Материал: геолог и я

9.Содержание понятия “инженерно-геологические условия” участка или территории строительства. Основные факторы инженерно-геологических условий, их взаимосвязи.

Инженерно-геологические условия — комплекс современных геологических особенностей, определяющих условия инженерных изысканий, строительства и эксплуатации инженерных сооружений (узкий подход), или условия инженерно-хозяйственной деятельности человека в целом (широкий подход).( составная часть комплекса работ, выполняемых для обеспечения строительного проектирования и производства работ необходимыми данными.)Этот комплекс включает в себя 5 составляющих, которые называются компонентами, или факторами инженерно-геологических условий:1)геологическое строение местности и характер слагающих ее пород; 2) рельеф; 3) гидрогеологические условия; 4) мерзлотные условия; 5) современные геологические процессы.

Каждый из них характеризуется большим числом параметров. Наиболее важными из них являются характер и условия залегания грунтов, их состав, состояние и свойства, морфологические и морфометрические особенности рельефа, распространение мерзлых, талых и немерзлых толщ, их температура, мощность мерзлых пород, их криогенное строение, глубина сезонного протаивания-промерзания и пр., типы, закономерности распространения, глубины залегания, водообильность и режим подземных вод, их состав и минерализация, агрессивность по отношению к строительным материалам и др. современные геологические процессы и явления.

10 . Сейсмические явления. Виды землетрясений, сейсмическая шкала . Сейсмическое районирование. Уточнение сейсмичности и сейсмического риска для отдельной территории в зависимости от ее инженерно-геологических условий.

Землетрясе́ние — подземные толчки и колебания земной поверхности. Землетрясения делятся на тектонические, вулканические, денудационные и техногенные.

Наиболее сильные – тектонические. Их причина – накопление энергии в некоторых областях ЗК вследствие происходящих в ней и подстилающей мантии процессов. Разрядка накопленной энергии и есть землетрясение. Место разрядки энергии, или очаг землетрясения называется гипоцентром, а его проекция на поверхность – эпицентром.

Вулканические землетрясения сопутствуют извержениям вулканов;

Денудационные возникают вследствие больших обвалов в горах, провалов в полости ЗК, образующиеся при некоторых геологических процессах.

Техногенные землетрясения связаны с деятельностью человека; примеры – ядерные взрывы, устройство глубоких водохранилищ, закачка больших объемов воды в глубокие скважины.

Для оценки силы землетрясений используется 12-бальная шкала. Баллы устанавливаются по проявлениям землетрясения, включая ощущения людей, повреждения и разрушения сооружений, смещения пород и др. Применяются также другие шкалы; например, в сообщениях СМИ часто указывается магнитуда по шкале Рихтера, характеризующая энергию землетрясения.

На основе длительных исследований в СССР была составлена карта сейсмического районирования. Однако общая карта сейсмического районирования не может отразить всех особенностей участка. Возможно, что в пределах большого по территории города различные его районы будут подвержены различному сейсмическому риску. Уточнение его, или сейсмическое микрорайонирование проводится на основе учета ИГУ конкретного участка.

Перечислим факторы, заставляющие повышать сейсмический риск и соответственно балльность участка, указав также и возникающие опасности:

- резко расчлененный, тем более горный рельеф, вследствие чего резко возрастает опасность обвалов, оползней, селевых потоков;

- наличие на участке и вблизи него тектонических нарушений (разломы, сбросы итд)

- высокое положение уровня подземных вод, обводненность пород;

- наличие в основании сильно выветрелых, трещиноватых скальных пород;

- наличие в основании водонасыщенных песков (а для рыхлых – независимо от влажности) и глинистых грунтов с IL>0,5.

- наличие в основании вечномерзлых песчаных и глинистых грунтов, если предполагается их оттаивание при строительстве или эксплуатации сооружения;

Антисейсмические мероприятия можно разделить на пассивные и активные. К первым относятся ограничения на нагрузки и параметры сооружений. Активные меры сейсмозащиты зависят от типа сооружений и рассматриваются в специальных курсах.

11.Основы грунтоведения. Строительная классификация грунтов. Примеры грунтов каждого класса, их свойства. Дисперсные грунты как многокомпонентные системы. Твердая, жидкая и газообразная компоненты грунтов ,свойства каждой из них. Структура и структурные связи в грунтах. Показатели состава и состояния, водных и механических (прочности и сжимаемости) свойств грунтов.

Грунтоведение является составной частью инженерной геологии и занимается изучением состава, строения и свойств горных пород – грунтов для наиболее рационального использования их при различных видах строительства. Грунты (горные породы, почвы, техногенные образования) представляют собой многокомпонентную и многообразную геологическую систему и являются объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека. Предметом изучения грунтоведения является исследование, прежде всего, свойств горных пород, определяющих их поведение под воздействием инженерных сооружений.

По строительным свойствам выделяются следующие группы пород: скальные, полускальные, крупнообломочные, песчаные, глинистые и особые.

К скальным и полускальным относятся породы с прочными кристаллизационными или цементационными связями отдельных частиц. Практически это все МГП, ММГП, ОГП обломочные цементированные, аргиллиты, алевролиты, химические и биохимические ОГП. Формальным критерием для выделения полускальных является меньшая прочность (расчетное сопротивление сжатию R < 5 МПа).

Три следующих группы представляют собой дисперсные (раздробленные) породы, состоящие из твердых частиц и пор, заполненных жидкостью (обычно вода) и газом (обычно воздух, иногда метан, сероводород и др.) В некоторых случаях присутствуют микроорганизмы, бактерии (биота). Таким образом, дисперсные грунты представляют собой многокомпонентные системы (обычно трехфазные) и их строительные свойства определяются как свойствами отдельных составных частей (компонент или фаз), так и их соотношением. Детально они изучаются в грунтоведении.

В последнюю группу особых объединены породы, обладающие тем или иным особым, характерным только для них свойством. Это, например, торф, лесс, мерзлые грунты.

Составные части грунта

Твердая часть грунта — это мелкие частицы различных минералов, являющиеся продуктом разрушения и выветривания горных пород, а также перегноя — органической части почвы. Размеры этих частиц обычно находятся в пределах от сотых долей микрона до 1 мм.

Газообразная часть грунта — воздух и водяной пар, заполняющие не занятые водой пространства в грунте, а также содержащиеся в свободной воде в виде местных включений.

Жидкая часть грунта — это так называемый почвенный раствор — вода и растворенные в ней вещества, которые содержатся также в твердой и газообразной частях грунта. Воду условно можно разделить на две формы: связанную и свободную.

Связанная вода — тонкая водяная пленка, окружающая твердые частицы грунта и удерживаемая ими с большой силой.

Свободная вода — вода, не подверженная влиянию сорбционных сил, т.е. не ориентированная около почвенных частиц. Она может свободно перемещаться в порах и пустотах грунта.

Связи между частицами и агрегатами частиц в грунте называются структурными. Прочность грунтов зависит не столько от прочности отдельных минеральных зерен, сколько от структурных особенностей грунта. Основными видами структурных связей в грунтах являются:

- водно-коллоидные – (эти связи) вязко-пластичные, мягкие, обратимые, и

- кристаллизационные – хрупкие (жесткие), необратимые; последние могут быть водостойкими и неводостойким.

Водно-коллоидные связи формируются в результате электромолекулярных сил взаимодействия между пленочной водой и твердыми частицами.

Кристаллизационные связи, возникают при образовании кристаллических решеток в минералах. Обладают достаточно высокой прочностью. Их прочность зависит от состава минералов цементирующего вещества. Кристаллизационные связи хрупкие и не восстанавливаются после их нарушения.

Структура – особенности строения грунта, обусловленные размером и формой частиц, характером их поверхности, количественным соотношением слагающих грунт элементов и характером их взаимодействия друг с другом. Различают следующие основные структуры грунтов:

1. Зернистая (характерна для грубодисперсных, песчаных и крупнообломочных: рыхлая и плотная);

2. Сотообразная (характерна для глинистых грунтов: рыхлая, плотная);

3. Хлопьевидная (характерна для глинятых грунтов);

4. Сложная (характерна для глинистых грунтов).

Нескальные грунты по характеру структурных связей разделяются на связные и несвязные (сыпучие). К связным относятся пылевато-глинистые грунты (супеси, суглинки, глины); к сыпучим – крупнообломочные и песчаные грунты.

Структуры сыпучих грунтов определяются преимущественно формой частиц, которые могут быть: 1-угловатыми, 2-полуокатанными, 3-окатанными, 4-пластинчатыми.

Структуры связных грунтов – имеют важное свойство – агрегированность, т.е. способность частиц этих грунтов” слипаться”, образовывать агрегаты (комочки), состоящие из нескольких сотен элементарных частиц. Это определяет весьма сложную структуру связных грунтов, примером, которой служит структура морских глинистых отложений.

Строительная классификация грунтов по физическим свойствам

Структурные междучастичные связи в грунтах можно подразделить на жесткие (кри-сталлизационные) связи и пластичные, вязкие связи (водноколлоидные). Жесткие связи более характерны для скальных грунтов, пластичные связи, главным образом, – для глинистых грунтов. Жесткие связи могут быть растворимыми в воде или нерастворимыми.

Соотношение составных частей грунта можно охарактеризовать тремя основными физическими показателями:

-Плотность ρ – отношение массы образца к его объему (обычно ρ= 1,5 …2,2 т/м3);

-плотность частиц грунта ρs – отношение массы частиц к их объему (обычно ρs = 2,5…2,7 т/м3);

-влажность ω – отношение массы воды в пробе к массе частиц. Обычно влажность значительно меньше единицы, но для торфа возможно и ω > 1, причем намного больше.

На практике часто используются показатели, которые можно рассчитать по основным, например:

- плотность сухого грунта d - отношение массы частиц к объему (пробы) грунта;

- пористость n – отношение объема пор ко всему объему; пористость можно рассчитать по введенным показателям: n = 1 - d/s;

- коэффициент пористости е – отношение объема пор к объему частиц, причем n и е взаимосвязаны: е = n/(1- n);

- степень влажности Sr – отношение объема воды к объему пор; если поры грунта полностью заполнены водой, то Sr = 1 и такая влажность представляет собой полную влагоемкость, или водопоглощение грунта.

Значения пористости или коэффициента пористости позволяют характеризовать состояние грунта по плотности – плотное, средней плотности или рыхлое. По значению Sr грунты подразделяются на маловлажные (Sr <0,5), водонасыщенные (Sr > 0,8) и влажные при значении в указанном интервале.

Для глинистых грунтов, кроме приведенных, важными показателями являются влажности, соответствующие верхней и нижней границам пластичности, получившие названия верхнего и нижнего пределов пластичного состояния грунта, или, соответственно, его пределов раскатывания ωp и текучести ωL. Их разность называется числом пластичности; это интервал влажности, в котором глинистая порода находится в пластичном состоянии.

Для твердых частиц главное значение имеют минеральный и гранулометрический составы; для песчаных и более крупных фракций важны форма и характер поверхности обломков.

Состав и состояние грунтов характеризуются такими показателями, как плотность, влажность, пористость, пределы и число пластичности, показатель текучести и др. Во взаимосвязи с характеристиками структуры и структурных связей (водноколлоидные или цементационные) они используются в классификациях, по которым составляется общее представление о грунте, о таких его свойствах, как прочность и сжимаемость, водопоглощение и водоотдача, водопроницаемость, усадка и набухание, размокание и липкость и др. Количественно прочность характеризуется зависимостями сопротивления сдвигу и деформаций от напряженного состояния грунта. Грунтоведение устанавливает обусловленность показателей прочности и сжимаемости (внутреннее трение, сцепление, модуль деформации и др.) генетическим типом, составом и состоянием грунта.

12.Подземные воды, их значение. Классификация по физическим свойствам, химическому составу. Виды подземных вод по условиям залегания, характеристика каждого вида.

Все воды, находящиеся в толще горных пород в твердом, жидком или газообразном состоянии, называются подземными

Поры, трещины, полости различных размеров в породах ЗК полностью или частично заполнены гравитационной водой, перемещающейся под действием разности напоров в сторону их уменьшения. Движение свободной (подземной) воды в условиях полного заполнения пор или трещин пород называется фильтрацией. Слой или несколько слоев пород, содержащих воду, образуют водоносный горизонт. Для него выделяют области питания, распространения и разгрузки. ПВ имеют большое значение. Они широко используются для водоснабжения, в различных областях промышленности, энергетики, медицины и др. Не менее важно, что ПВ влияют на все геологические процессы, в том числе опасные. Примером служат прорывы ПВ и плывунов в котлованы и другие выработки, оползни, пучение при промерзании, наледи и др. Охрана ПВ от истощения и загрязнения – важнейшая задача экологии.

К основным физическим свойствам относятся температура, цвет, прозрачность, мутность, вкус и запах.

Показателями химического состава являются:

1. Водородный показатель pH; при pH = 7 вода нейтральная, при pH < 7 кислая и при pH >7 щелочная.

2. Общая минерализация воды, оцениваемая по сухому остатку после выпаривания. Выделяют воды пресные (сухой остаток меньше 1 г/л), солоноватые (1…10), соленые (10…50) и рассолы при большем содержании.

3. Содержание катионов и анионов. По катионному составу различают воды кальциевые, магниевые и натриевые; по анионному – гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные.

4.Содержание сероводорода, углекислоты и других газов.

Анализ химического состава позволяет установить вид и степень агрессивности ПВ по отношению к строительным конструкциям, а также жесткость воды. В изменении химического состава ПВ установлена зональность по распространению в плане и по глубине: с севера на юг и сверху вниз состав меняется от пресных гидрокарбонатно-кальциевых к сульфатным и наконец, хлоридным. Исключением являются азональные воды – болотные, речных долин, карстовые. По характеру заполняемого водой пространства выделяют поровые, трещинные и карстовые подземные воды.

По условиям залегания выделяют следующие основные виды ПВ: верховодка, грунтовые, межпластовые.

Верховодкой называются временные скопления ПВ в зоне аэрации (рис.5.1), приуроченные к линзам и прослойкам малопроницаемых пород в общей водопроницаемой толще. Питание за счет атмосферных осадков. Возможно образование куполов верховодки в лессах при значительных утечках из сетей водоснабжения и водоотведения. В сухой период верховодка может полностью исчезать. Воды ненапорные, легко загрязняются с поверхности. Верховодка может вызвать неожиданное затопление котлованов, подвалов зданий, хотя в период изысканий она могла и отсутствовать.

Грунтовые воды – постоянный и значительный по площади горизонт ПВ, залегающий на первом от поверхности грунта водоупоре. Характеризуются следующими свойствами:

- питание за счет атмосферных осадков, иногда также за счет поверхностных вод;

- области питания и распространения совпадают;

- воды ненапорные;

- связь с поверхностными водами;

- легкая загрязняемость.

Обобщая последние свойства, можно заметить, что для грунтовых вод характерна изменчивость их режима – положения зеркала или уровня (УГВ), направления и скорости движения, химического состава, температуры и других физических свойств. УГВ может меняться в зависимости от многих природных и техногенных факторов: метеорологических, гидрологических, тектонических, техногенных. Действие первых двух очевидно. Тектонические движения в виде длительных поднятий приводят к углублению эрозионных врезов (овраги, лога, русла рек) и следовательно, к понижению УГВ. Деятельность человека может приводить как к повышению УГВ (создание водохранилищ, утечки из инженерных сетей и др.), так и к понижению – при осушении болот, длительных откачках и т.д. Процесс поднятия УГВ называется подтоплением. Грунтовые воды широко используются для водоснабжения.