ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Раздел 6. Инженерная геологияИнженерная геология — наука о свойствах грунтов и условиях строительства сооружений в данной геологической обстановке. Инженерная геология -это наука, исследующая: - формирование и изменение геологических условий территории; - условий строительства и эксплуатации сооружений; - рациональное использование и охрана окружающей среды. Основная цель инженерной геологии - обеспечение устойчивости оснований возводимых сооружений, безопасности ведения горных работ. Задачи инженерной геологии: - расчеты устойчивых углов наклона бортов и уступов карьеров и отвалов пород, оснований зданий и сооружений, оседания поверхности в зоне понижения уровня подземных вод; - прогноз деформации горных выработок в контактных зонах, поведения крепи вертикальных и горизонтальных подземных выработок во времени в связи с понижением уровня подземных вод и продвижением фронта горных работ, поведения грунтов при замораживании и оттаивании, перевозке, ударных нагрузках и др. Разделы инженерной геологии. Инженерная петрография или грунтоведение – исследует свойства горных пород, определяющие их поведение в сфере воздействия инженерных работ и сооружений. Инженерная геодинамика – изучает геологические и инженерно-геологические процессы в связи с их влиянием на инженерные сооружения. Региональная инженерная геология изучает инженерно-геологические условия различных территорий и производит районирование с выделением территорий с близкими инженерно-геологическими условиями. Горнопромышленная инженерная геология занимается инженерно-геологическим обеспечением при строительстве и эксплуатации инженерных сооружений.
Тема 6.1. Основы инженерной петрографии: инженерно-геологическая классификация горных пород; инженерно-геологические особенности скальных грунтов, физико-механические свойства и горнотехнические характеристики [5, 16, 20, 23, 26, 28]. Земная кора состоит из горных пород. Те горные породы, которые находятся в зоне влияния деятельности человека, принято называть грунтами независимо от их прочности и происхождения. Выделяют три основных геолого-генетических типа грунтов: магматические, метаморфические и осадочные. Каждый тип образуется в строго определенных геологических условиях, т.е. при протекании процессов магматизма, метаморфизма и литогенеза. Поэтому каждый геолого-генетический тип грунтов обладает своеобразными признаками и физико-механическими свойствами. Особое значение имеют осадочные грунты. Они составляют лишь 5% объема земной коры, но покрывают 75% площади суши. Поэтому они являются основным объектом изучения инженерной геологии. Примечание. Осадочные породы обладают наименее благоприятными, изменчивыми, свойствами для возведения и эксплуатации инженерных сооружений. Классификация грунтов по строительным свойствам в соответствии с ГОСТ 25100–2011 Грунт – любые горные породы, почвы, осадки и техногенные образования, рассматриваемые как многокомпонентные динамические системы и часть геологической среды и изучаемые в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека. Грунты могут служить: 1) материалом оснований зданий и сооружений; 2) средой для размещения в них сооружений; 3) материалом самого сооружения. Классификация грунтов по группам признаков (таксономические единицы): - класс (подкласс) – по природе структурных связей: скальные, дисперсные, мерзлые; - тип (подтип) – по генезису; - вид (подвид) – по вещественному, петрографическому или литологическому составу; - разновидности – по количественным показателям состава, строения, состояния и свойств грунтов. Физико-механические свойства грунтов определяют физическое состояние, отношение к воде и изменение прочности пород (деформируемость). Физико-механические свойства оцениваются с помощью показателей - характеристик. Показатели – это числовые значения, выражающие количественную сторону данного свойства. Например. Свойство водопроницаемости пород оценивается при помощи показателя коэффициента фильтрации. Различают следующие группы свойств: - физические – они характеризуют физическое состояние грунта в естественном залегании; - водные свойства – характеризуют способность породы изменять состояние, прочность и устойчивость при взаимодействии с водой, а также поглощать, удерживать и фильтровать воду – набухание, осадка, просадка, размокание, липкость, водонасыщенность, водоотдача, водопроницаемость; - механические свойства – характеризуют поведение грунта при воздействии на него внешних усилий. Эти свойства позволяют оценить прочность и деформируемость грунта. Структура грунта - пространственная организация компонентов грунта, характеризующаяся совокупностью морфологических (размер, форма частиц, их количественное соотношение), геометрических (пространственная композиция структурных элементов) и энергетических признаков (тип структурных связей и общая энергия структуры) и определяющаяся составом, количественным соотношением и взаимодействием компонентов грунта. Текстура грунта - пространственное расположение слагающих грунт элементов (слоистость, трещиноватость и др.). Состав грунта вещественный - категория, характеризующая химико-минеральный состав твердых, жидких и газовых компонентов. Органическое вещество - органические соединения, входящие в состав грунта в виде неразложившихся остатков растительных и животных организмов, и также продуктов их разложения и преобразования. Класс скальных грунтов - грунт, состоящий из кристаллитов одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи кристаллизационного или цементационного типа. Скальные грунты представлены магматическими, метаморфическими или осадочными породами с прочными жесткими связями между минеральными зернами. Они обычно представляют собой прочное и надежное основание. Однако из-за выветривания верхний слой скалы иногда представляет собой подобие сухой кладки. При строительстве капитального сооружения может потребоваться его удаление. Некоторые породы снижают прочность при водонасыщении или даже растворяются в воде – выщелачиваются. Особенно это характерно для полускальных пород (вулканические туфы, некоторые известняки, мергели, глинистые сланцы, гипс и др.) с прочностью на сжатие меньше 5 МПа. Они подвержены также быстрому выветриванию в обнажениях выемок, котлованов, выработок. По генезису и вещественному составу в классе скальных грунтов выделяют типы (подтипы), виды и подвиды, представленные в таблице 1. Разновидности скальных грунтов по количественным показателям их вещественного состава, строения, состояния и свойств представлены в таблицах 2, 3, 4.
ГОСТ 25100-2011 Таблица 1 Скальные грунты
Таблица 2 Разновидности скальных грунтов Б.1 Б.1.1 По пределу прочности на одноосное сжатие Rc в водонасыщенном состоянии
Б.1.2 По плотности сухого (скелета) грунта ρ d
Б.1.3 По пористости n
Б.1.4 По коэффициенту выветрелости Kwr
Б.1.5 По коэффициенту размягчаемости в воде Ksof
Б.1.6 По степени растворимости в воде qsr
Б.1.7 По водопроницаемости
В.1 В.1.1 По минеральному составу скальные известково-доломитовые грунты подразделяются
В.1.2 По минеральному составу скальные карбонатно-терригенные грунты подразделяются
В.1.3 По минеральному составу скальные глинисто-карбонатные и глинистые грунты подразделяются
Тема 6.2. Инженерно-геологические особенности дисперсных грунтов, компонентный состав и его влияние на свойства дисперсных грунтов, связные (глинистые) и несвязные (раздельнозернистые) грунты, физико-механические свойства и горнотехнические характеристики; мёрзлые грунты; техногенные грунты, способы улучшения свойств грунтов [5, 16, 20, 23, 25, 28]. Класс дисперсных грунтов - грунт, обладающий физическими, физико-химическими (подкласс связных грунтов) или механическими (подкласс несвязных - сыпучих) структурными связями.
Инженерно-геологическая оценка дисперсных и связных грунтов осуществляется по водно-физическим (водопроницаемость, набухание и усадка, размокание, пластичность, липкость) и механическим свойствам (деформация, прочность, степень плотности, выветрелость, гранулометрический состав, угол естественного откоса, сжимаемость, сопротивление сдвигу), почв (рыхлость, размокаемость, засоленность, набухание), мерзлых и техногенных грунтов. Наиболее сложными по своим свойствам являются дисперсные (раздробленные) грунты. Обычно они содержат три составные части (фазы) – минеральную (твердые частицы), жидкую (вода) и газообразную (воздух, водяной пар, другие газы). Мерзлые грунты содержат также лед. Полностью водонасыщенный грунт считают двухфазной системой (грунтовая масса). В дисперсных грунтах выделяют прочносвязанную (гигроскопическая), рыхлосвязанную (пленочная) и свободную (гравитационная и капиллярная) воду. Связанная вода существенно влияет на свойства глинистых грунтов и практически отсутствует в песчаных. Перемещение пленочной воды называется миграцией. Гравитационная вода перемещается (фильтрует) во всех грунтах под действием разности напоров. Для большинства грунтов выполняется закон ламинарной фильтрации Дарси в виде , (1.1) где J = H/ℓ - гидравлический градиент; Кф – коэффициент фильтрации . Из (1.1) К ф - это скорость фильтрации при J =1. В плотных глинистых грунтах фильтрация затрудняется оболочками связанной воды; считают, что фильтрация в них начинается лишь по достижении некоторого начального градиента напора J n. Уравнение (1.1) при этом принимает вид: , где J n – начальный градиент. Значения К ф и J n определяются экспериментально. Капиллярная вода удерживается в порах грунта за счет сил поверхностного натяжения. Высота капиллярного поднятия в грунтах растет с дисперсностью, составляя от 3…5 см в крупных песках до нескольких метров в глинистых грунтах. Под структурой понимаются размеры, форма, характер поверхности минеральных частиц грунта и характер связей между ними. Последние называются структурными связями и определяют прочность связных грунтов. В пылевато-глинистых грунтах различают структурные связи: 1. Водно-коллоидные, зависящие от сил электромолекулярного взаимодействия между поверхностями твердых частиц и их водными оболочками. Эти связи пластичны и обратимы. 2. Кристаллизационные связи, возникающие вследствие кристаллизации на поверхности частиц различных соединений из поровых растров. Это связи хрупкого типа и они практически необратимы. Для глинистых грунтов наряду с влажностью важным является понятие консистенции, характеризующее степень подвижности грунта. Консистенция может быть твердой, пластичной и текучей. Влажности, соответствующие границам между этими состояниями, называются пределами пластичности или раскатывания WP (граница между твердым и пластичным состояниями) и текучести WL (между пластичным и текучим). Разность этих пределов называется числом пластичности Число пластичности тесно связано с содержанием в грунте глинистой фракции и поэтому используется в классификации: JP ≤ 0,07 - супесь, 0,07 < JP ≤ 0,17 - суглинок; JP > 0,17 – глина. Состояние грунта удобно характеризовать показателем текучести Для песчаных грунтов очень важно состояние по плотности сложения: плотное, средней плотности, рыхлое. В последнем состоянии грунт дает большие деформации, особенно при динамических воздействиях. Грунт крупнообломочный - несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером крупнее 2 мм составляет более 50 %. Песок - несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером меньше 2 мм составляет более 50 % (Ip = 0). Грунт глинистый - связный минеральный грунт, обладающий числом пластичности Ip ³ 1. Ил - водонасыщенный современный осадок преимущественно морских акваторий, содержащий органическое вещество в виде растительных остатков и гумуса. Обычно верхние слои ила имеют коэффициент пористости е ³ 0,9, текучую консистенцию IL > 1, содержание частиц меньше 0,01 мм составляет 30-50 % по массе. Сапропель - пресноводный ил, образовавшийся на дне застойных водоемов из продуктов распада растительных и животных организмов и содержащий более 10 % (по массе) органического вещества в виде гумуса и растительных остатков. Сапропель имеет коэффициент пористости е > 3, как правило, текучую консистенцию IL > 1, высокую дисперсность-содержание частиц крупнее 0,25 мм обычно не превышает 5 % по массе. Торф - органический грунт, образовавшийся в результате естественного отмирания и неполного разложения болотных растений в условиях повышенной влажности при недостатке кислорода и содержащий 50 % (по массе) и более органических веществ. Грунт заторфованный-песок и глинистый грунт, содержащий в своем составе в сухой навеске от 10 до 50% (по массе) торфа. Почва -поверхностный плодородный слой дисперсного грунта, образованный под влиянием биогенного и атмосферного факторов. Крупнообломочные и песчаные грунты – продукты физического выветривания скальных пород. В крупнообломочных более 50% составляют обломки (частицы) размером > 2мм; в песчаных - их менее 50%. Содержание глинистой фракции для песчаных грунтов должно быть менее 3%. Свойства указанных грунтов определяются минералогическим и гранулометрическим составами и состоянием по плотности сложения. Для некоторых разновидностей (мелкие и пылеватые пески) имеет значение также степень заполнения пор водой. Плотные крупнообломочные и песчаные грунты являются обычно надежным основанием сооружений. Однако рыхлые пески интенсивно уплотняются при динамических воздействиях. Пылевато-глинистые грунты – продукт физического и химического выветривания горных пород. В зависимости от содержания глинистой фракции их подразделяют на супеси (3…10%), суглинки (10…30%) и глины (> 30 %). Свойства этих грунтов определяются минералогическим и гранулометрическим составом и содержанием воды, т.е. влажностью. Для них характерны такие свойства, как способность принимать твердое, пластичное или текучее состояние в зависимости от влажности, набухание, размокание, липкость, усадка. В группу особых выделяются: илы, торфы, заторфированные грунты, просадочные лессы и лессовидные грунты, мерзлые и вечномерзлые, засоленные грунты и др. Определяющим свойством грунтов этой группы является их структурная неустойчивость. Это способность структурных связей быстро разрушаться при некоторых воздействиях, нехарактерных для обычных условий формирования и существования таких грунтов. При этом основание получает большие по величине и быстро протекающие осадки, называемые просадками. Соответственно грунты этой группы характеризуются как просадочные. Б.1.7 По водопроницаемости
Класс мерзлых грунтов характеризуется криогенными и другими структурными связями (за счет льда): подкласс скальных – с криогенными и одновременно с кристаллизационными и цементационными структурными связями, подкласс дисперсных – с криогенными и одновременно с физическими и физико-химическими структурными связями, подкласс ледяных грунтов – только с криогенными связями.
Тема 6.3. Основы инженерной геологии массивов горных пород: понятие о массиве, различие свойств пород в образце и массиве, определение свойств пород в массиве, инженерно-геологическая типизация массивов горных пород [16, 20, 23, 24, 25]. Массив горных пород - часть земной коры: - состоящая из совокупности горных пород, сформировавшихся в определенной геологической обстановке; - характеризующаяся присущими ей физическими, химическими и геологическими параметрами.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|