Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ижевский государственный технический университет

имени М.Т. Калашникова»

Методические указания

к лабораторным работам

По инженерной геологии

для студентов направления 270100 «Строительство»

Часть 2

Построение, оформление и содержание

геологических и инженерно-геологических

карт и разрезов

Ижевск

Издательство ИжГТУ

2014

УДК 624.131.1

Р24

Р е ц е н з е н т В.А. Крутиков, канд. техн. наук, доцент

С о с т а в и т е л ь Репина И.И., старший преподаватель

Рекомендовано к изданию на заседании кафедры «Геотехника и строительные материалы» ИжГТУ (протокол №5 от 15 марта 2014 г.)

Р24

Построение, оформление и содержание геологических и инженерно-геологических карт и разрезов: методические указания к лабораторным работам по инженерной геологии для студентов направления 270100 «Строительство». Часть 2. / сост. И.И. Репина – Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2014. – 40 с.

УДК 624.131.1

В методических указаниях кратко излагаются сведения, необходимые для чтения и анализа инженерно-геологических карт и разрезов для строительного проектирования, а также порядок построения геологического разреза, используя геологическую карту и данные бурения скважин.

Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 270100 «строительство». Может быть использовано бакалаврами данного направления.

©Репина И.И., составление, 2014

©Ижевский государственный технический университет, 2014

Введение.

Предлагаемые методические указания к лабораторным занятиям по инженерной геологии (часть 2) «Построение, оформление и содержание геологических карт и разрезов» включают в себя:

1. Сведения, необходимые для чтения и анализа геологических и инженерно-геологических карт: характеристика основных типов четвертичных (рыхлых) отложений, стратиграфо-генетическая индексация пород;

2. Методика построения геологического разреза, используя геологическую карту, план расположения буровых скважин и данных бурения;

3. Порядок составления краткой пояснительной записки к построенному геологическому разрезу с анализом инженерно-геологических условий строительства, рекомендациями к выбору участка (площадки) строительства (стадия ТЭО).

Построение карты и разреза предполагает познакомить студентов с современным математическим обеспечением и предполагает наличие навыков работы с персональным компьютером. Для построения геологического разреза рекомендуется использование программ AutoCAD и КОМПАС.

1.Типы геологических карт.

Геологическая карта представляет собой проекцию геологических границ слоев горных пород на горизонтальную плоскость. Геологические карты составляют в процессе проведения геологической съемки с использованием естественных выходов горных пород – обнажений, а также буровых скважин, геофизических исследований и др. Их строят на готовой топографической основе в определенном масштабе (топографические карты составляют геодезисты при проведении инженерно-геодезических изысканий) с использованием аэро- и космоснимков.

Карты могут составляться с использованием стратиграфического принципа, при котором изображаются только границы распространения различных возрастных комплексов горных пород. Такие карты называют геолого=стратиграфическими. Породы одного и того же возраста обозначают условными буквенными индексами (Приложение 1) и окрашивают определенным цветом. Например, породы юрского периода (J) – синим, мелового (K) – зеленым цветом и т.д. Стратиграфическая карта обычно сопровождается стратиграфической колонкой, которая отражает порядок напластования пород по возрасту.

Для прикладных целей не менее важны, кроме возраста, сведения о литологическом составе пород. Литологическая карта отражает состав пород (глины, песчаники, известняки). Каждую породу обозначают условным значком – штриховкой (Приложение 2). Составляют и смешанные стратиграфо-литологические карты, на которых возраст пород указан условными цветами, а литологический состав условными обозначениями (рис. 1).

Масштабы и виды геологических карт.

Геологические карты делят в зависимости от назначения и составляют в различных масштабах. Их подразделяют на обзорные (масштаб 1:1 000 000 и мельче), региональные (1:500 000 – 1: 200 000), детальные (1:100 000 – 1:50 000) и специальные (1: 25 000 и крупнее). Обзорные геологические карты характеризуют обширные пространства (стран, материков и всего земного шара) и отражают лишь самые общие черты геологического строения. Региональные геологические карты более полно отражают геологическое строение отдельных регионов (краев, областей, платформ и др.), на детальных и специальных геологических картах показываются особенности геологического строения относительно небольших районов и участков. Эти карты представляют особую ценность для строительства, так как дают геологическую основу территории застройки с большой детальностью.

По своему содержанию различают два основных вида геологических карт: 1) собственно геологические карты, т.е. карты коренных (дочетвертичных0 пород и 2) карты четвертичных отложений.

Карты коренных пород показывают горные породы (характер залегания, литологический состав и т.д.), которые располагаются под четвертичными отложениями и скрыты от прямого наблюдения.

Рис.2. Геологическая карта и разрез по линии А-В:

1– нижний девон, песчаники;

2– средний девон, аргиллиты;

3– верхний девон, известняки;

4– нижний карбон, мергели;

5– неоген-палеогеновые конгломераты;

6– четвертичные аллювиальные пески

Составляются также карты специальные, разного назначения: гидрогеологические, на которых даны материалы о подземных водах территории; карты инженерно-геологические с отображением физико-механических свойств грунтов и т.п.

Изображение на карте выходов горных пород на поверхность земли зависит от формы их залегания и рельефа района.

Простыми являются карты, изображающие горизонтально залегающие породы, на которых молодые пласты слагают возвышенные участки, а более древние обнажаются на низких отметках рельефа (рис.1).

Карты, изображающие дислоцированные (смятые в складки) территории, имеют более сложный вид. Особенно сложные очертания выходов пластов наблюдаются при крутом падении их и при сильно расчлененном рельефе (рис.2). Складчатое залегание изображается в виде различных по форме и ширине полос, симметрично расположенных относительно ядра антиклинали или синклинали (рис. 3).

Рис.3. а – антиклинальная; б – синклинальная складки

на карте и в разрезе

а) б)

При моноклинальном залегании пород выходы их на карте изображаются в виде полос той или иной ширины. Здесь пласты древних пород в направлении их падения сменяются более молодыми.

При разрывных дислокациях выходы пород на карте часто имеют вид полос, но последовательность их расположения иная, чем в предыдущем случае. Представление об этом дает в разрезе в плане рисунок сброса (рис.4). В этом случае на геологической карте (в плане) не будет симметричного изменения характера пород по обе стороны от трещины (черной линии): по одну сторону от нее располагаются древние слои, по другую – более молодые породы.

Наличие дислокаций резко изменяет и усложняет и усложняет инженерно-геологические условия строительcтва: нарушается однородность грунтов основания фундамента сооружений, образуются зоны дробления (разрывы) и трещиноватости, снижается прочность пород, по трещинам разрывов происходят смещения, усиливается циркуляция подземных вод по зонам тектонических трещин и разрывов. В зонах складчатого залегания горных пород (синклиналей и антиклиналей) наибольшая раздробленность пород возникает в центральных частях (ядрах) складок, что обуславливает их интенсивное разрушение и размывание поверхностными водами, образуя в этих местах депрессии (понижения рельефа).

С инженерно-геологической точки зрения наиболее благоприятными местами для строительства является горизонтальное залегание горных пород, где присутствует большая их мощность, однородность состава. Фундаменты зданий и сооружений располагаются в однородной грунтовой среде, при этом создается равномерная сжимаемость слоев под весом сооружения и создается наибольшая их устойчивость.

Рис.5. Случаи геологического строения строительных площадок:

а, б – площадки, благоприятные для строительства;

в – то же, малоблагоприятные; г – неблагоприятные; А – здание

Геологические карты четвертичных отложений.

В нашей стране четвертичные отложения имеют почти повсеместное распространение, отсутствуя лишь на крутых склонах. Значение их для строительства огромное, так как породы этого возраста наиболее часто служат основанием различных инженерных сооружений и широко используются как строительный материал.

На геологических картах четвертичных отложений выделяют различные генетические типы горных пород (ледниковые, озерные, речные и др.), которые обозначаются буквенными индексами (табл.1). Например, индекс lQ₁ означает озерные нижнечетвертичные отложения.

Таблица 1.

Генетические типы четвертичных отложений

Тип отложений	Индекс	Тип отложений	Индекс
Аллювиальные (речные отложения)	а	Морские (отложения берегов морских бассейнов)	m
Озерные (отложения озерных котловин)	l	Ледниковые (гляциальные) – отложения неотсортированного обломочного материала	g
Делювиальные (отложения дождевых и талых вод на склонах и у подножья возвышенностей)	d	Флювиогляциальные (водно-ледниковые) – отложения талых ледниковых вод	f
Пролювиальные (отложения временных водотоков в горных районах)	p	Элювиальные (рыхлые продукты выветривания, оставшиеся на месте образования)	e
Аллювиально-пролювиальные	ap	Элювиально-делювиальные	ed
Эоловые (ветровые отложения)	eo	Техногенные	t

Возраст четвертичных отложений обозначаются буквой Q. К этой букве в индексе добавляется цифра, обозначающая номер отдела или эпохи (Q₁ – древняя эпоха (нижнечетвертичные отложения), Q₂ – средняя эпоха (среднечетвертичные отложения), Q₃ – новая эпоха (верхнечетвертичные отложения), Q₄ – современная эпоха (современные отложения), а также буквы, указывающие на генетический тип породы.

Из отложений этого возраста в нашем регионе особенно широко распространены те, которые образовались в результате выветривания коренных пород и смыва этих отложений плоскостными потоками атмосферных осадков, речные отложения, а также болотные отложения, характерные для пойм речных долин.

Элювий – это продукты выветривания скальных пород, которые образовались за счет растрескивания, разуплотнения, измельчения исходных пород и остались на месте своего образования. Состав этих отложений зависит от состава материнских пород и степени их выветрелости. Могут быть представлены различными грунтами – от глинистых до крупнообломочных. Элювиальные грунты отличаются сложным строением и пространственной изменчивостью. Их нижняя граница неровная и, в связи с различной активностью агентов выветривания, может образовывать своеобразные «карманы» в нижележащей толще пород. Относятся к специфическим неблагоприятным для строительства грунтам. Для предотвращения выветривания и улучшения свойств этих грунтов предусматривают различные технические и мелиоративные мероприятия.

Делювий – это породы, образовавшиеся в результате плоскостного смыва на склонах, покрывает все склоны и их подошвы. Обычно представлены песчано-глинистыми образованиями с включением гальки и щебня. В строительной практике отмечены многочисленные случаи оползневых смещений делювиальных отложений при искусственной подрезке нижней части склона. В целом они отличаются недостаточной устойчивостью и рыхлостью.

Пролювий – это отложения временных потоков, образующиеся вблизи устьев балок и оврагов. Они характеризуются плохой сортированностью и слабой окатанностью материала и обычно состоят из крупнообломочных пород с примесью песка и глины.

Аллювием называются отложения рек и ручьев, образующиеся на дне речных долин, балок и оврагов в результате сноса и накопления рыхлых продуктов выветривания горных пород. Аллювий состоит преимущественно из песков и галечников различной степени окатанности и в меньшей степени – из супесчано-суглинистых пород. Для него характерна косая слоистость, которая возникает в результате изменения направления водной струи. Различают русловой и пойменный аллювий, последний отличается более мелким материалом и нередко представлен суглинками. Аллювием сложены речные террасы и русла.

Русловой аллювий равнинных рек характеризуется преобладанием песчано-гравийного материала. Эти отложения имеют достаточно плотное сложение, высокую водопроницаемость и являются практически несжимаемыми грунтами при нагрузках, возникающих в строительстве. Это надежные основания для сооружений.

Пойменный аллювий формируется в период паводка и половодий и представлен обычно суглинками, супесями, глинами с включением прослоев и линз песков. Все слои отличаются невыдержанностью по составу и свойствам и могут обладать различной сжимаемостью. Более благоприятны для строительства отложения низких и особенно высоких террас.

Наихудшими строительными свойствами обладают старичные отложения, представленные водонасыщенными илами.

Биогенные (органо-минеральные и органические) грунты – осадки, образованные в водной среде, располагаются в речных долинах, на низких берегах морей, озер, водохранилищ, в пониженных частях рельефа. Все органоминеральные грунты высокопористы и водонасыщены. К органо-минеральным грунтам относятся илы, сапропели и заторфованные грунты, а к органическим – торф.

Ил – водонасыщенный современный (или древний) осадок дна водоема в виде песчано-пылевато-глинистых масс с органическим перегноем (гумусом). Окраска черная, масса рыхлая, количество воды превышает содержание минеральной части. Ил следует считать начальной стадией формирования глинистой осадочной породы.

Сапропель – пресноводный озерный ил с большим содержанием органического вещества. По составу сапропели бывают известковистые, кремнеземистые и детритовые. Для сапропелей характерно переслаивание органического материала с песком и глиной.

Торф (представитель органических грунтов) – сложен из неполно разложившихся болотных растений с примесью песка, пылеватых и глинистых частиц. Окраска темно- коричневая.

Строительство на органо-минеральных и органических грунтах по причине их высокой сжимаемости под нагрузками, малой прочности, наличию природных газов и других специфических особенностей, возможно только после инженерной подготовки территории.

Эоловые отложения – тонкозернистые песчаные, пылеватые и глинистые частицы, перемещенные и накопленные в процессе деятельности ветра. Образуют дюны, барханы в прибрежных районах и зонах пустынь и полупустынь.

Среди эоловых (ветровых) отложений выделяются лессовые (нем. Loss – рыхлый, несвязный) – специфические просадочные пылевато-глинистые грунты, которые при замачивании дают просадку (дополнительную вертикальную деформацию). В отличие от обычной осадки, просадка приводит к коренному изменению структуры грунта за счет разрушения водонеустойчивых структурных связей между частицами и уменьшения пористости. Эти грунты покрывают плоские водоразделы, их склоны, высокие речные террасы, занимая значительные площади. При строительстве на просадочных лессовых грунтах необходимо предусматривать комплекс мелиоративно-технических мероприятий по устранению просадочных свойств грунтов, а также конструктивные и водозащитные мероприятия.

Ледниковые моренные образования представлены супесями, суглинками и глинами, содержащими различное количество дресвы, гравия и гальки (валунные суглинки и глины), внутри которых характерно наличие внутриморенных линз водонасыщенных песков, которые увеличивают неоднородность строения моренных толщ и уменьшают их устойчивость в стенках котлованов. В целом грунты обладают высокой плотностью и значительной водопрочностью, в результате чего считаются надежными основаниями для самых ответственных и тяжелых сооружений.

Инженерно-геологические карты.

Инженерно-геологической картой называется графическое изображение важнейших инженерно-геологических факторов в пределах изучаемой территории, подлежащих учету при проектировании, строительстве, эксплуатации сооружений и осуществлении других инженерных мероприятий. По данным инженерно-геологической съемки, в процессе которой изучаются геологические, геоморфологические и гидрогеологические условия, составляются инженерно-геологические карты и разрезы.

Составляются три типа инженерно-геологических карт: карты инженерно-геологических условий, карты инженерно-геологического районирования и инженерно-геологические карты специального назначения.

Карту инженерно-геологических условий составляют для всех видов наземного строительства, ее используют для общей оценки природных условий, в которых проектируется строительство. Эти карты могут быть частными, отражающими закономерности изменения отдельных инженерно-геологических факторов (трещиноватости, просадочности и др.) и общими, характеризующими все естественные факторы инженерно-геологических условий территории, но не дающими их суммарной оценки (рис.6).

Условные обозначения.

Поверхностные отложения:

1– современные и верхнечетвертичные отл-я, суглинки со щебнем;

2– современные четвертичные отложения; супеси со щебнем;

3– современные четвертичные отложения, пески с гравием;

4–четвертичные отложения, пески с гравием и валунами. Наклон штриховки показывает мощность поверхностных отложений. Вертикальная штриховка – мощность от 0 до 3м; наклонная – от 3 до 6м; горизонтальная – более 6м.

Геоморфологические элементы:

5– бровка водораздельного плато;

6– бровка II-ой надпойменной террасы;

7– бровка I-ой надпойменной террасы;

8– тектонический разломы, затрагивающие коренную основу.

Области развития современных геологических процессов:

9– площади развития многолетней мерзлоты;

10– курумы;

11– гидроизогипсы глубин залегания грунтовых вод от поверхности земли;

12– площадь распространения 2-го от пов-ст земли водоносного горизонта в девонских отложениях.

Рис.6. Карта инженерно-геологических условий

Условные обозначения:

I – границы региона и его номер;

I-А – границы области и ее показатель;

• границы инженерно-геологических районов.

Регион I – Водораздельное плато. Высота поверхности от 130 до 140м

Область А – суглинки лессовидные, легко размываемые, просадочные.

Регион II – Верхняя часть склона возвышенности. Высотные отметки от 70 до 120м

Область А – суглинки лессовидные макропористые, просадочные;

Область Б – кварцевые пески мелко-и разнозерничтые рыхлые.

Регион III – Нижняя пологая часть возвышенности – денудационная ступень. Высотные отметки от 30 до 70 м.

Область А – суглинки лессовидные лессовидые разнообразные по составу просадочные

Рис.7. Карта инженерно-геологического районирования

Карту инженерно-геологического районирования составляют как для общих, так и специальных целей на основе общности инженерно-геологических условий отдельных частей территории с выделением на ней таксономических подразделений – регионов, областей, районов и т.д., – число возрастает по мере увеличения масштаба; при детализации можно выделять районы, участки и т.д. (рис.7).

Специальные инженерно-геологические карты составляют применительно к требованиям конкретного объекта строительства или несколько однородных его видов. На них дается оценка инженерно-геологических условий территории и прогноз инженерно-геологических явлений. Для районов сос сложным геологическим строением рекомендуется составлять вспомогательные карты, характеризующие отдельные элементы инженерно-геологических условий, например: оползневые, карстовые, геоморфологические, гидрогеологические, карты-срезы на определенной отметке, карты мощностей пород и т.д.

Каждая инженерно-геологическая карта состоит из собственно карты, условных обозначений, инженерно-геологических разрезов и пояснительной записки. Кроме этого составляется сводная инженерно-геологическая колонка с инженерно-геологическими характеристиками горных пород. В приложении к тексту пояснительной записки дается каталог опорных выработок, показанных на карте.