Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Раздел 6. Инженерная геология




Инженерная 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

 

Класс Тип (подтип) Вид Подвид
Скальные Магматические (интрузивные)   Силикатные ультраосновные Перидотиты, дуниты, пироксениты и др.
основные Габбро, нориты, диабазы, долериты и др.
средние Диориты, сиениты и др.
кислые Граниты, порфиры и др.
Магматические (эффузивные)   Силикатные ультраосновные Пикриты, коматииты и др.
основные Базальты, долериты и др
средние Андезиты, трахиты и др.
кислые Риолиты, дациты и др.
Метаморфические Силикатные Гнейсы, сланцы, кварциты, роговики, скарны, грейзены
Карбонатные Мраморы и др.
Железистые Железистые руды и др.
Органо-минеральные Горючие сланцы, антрациты, каменные угли и др.
    Осадочные Силикатные Песчаники, конгломераты, аргиллиты, алевролиты и др
Карбонатные Известняки, доломиты, мел, мергели и др.
Кремнистые Опоки, диатомиты и др.
Сульфатные Гипсы, ангидриты и др.
Галоидные Галиты и др.
Органо-минеральные Бурые угли, битуминозные известняки и др.
Вулканогенно-осадочные Силикатные Туфопесчаники, туффиты, лавовые брекчии и др.
  Хемогенно-минеральные Туфопесчаники, туффиты, лавовые брекчии и др.
Элювиальные Минеральные Скальные грунты трещинных зон коры выветривания
Техногенные Все виды техногенно измененных природных и антропогенно образованных скальных грунтов и преобразованных дисперсных грунтов с приобретенными цементационными связями Все подвиды техногенно измененных природных и антропогенно образованных скальных грунтов и преобразованных дисперсных грунтов с приобретенными цементационными связями

Таблица 2 Разновидности скальных грунтов

Б.1

Б.1.1 По пределу прочности на одноосное сжатие Rc в водонасыщенном состоянии

Разновидность скальных грунтов Предел прочности грунта на одноосное сжатие Rc, МПа
Скальные Очень прочные Прочные Средней прочности Малопрочные   Rc 120 120 ˃ Rc ≥ 50 50 ˃ Rc ≥ 15 15 ˃ Rc ≥ 5  
Полускальные Пониженной прочности Низкой прочности Очень низкой прочности   5 ˃ Rc ≥ 3 3 ˃ Rc ≥ 1 Rc ˂ 1  

 

Б.1.2 По плотности сухого (скелета) грунта ρ d

Разновидность скальных грунтов Плотность сухого грунта ρ d, г/см3
  Очень плотный Плотный Средней плотности Низкой плотности   ρ d 2,50 2,50 ˃ ρ d ≥ 2,10 2,10 ˃ ρ d ≥ 1,20 ρ d ˂ 1,20  

 

Б.1.3 По пористости n

Разновидность скальных грунтов Пористость грунта n, %
  Очень плотный Плотный Средней плотности Низкой плотности   n ≤ 3 3 ˃ n ≥ 10 10 ˃ n ≥ 30 n ˃30

 

Б.1.4 По коэффициенту выветрелости Kwr

Разновидность скальных грунтов Коэффициент выветрелости грунта Kwr, д.е.
  Слабовыветрелый Средневыветрелый Сильновыветрелый   0,9 ≤ Kwr ˂ 1 0,8 ≤ Kwr ˂ 0,9 Kwr ˂ 0,8

 

Б.1.5 По коэффициенту размягчаемости в воде Ksof

Разновидность скальных грунтов Коэффициент размягчаемости грунта Ksof, д.е.
  Неразмягчаемый Размягчаемый   Ksof ≥ 0,75 Ksof ˂ 0,75

 

Б.1.6 По степени растворимости в воде qsr

Разновидность скальных грунтов Степень растворимости грунта в воде qsr г/л
  Нерастворимый Труднорастворимый Среднерастворимый Легкорастворимый Сильно растворимый   qsr 0,01 0,01 ˂ qsr 1 1 ˂ qsr 10 10 ˂ qsr 100 qsr ˃ 100

 

Б.1.7 По водопроницаемости

Разновидность скальных грунтов Коэффициент фильтрации kф, м/сут
  Водонепроницаемый Слабоводопроницаемый Среднерастворимый Легкорастворимый Сильно растворимый   kф 0,005 0,005 ˂ kф 0,3 0,3 ˂ kф 3 3 ˂ kф 30 kф ˃ 30

В.1

В.1.1 По минеральному составу скальные известково-доломитовые грунты подразделяются

Разновидность скальных грунтов Содержание, %
CaCO3 CaMg(CO3)2
  Известняк Известняк доломитистый Известняк доломитовый Доломит известковый Доломит известковистый Доломит     95 – 100 75 – 95 50 – 75 25 – 50 5 – 25 0 - 5   0 – 5 5 – 25 25 – 50 50 – 75 75 – 90 95 - 100

 

 

В.1.2 По минеральному составу скальные карбонатно-терригенные грунты подразделяются

  Разновидности скальных грунтов Содержание карбонатов, % Терригенная составляющая, %
Известняк (доломит) 95 - 100 0 - 5
Алевритистый (песчанистый) известняк (доломит) или известняк (доломит) с гравием (галькой) 75 - 95 5 - 25
Алевритовый (песчаный, гравийный, галечный) известняк (доломит) 50 - 75 25 - 50
Известковый (доломитовый) алевролит (песчаник, гравелит, конгломерат) 25 - 50 50 - 75
Известковистый (доломитистый) алевролит (песчаник, гравелит, конгломерат) 5 - 25 75 - 95
Алевролит (песчаник, гравелит, конгломерат) 0 - 5 95 - 100

 

В.1.3 По минеральному составу скальные глинисто-карбонатные и глинистые грунты подразделяются

 

Содержание глинистых минералов, % Известковый ряд Доломитовый ряд
Разновидности грунтов Содержание CaCO3, % Разновидности грунтов Содержание CaMg(CO3)2, %
0 – 5 Известняк 95 – 100 Доломит 95 – 100
5 – 25 Известняк глинистый 75 – 95 Доломит глинистый 75 – 95
25 – 50 Мергель известковый 50 – 75 Мергель доломитовый 50 – 75
50 – 75 Мергель глинистый известковый 25 – 50 Мергель глинистый доломитовый 25 – 50
75 – 95 Глина известковая 5 – 25 Глина доломитовая 5 – 25
95 - 100 Глина 0 - 5 Глина 0 - 5

 

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

Разновидность дисперсных грунтов Коэффициент фильтрации kф, м/сут
  Водонепроницаемый Слабоводопроницаемый Среднерастворимый Легкорастворимый Сильно растворимый   kф 0,005 0,005 ˂ kф 0,3 0,3 ˂ kф 3 3 ˂ kф 30 kф ˃ 30

 

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:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных