Реферат: Инженерно-геологические изыскания для определения характеристик грунтов и оснований

ВВЕДЕНИЕ.

1.     Происхождениегрунтов.

2.     Составные частигрунтов.

3.     Виды воды вгрунтах и их свойства.

4.     Физико-механическиесвойства грунтов.

ИНЖЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ.

1.     Буровыеработы.

1.1. Назначениебуровых скважин.

1.2. Типовыеконструкции инженерно-геологических скважин.

1.3. Классификациябуровых скважин.

1.4. Особенности иобласть применения различных способов бурения скважин.

1.5. Рекомендации порациональному использованию различных способов бурения.

1.6. Общие положения огеологической документации и отборе образцов при проведении буровых работ.

2.    Статическое зондирование.

3.    Отбор проб грунтов длялабораторных исследований.

3.1   Правила отбора проб.

3.2   Консервирование монолитов.

ЛИТЕРАТУРА.

1.Происхождение грунтов.

Магматические горные породы образовались врезультате остывания магмы, а также в результате горнообразовательныхпроцессов. Вследствие физического и химического выветривания они постепеннопревращались в рыхлые горные породы. Раздробленные частицы горных породперемещались в пониженные части поверхности земли, где откладывались, образуяосадочные горные породы. Если в процессе горообразования они оказались близко кповерхности земли, то под воздействием химического выветривания образовываликрупноскелетные или мелкодисперсные грунты.

Грунтами строители называют верхние слоикоры выветривания литосферы и относят к ним скальные, полускальные и рыхлыегорные породы.

В большинстве случаев верхние слоиземной коры сложены  крупнообломочными, песчаными, пылевато-глинистыми,органогенными и техногенными грунтами. Ниже поверхности земли эти дисперсныегрунты имеют почти повсеместное распространение. Большая часть дисперсныхгрунтов образовалась в результате накопления продуктов физического ихимического выветривания. Некоторые грунты возникли вследствие отложенияорганических веществ (например, торф), а также в результате искусственнойотсыпки или намыва различных материалов (техногенные отложения). В процессефизического выветривания образовались крупнообломочные и песчаные грунты.Результатом химического и частично биологического выветривания являютсяминералы, составляющие мелкодисперсную часть пылевато-глинистых грунтов.

2.Составные части грунтов.

В большинстве случаев грунты состоят изтрех компонентов: твердых частиц, воды и воздуха (или иного газа), т. е.составные части грунта находятся в трех состояниях: твердом, жидком илигазообразном. Соотношение этих компонентов обусловливает многие свойствагрунтов.

Если грунт состоит из твердых частиц, все поры междукоторыми заполнены водой, то он является двухфазной системой. В большинствеслучаев в грунте кроме твердых частиц и воды имеется воздух или иной газ, либорастворенный в воде, либо находящийся в виде пузырьков. Такой грунт являетсятрехфазной системой.

В мерзлом грунте, кроме того, содержитсялед. Он придает грунту специфические свойства, которые приходится учитывать,особенно при строительстве в районах распространения вечномерзлых грунтов.Мерзлый грунт является четырехфазной системой. 

В некоторых грунтах присутствуюторганические вещества в виде растительных остатков или гумуса. Наличие дажесравнительно небольшого количества таких веществ в грунте существенноотражается на его свойствах.

3.Виды воды в грунтах и их свойства.

Вода в пылевато-глинистых грунтах в значительнойстепени предопределяет свойства грунта, которые зависят в первую очередь от ееотносительного содержания.

Наличие между частицамипылевато-глинистого грунта связанной воды определяет ее пластичность. При этом,чем толще пленка воды, тем меньше прочность грунта, и наоборот. Изменениетолщины пленок воды приводит к изменению его состояния от почти жидкого дотвердого.

Увлажнение пылевато-глинистого грунтаприводит к увеличению толщины пленок воды между частицами и сопровождаетсяувеличением объемов грунта.

4.Физико-механические свойства грунтов.

Зерновой (гранулометрический) состав. Под зерновым составом содержание по массе группчастиц грунта различной крупности по отношению к общей массе абсолютно сухогогрунта. По данным зернового состава породы может быть получена приблизительнаяхарактеристика водопроницаемости песчаных пород; по тем же данным могут бытьданы оценка возможности вымывания мелких песчаных частиц породы из-подоснования сооружений  и другие приблизительные показатели. На основании данныханализа зернового состава может быть дана оценка пород в качестве материала длябетона, земляных плотин, дамб и др.

Для определения зернового составаприменяются следующие виды анализа:

·       Механический анализ производят путем разделения пород на ряд фракций,которые отличаются диаметром частиц. После разделения на фракции определяютпроцентное содержание частиц каждой фракции в исследуемой породе.

·       Ситовый анализ заключается впросеивании частиц через набор сит с отверстиями различного диаметра. Этотспособ служит для анализа песков.

·       Метод Сабанина, основанный на принципе разделения фракций поскорости падения частиц, взвешенных в спокойной жидкости, служит дляопределения глинистых и пылеватых песчаных пород.

·       Пипеточный метод, принцип которого заключается в отборе пипеткой пробчастиц, не успевших в определенные сроки осесть в процессе отстаивания;применяется для анализа глинистых пород.

·       Ареометрический метод заключается в измерении специальным ареометромплотности взмученных в воде частиц породы, изменяющейся по мере осаждения их вводной среде.

·       Метод Рутковского, основанный на способности глинистых фракций набухать вводе и на различной скорости падения частиц в воде в зависимости от ихразмеров. Пользуясь этим методом, можно выделить в породе три группы фракций:глинистую, пылеватую и песчаную. 

Механический анализприменяется для связных и несвязных пород, имеющих размер частиц не свыше20 мм.

Плотностьипористость породы являются важной физической характеристикой. Плотность породыесть отношение массы породы, включая массу воды в ее порах, к занимаемому этойпородой объему.

Плотностью частицгрунтаназывают отношение массы сухого грунта к объему твердой частиэтого грунта. Плотность частиц грунта у горных пород изменяется в пределах от2,6 до 2,75 г/см3 и для каждой группы пород определяется только ееминералогическим составом. Величина плотности зависит от минералогическогосостава, влажности, пористости.

Пористость породпредставляет собой пустоты или свободные промежутки между минеральнымичастицами, составляющими породу. Пористость n обычновыражают в виде процентного отношения объема пустот к общему объему породы.

Влажностью породыназывают отношение массы воды, содержащейся в порах, к массе сухой породы.Влажность породы является очень важной характеристикой физического состоянияпороды, определяющей ее прочность и другие свойства при использовании винженерных целях.

Пластичностью называютспособность породы изменять под действием внешних сил свою форму, т. е. деформироватьсябез разрыва сплошности и сохранять полученную форму, когда действие внешнейсилы прекратилось.

Деформируемость глинистыхпород под действием давления зависит от их консистенции (относительнойвлажности). Для того, чтобы выразить в числовых показателях пределы влажностипороды, при которой она обладает пластичностью, введены понятия о верхнем инижнем пределах пластичности.

Нижним пределомпластичности называется такая степень влажности глинистой породы, прикоторой глинистое тесто, замешанное на дистиллированной воде, при раскатыванииего в жгутик диаметром в 3 мм начинает крошиться вследствие потери пластическихсвойств.

Верхним пределомпластичности называется такая степень влажности глинистой породы, прикоторой глинистое тесто, положенное в чашку  и разрезанное глубокой бороздой,сливается после трех легких толчков чашки ладонью. При большей степенивлажности тесто течет без встряхивания или при одном или двух толчках.

Набуханиемназываетсяспособность глинистых пород при насыщении водой увеличивать свой объем.Возрастание объема породы сопровождается развитием в ней давления набухания.Набухание зависит от содержания в породе глинистых и пылевых частиц и ихминералогического состава, а также от химического состава воды.

Набухание учитывают пристроительных работах. Явление набухания породы наблюдается в котлованах,выемках, а также при строительстве плотин и водохранилищ, когда изменяютсягидрогеологические условия района сооружений и увеличивается влажность пород засчет вновь поступающей воды.

Усадкой породыназывается уменьшение объема породы под влиянием высыхания, зависящее от  ееестественной влажности: чем больше влажность, тем больше усадка.

Размоканием называетсяспособность глинистых пород в соприкосновении со стоячей водой терять связностьи разрушаться  — превращаться  в рыхлую массу с частичной или полной потерейнесущей способности. Размокание породы имеет большое значение дляхарактеристики ее строительных качеств. Скорость размокания пород определяетстепень ее устойчивости под водой.

Для характеристикиразмокания пород обычноиспользуют два показателя: время размокания, втечение которого образец породы, помещенный в воду, теряет связность ираспадается на структурные элементы разного размера; характер размокания,отражающий качественную картину распада образца породы.

Большая часть пород скристаллизационными ионно-ковалентными структурными связями являетсяпрактически неразмокаемой. В противоположность им дисперсные породы (у них этисвязи отсутствуют) размокают. Плотные суглинки и глины, не размокающие в воде,размываются лишь при длительном воздействии текучей воды. Размокаемые связные породы, характеризующиеся слабыми структурными связями, размываются быстро,причем их размываемость обусловливается сопротивлением размоканию.

Сжимаемость.

Глинистые породы подвлиянием нагрузки деформируются не разрушаясь. Свойства деформациихарактеризуются модулем деформации, коэффициентом Пуассона, коэффициентамисжимаемости и консолидации, модулями сдвига и объемного сжатия.

Деформационные свойствадисперсных грунтов определяются их сжимаемостью под нагрузкой, обусловленнойсмещением частиц относительно друг друга и соответственно уменьшением объемапор, вследствие деформации частиц породы, воды, газа.

При определениисжимаемости грунтов различают показатели, характеризующие зависимость конечнойдеформации от нагрузки и изменение деформации грунта во времени при постояннойнагрузке. К первой характеристике показателей относятся коэффициентуплотнения,  коэффициент компрессии,  модуль осадки<sub/>, ковторой – коэффициент консолидации.

Сцепление.Сопротивление грунтов сдвигу – их важнейшее прочностное свойство, знаниекоторого необходимо для решения инженерно-геологических задач. Под действиемнекоторой внешней нагрузки в определенных зонах грунта связи между частицамиразрушаются, и происходит смещение одних частиц относительно других – грунтприобретает способность неограниченно деформироваться под данной нагрузкой.Разрушение грунта происходит в виде перемещения одной части массива относительнодругой.

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ

В процессе проведенияинженерно-геологических изысканий изучению подлежат грунты как основания, средаили материал будущих сооружений, заключенные в грунтах подземные воды,различные физико-геологические процессы во всех формах их проявления.

1. БУРОВЫЕ РАБОТЫ.

Наиболее трудоемким,дорогостоящим и длительным по времени видом работ при инженерно-геологическихизысканиях являются буровые работы.

1.1. Назначение буровых работ.

 К буровым работамотносятся сооружение скважин инженерно-геологического назначения любогодиаметра и глубины, которое осуществляется преимущественно механическимспособом. Сооружение скважин помимо основного процесса – бурения скважин –включает в себя ряд вспомогательных работ: планировка площадки, монтаж идемонтаж вышки или мачты и другого бурового оборудования, приготовлениепромывочного агента, погружение и извлечение обсадных труб и др.

Под буровой скважинойпонимается горная выработка, имеющая цилиндрическую форму и значительную длину при сравнительно малом диаметре. При инженерно-геологических изысканияхотношение длины к диаметру находится в пределах 0,2 – 0,001.

Буровые скважины наизысканиях проходятся для изучения геологического разреза, отбора образцовгрунта с целью определения его состава, состояния и физико-механическихсвойств.

Задачи, решаемые спомощью бурения, определяют ряд специфических требований к этому процессу. Этитребования существенно отличаются от поисков и разведки полезных ископаемых,изучения и освоения подземных вод.

Сопоставляягеологоразведочное и инженерно-геологическое бурение, необходимо отметить, чтотехническая база для них общая. Однако, располагая общей технической базой,инженерно-геологическое и геологоразведочное бурение преследуют различные целии решают различные задачи. Эти различия сводятся к следующему.

Объектоминженерно-геологического бурения является верхняя часть земной коры,находящаяся в зоне взаимодействия с инженерными сооружениями, для проектированиякоторых и осуществляется это бурение. Средняя глубина инженерно-геологическихскважин составляет 10-15 метров. При геологоразведочном бурении средняя глубинаскважин на порядок выше. Поэтому основной объем инженерно-геологическогобурения осуществляется в нескальных грунтах, геологоразведочного – в скальных.

Образцы (керн),извлеченные в процессе геологоразведочного бурения, изучаются в основном сточки зрения их состава, при инженерно-геологическом бурении в равной мереявляется важным состав поднятых образцов, их состояние и свойства.

Перечисленные особенностипредъявляют к технологии бурения инженерно-геологических скважин дополнительныетребования. В результате инженерно-геологического бурения необходимостьопределения показателей состава, состояния и свойств массива грунта определяетширокое применение грунтоносов для отбора монолитов, что совершеннонехарактерно для геологоразведочного бурения. Сравнительно небольшая глубинапри инженерно-геологическом исследовании делает возможным применение здесьметодов зондирования, которые принципиально не отличаются от бурения. Пригеологоразведочных работах эти методы практически не применяются.

Основными требованиями кскважинам инженерно-геологического назначения являются: 1) получениеисчерпывающих сведений о геологическом и гидрогеологическом строенииисследуемых территорий, 2) получение достаточных и достоверных данных офизико-механических свойствах грунтов, 3) обеспечение возможности производстваопытных работ с должным качеством как в процессе, так и по окончании бурения.

К наиболее важнымособенностям инженерно-геологических скважин могут быть отнесены следующие:

·    небольшая глубина (определяется видом проектируемого сооружения игеологическими условиями);

·    незначительное различие в диаметрах скважин; диаметр скважинопределяется только видом и характером опробования;

·    из скважин производится непрерывный отбор керна, при этом долженобеспечиваться 100%-ный выход керна;

·    из скважин должен производится непрерывный или поинтервальныйотбор образцов (монолитов) грунта со сложением, близким к природному;

·    в скважинах проводятся различные опытные работы, которые повремени бывают более продолжительные, чем сам процесс бурения;

·    по завершении работ в обязательном порядке должен производитсятампонаж скважин с целью ликвидации искусственных каналов и пустот дляциркуляции грунтовых вод;

·    чрезвычайное разнообразие условий бурения скважин, разбросанностьобъектов изысканий.

Это особенности являютсянеобходимыми исходными предпосылками при разработке специализированныхтехнических средств, технологических приемов бурения и организации буровыхработ.

1.2. Типовые конструкцииинженерно-геологических скважин.

Требования к  конструкцииинженерно-геологических скважин состоят в следующем:

1) конструкции скважиндолжны отвечать современному состоянию производства изысканий и возможному ихтехническому прогрессу. В частности, следует учитывать более широкие примененияв изысканиях полевых методов, возможное совершенствование техники и технологииотбора монолитов за счет внедрения нормального ряда грунтоносов, более широкоеиспользование каротажных методов, нового опытно-фильтрационного оборудования.

2) конструкции скважиндолжны учитывать существующие нормативно методические документы (стандарты,СНиПы, инструкции, указания и рекомендации). В соответствии с ГОСТ 12071-72должны использоваться грунтоносы с внутренним диаметром не менее 90мм.Следовательно, диаметр скважин, предназначенных для отбора монолитов, долженбыть не менее 127 мм. В соответствии с ГОСТ 12374-77 площадь штампа дляиспытаний грунтов статической нагрузкой должна быть равна 600см2.поэтому минимальный диаметр скважин для производства таких испытаний долженбыть не менее 325мм.

3) конструкции скважиндолжны учитывать современное техническое оснащение изысканий буровыми станкамии другим оборудованием.

4) конструкции скважиндолжны учитывать возможность применения прогрессивных способов бурения.

1.3. Классификациябуровых скважин.

Основная задачаклассификации состоит в обоснованном и рациональном выделении таких группскважин, которые требуют единых технических способов и средств для их проходки,методов и средств их опробования.

На выбор конструкциискважины, способа бурения, типа бурового станка, инструмента и режима проходкискважины решающее влияние оказывают следующие основные факторы:

-    назначение буровых скважин;

-    проектная глубина бурения;

-    крепость пород и их устойчивость против обрушения стенок;

-    географические условия проведения буровых работ.

Назначение буровых скважин.

По назначению скважиныподразделяются на а) зондировочные, б) разведочные, в) гидрогеологические, г)специального назначения.

Назначениеинженерно-геологических скважин, их диаметры и правила отбора образцовпредставлены в таблице.№1