Мосин К.Ю. Инженерная геология. Учебное пособие
Подождите немного. Документ загружается.
141
1:100000) ведутся на первых стадиях проектирования, а
крупномасштабные (1:50000, 1:25000, 1:10000), как правило, – на
стадии технического проекта.
При инженерно-геологической съемке уточняется стратиграфия
и генезис пород района, исследуется тектоника и трещиноватость.
Изучаются геоморфология района и участка работ (строительной
площадки), гидрогеологические условия, физико-геологические
явления (устанавливаются их условия и причины, прогнозируются
возможности их возникновения).
По результатам инженерно-геологической съемки выявляются
закономерности пространственного размещения геологических тел
(массивов), выделяются участки, наиболее благоприятные для
строительства, составляются карты различного назначения
(геологическая, гидрогеологическая, геоморфологическая, инженерно-
геологическая и др.).
Разведочные работы производят с целью геологического
изучения территории, изучения гидрогеологических условий, отбора
образцов горных пород для лабораторных исследований, проведения
опытных работ.
При проведении разведочных работ проходятся буровые
скважины и горные выработки (шурфы, канавы, расчистки и др.).
При инженерно-геологических исследованиях на участках
строительства особо ответственных сооружений проходятся скважины
большого диаметра (800-1300мм), а иногда – штольни или шахты.
Например, при разведочных работах на участке строительства Саяно-
Шушенской ГЭС, были пройдены штольни в береговых массивах
горных пород и смотровые скважины диаметром 1300мм для
исследования трещиноватости горных пород основания плотины.
Из горных выработок, скважин, а также из естественных
обнажений горных пород отбирают образцы с естественной структурой
и влажностью, консервируют, упаковывают и направляют в
лабораторию для испытаний.
Опытные работы по определению фильтрационных свойств
горных пород проводятся несколькими методами: опытные откачки,
нагнетания в скважины, наливы в шурфы и скважины.
Метод опытных откачек состоит в откачке воды из скважины,
сопровождающийся систематическими наблюдениями за дебитом
скважины и уровнем воды в ней. Опытные откачки делятся на
одиночные и кустовые. При одиночной откачке наблюдения ведутся в
той же скважине, из которой производится откачка воды.
142
Опытные нагнетания проводятся в тех случаях, когда нужно
определить проницаемость трещиноватых пород. При нагнетании
определенный интервал скважины каким-либо образом отделяется от
остальной ее части и в этот интервал подается вода. По способности
породы, вскрытой скважиной в этом интервале, поглощать воду судят о
ее проницаемости.
Водопроницаемость сухих пород может быть определена
методом налива. Чаще всего наливы производят по методу А.К.
Болдырева, подробно описанному выше.
Для обоснования проектируемого сооружения иногда
необходимо определять характеристики сжимаемости песчаных и
глинистых пород в полевых условиях, то есть деформационные и
прочностные свойства горных пород. Наиболее распространен метод
опытных нагрузок в шурфах и скважинах. Он заключается в том, что с
помощью различных приспособлений создается нагрузка на
специальный штамп, установленный на дне шурфа или на забое
скважины. При этом измеряется деформация пород под штампом.
Физико-механические свойства грунтов определяют методом
зондирования (пенетрации) – вдавливанием зонда в породу.
Различается статическое зондирование – вдавливание зонда
домкратами и динамическое зондирование – забивка зонда.
Прочность скальных пород обычно определяется в лаборатории,
но иногда, на особо ответственных сооружениях, и при сложных
инженерно-геологических условиях, и в полевых условиях. Применяют
методы обрушения, раздавливания целика породы, и изредка – метод
сдвига целика скальной породы или сдвига бетонного монолита по
плоскости «бетон – скала».
Наиболее распространенными геофизическими методами при
инженерно-геологических исследованиях являются методы
электрической разведки. Они основаны на различиях горных пород по
электрическим свойствам, в первую очередь – по сопротивлению.
Существуют методы: вертикального электрического зондирования,
электрического профилирования и электрокаротажа в скважинах.
Вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ)
применяется для изучения разреза пород по изменению величины
кажущегося удельного сопротивления с глубиной (см. рис. 8.1). Если
измерять ток I между питающими электродами А и В и разность
потенциалов ΔV между приемными электродами М и N, то
сопротивление геоэлектрического разреза S может быть подсчитано по
формуле
IVKS /
, где К – коэффициент установки,
учитывающий расстояния между электродами.
143
Рис. 8.1. Схема установки для электроразведки и обозначения расстояний
между электродами.
Метод основан на том, что с увеличением расстояния между
питающими электродами (разносов), поле токовых линий смещается
вниз по разрезу пород, захватывая все более глубоко лежащие слои.
Обычно считается, что глубина разведки равна ⅓ величины разноса
(см. рис. 8.2).
Электропрофилирование (ЭП), в отличие от ВЭЗ, заключается
в том, что установка передвигается по какому-либо профилю, а
расстояние между электродами (разнос) и, следовательно, глубина
исследования остаются постоянными.
Электрический каротаж применяется при бурении скважин.
Принципиально установка для каротажа не отличается от установки,
используемой для ВЭЗ или электропрофилирования. Питающие и
приемные электроды смонтированы на каротажном зонде, который
опускается в скважину (см. рис. 8.3).
144
Рис.8.2. Увеличение глубины исследований при изменении расстояний между
питающими электродами.
Рис. 8.3. Схема установки для каротажа скважин.
145
Кроме методов электрической разведки при инженерно-
геологических изысканиях широко используется метод сейсмической
разведки. Он основан на разнице в скорости продольных и
поперечных волн в разных породах. Упругие колебания пород
возбуждают ударами.
В последнее время при инженерно-геологических
исследованиях широко используют ядерно-физические методы, в
частности – метод поглощения γ-излучения, нейтронный метод,
радиоактивный каротаж скважин.
При лабораторных исследованиях экспериментально
определяют: гранулометрический состав грунта; физические
характеристики (объемную массу, плотность, природную влажность,
влажности на границах пластичности, набухание, размокаемость,
коэффициент фильтрации); механические характеристики (угол
внутреннего трения, сцепление, сжимаемость). При необходимости
проводятся минералого-петрографические исследования. Остальные
характеристики вычисляют по формулам.
Результаты лабораторных исследований совместно с
материалами полевых инженерно-геологических исследований
(изысканий) подвергаются камеральной обработке. В результате
камеральной обработки составляется отчет об инженерно-
геологических исследованиях.
Глава 3. Инженерно-геологические исследования для
гидротехнического строительства
Для составления проекта гидротехнических сооружений, как и
для проектирования всех других сооружений, установлена
определенная стадийность. Следует подчеркнуть, что при
проектировании гидротехнических сооружений выполняются
внестадийные предпроектные изыскания.
В результате рекогносцировки и сбора материалов составляется
технико-экономический доклад (ТЭД), в который, помимо данных об
инженерно-геологических условиях районов предполагаемого
строительства, входит предварительная оценка воздействия
проектируемого сооружения на окружающую природную среду.
Предпроектные инженерно-геологические изыскания
уточняются при производстве изысканий на последующих стадиях
проведения работ; геологический материал приобретает более
углубленный, точный и достоверный характер. Размеры площадей
146
изучаемых территорий, по мере перехода от низших к высшим
стадиям проектирования, становятся все меньше.
Изыскания для обоснования технического проекта ведутся в
районе первоочередного строительства. Они делятся на изыскания на
нескольких конкурирующих створах и изыскания на выбранном
варианте створа. На всех конкурирующих створах ведутся разведочные
работы.
После выбора среди конкурирующих створов одного, наиболее
перспективного для строительства, разведочные работы
сосредотачивают на нем; скважины и горные выработки располагают в
соответствии со схемой компоновки сооружений.
На стадии составления рабочих чертежей (рабочей
документации) инженерно-геологические исследования ведутся на
участках основных и вспомогательных сооружений и на отдельных
участках водохранилища. Исследования на участках основных
сооружений проводятся только для уточнения данных, полученных на
ранних стадиях. Среди методов инженерно-геологических
исследований преобладают разведочные и опытные работы по
определению свойств пород в массиве и на больших образцах –
монолитах. На участках расположения тяжелых бетонных сооружений,
строящихся на площадках со сложными инженерно-геологическими
условиями, обязательно проходятся горные выработки большого
сечения (шахты, штольни, смотровые скважины). Для уточнения
параметров противофильтрационных и дренажных сооружений ведутся
опытные откачки, нагнетания и опытные инъекции. На водохранилище
ведутся исследования для обоснования проектов защитных
мероприятий.
147
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Геологический словарь в 2-х томах. М.: Недра. 1991.
2. Горная энциклопедия в 5-ти томах. М.: Советская энциклопедия,
1984 -
1991.
3. Миловский А. В. Минералогия и петрография. М.: Недра, 1985.
4. Горшков Г. П., Якушова А. Ф. Общая геология. М.: МГУ, 1962.
5. Пешковский Л. М., Перескокова Т. М. Инженерная геология. М.:
Высшая школа, 1982.
6. Маслов Н. Н., Котов М. Ф. Инженерная геология. М.: Издательство
литературы по строительству, 1971.
7. Белый Л. Д. Инженерная геология. М.: Высшая школа, 1985.
8. Ломтадзе В. Д. Специальная инженерная геология. Л.: Недра, 1978.
9. Коломенский Н. В. Специальная инженерная геология. М.: Недра,
1969.
10. Белоусов В. В. Основные вопросы геотектоники. М.: Недра, 1962.
11. Усов М. А. Структурная геология. М.-Л.: Госгеолиздат, 1940.
148
СОДЕРЖАНИЕ
ЧАСТЬ I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ....................................................................3
Введение. Основные задачи и значение инженерной геологии............3
Глава 1. Основные сведения о Земле.......................................................7
§ 1. Происхождение Земли.....................................................................7
§ 2. Форма, масса и плотность Земли....................................................8
§ 3. Строение Земли................................................................................9
§ 4. Тепловой режим Земли..................................................................15
ЧАСТЬ II. МИНЕРАЛЫ И ГОРНЫЕ ПОРОДЫ......................................17
Глава 1. Минералы...................................................................................17
§ 1. Геологические процессы минералообразования.........................18
§ 2. Строение минералов......................................................................23
§ 3. Химический состав минералов.....................................................25
§ 4. Физические свойства минералов..................................................26
§ 5. Классификация и распространенность минералов.....................31
Глава 2. Горные породы...........................................................................33
§ 1. Структура и текстура горной породы...........................................34
§ 2. Магматические горные породы....................................................37
§ 3. Осадочные горные породы............................................................41
§ 4. Метаморфические горные породы...............................................44
ЧАСТЬ III. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕКТОНИКЕ........................46
Глава 1. Роль тектоники в процессе осадконакопления и
формирования рельефа земной поверхности........................................46
Глава 2. Виды и масштаб тектонических движений............................48
§ 1. Колебательные движения земной коры.......................................48
§ 2. Складчатые и разрывные движения.............................................52
§ 3. Ненарушенное и нарушенное залегание горных пород............52
Глава 3. Складчатые нарушения (пликативные дислокации)..............54
Глава 4. Разрывные нарушения (дизъюнктивные дислокации)...........58
§ 1. Трещиноватость горных пород.....................................................58
§ 2. Геометрические элементы тектонических разрывов..................62
§ 3. Значение тектоники и трещиноватости при строительстве
149
и эксплуатации гидротехнических сооружений................................65
Глава 5. Землетрясения. Строительство в сейсмических районах.....66
ЧАСТЬ IV. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ ЗЕМЛИ..............................68
ЧАСТЬ V. ГРУНТОВЕДЕНИЕ.................................................................73
ЧАСТЬ VI. ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ.............................................................83
Глава 1. Виды подземных вод.................................................................83
Глава 2. Химический состав подземных вод.........................................91
Глава 3. Законы движения подземных вод............................................92
§ 1. Связь расхода и напора подземного потока.................................92
§ 2. Общие условия движения подземных вод...................................94
§ 3. Методы определения коэффициента фильтрации.....................95
Глава 4. Воздействие подземных вод на горные породы и грунты...101
§ 1. Гидростатическое и гидродинамическое давление в нескальных
грунтах.................................................................................................101
§ 2. Явление плывунности..................................................................102
ЧАСТЬ VII. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ...........103
Глава 1. Выветривание и связанные с ним явления............................103
§ 1. Виды выветривания.....................................................................103
§ 2. Меры борьбы с процессами выветривания...............................105
§ 3. Геологическая деятельность ветра.............................................106
Глава 2. Геологическая деятельность атмосферных и поверхностных
вод............................................................................................................108
§ 1. Виды речных долин и русловых отложений.............................109
§ 2. Методы борьбы с негативными последствиями геологической
деятельности атмосферных и поверхностных вод..........................112
Глава 3. Геологическая деятельность ледников морей и озер...........114
§ 1. Ледники, моря и озера. Защита берегов.....................................114
§ 2. Неблагоприятные процессы и явления, возникающие на
искусственных водохранилищах и меры борьбы с ними................115
Глава 4. Суффозия механическая и химическая. Плывуны. Методы
борьбы с суффозией и плывунами.......................................................116
§ 1. Суффозия механическая и химическая......................................116
§ 2. Методы борьбы с суффозией и плывунами...............................119
Глава 5. Движение грунтов на склонах и откосах. Меры
предупреждения и борьбы с оползнями..............................................120
§ 1. Движение грунтов на склонах и откосах...................................120
§ 2. Меры предупреждения и борьба с оползнями..........................123
Глава 6. Процессы и явления, связанные с промерзанием и
оттаиванием грунтов.............................................................................125
Глава 7. Просадочные явления.............................................................127
150
Глава 8. Процессы и явления, возникающие в грунтах под
сооружениями........................................................................................127
ЧАСТЬ VIII. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ
СТРОИТЕЛЬСТВА................................................................................128
Глава 1. Стадии проектирования..........................................................129
Глава 2. Методы инженерно-геологических исследований...............131
Глава 3. Инженерно-геологические исследования для
гидротехнического строительства........................................................135
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК......................................................137