодическое повторение инженерной съемки, геодинамического

состояния территорий. 4) стационарное маркшейдерское наблюдение с точной

инструментальной привязкой динамики геологических процессов с помощью сети

реперов и ориентации их координат. 5) моделирование геологических процессов в

лабораторных и естественных условиях. 6) вероятно-статистический метод

прогнозирования геологических процессов и их корреляция с другими процессами в

геологической истории. 7) расчетно-теоретический метод прогнозирования явлений. 8)

использование новейших высокочувствительных регистрационных приборов,

фиксирующих параметрические изменения геологической среды.

Характеристика геологических процессов и явлений.

Эндогенные процессы сейсмические явления, землетрясения и вулканическая

деятельность человек не может их подчинить он приспособился создав ряд приближенных

к этим процессам. Эндогенные процессы вызванные сознательно: ядерные взрывы,

промышленные взрывы, длительные откачки подземных вод следствие землетрясения

деформирующие г.п. и их обрушение, добыча ПИ. Экзогенные процессы: 1)

выветривание, 2) мерзлотнодинамические процессы и явления – морозное пучение,

наледи, термокарст, солифлюкция. 3) геологическ е процессы связанные с деятельность

подземных вод: размывание, селевые потоки, русловые процессы, абразии,

заболачиваемость территорий. 4) гравитационные склоновые процессы и явления обвалы,

осыпи, оползни. 5) экзогенные процессы вызванные деятельностью атмосферы (эоловые

процессы): дефляция, корразия, эоловая аккумуляция. 6) экзогенные процессы в связи с

деятельностью подземных вод и частично поверхностных вод: карст, суффозия, плавуны.

7) экзогенные инженерно-геологические процессы или антропогенные процессы –

реферативное оглавление.

Лекция №4.

Основы региональной инженерной геологии.

Общие положения. 1) Региональная инженерная геология изучает законы

формирования инженерно-геологических условий территории. Инженерно-геологические

условия территорий – это совокупность геологических факторов определяющих

возможность хоз-ного освоения. К ним относятся геологические строения и состав м.г.п.

характер их физической поверхности. Гидрогеологический и гидродинамический режим.

Геологические и инженерные процессы и явления. От инженерных условий зависят

хозяйственная деятельность человека, из этого вытекает одна из главных задач

инженерной геологии. Прогнозирование изменений инженерно-геологических условий

под влиянием деятельности человека. сопоставимость инженерно-геологических условий

территорий основываясь на близости их геологического строения и нахождении в одной

природно-климатической зоне. Методологической базой региональной инженерной

геологии является фундаментальные геологические науки. Основные материалы

используемые для решения задач региональной инженерной геологии – это комплексы