методичка по геологии

Продолжение табл.8.4

Пример выполнения задачи 8.0:

2. В шурфе, пройденном в контуре будущего сооружения, выполнялись испытания грунтов статическими нагрузками на штамп площадью 0,5 м2. При этом фиксировалась осадка штампа S (мм) и среднее давление p под подошвой штампа (МПа). Постройте график зависимости S=f(p) и по нему определите модуль деформации грунтов Е (МПа). Варианты заданий представлены в табл.8.5.

61

Таблица 8.5

Построим график зависимости осадки от удельного давления S=f(p):

Далее вычисляем значение модуля деформаций по формуле:

где k – безразмерный коэффициент, зависящий от материала штампа и его формы; принимаем для круглых штампов равным 0,8; d – диаметр штампа; - коэффициент Пуассона; p – приращение среднего давления по подошве штампа;

s – приращение осадки штампа при изменении давления на p.

62

Значение p определяют графически в пределах условно прямолинейного участка графика. Началом участка является точка на графике, соответствующая природному давлению. За конечные значения рк и Sк — значения рi и Si соответствующие четвертой точке графика на прямолинейном участке.

Если при давлении рi приращение осадки будет вдвое больше, чем для предыдущей ступени давления рi-1, а при последующей ступени давления рi+1 приращение осадки будет равно или больше приращения осадки при рi, за конечные значения рк и Sк следует принимать рi-1 и Si-1. При этом количество включаемых в осреднение точек должно быть не менее трех. В противном случае при испытании грунта необходимо применять меньшие ступени давления.

Для вычисления p на графике находим опытную точку 1, соответствующую полной осадке штампа при природном давлении грунта pпр на глубине установки штампа Н.

Точка 1. p1 = pпр = 2,5 (м) = 50 кПа = 0,05 МПа => s1=0,95мм.

Затем обозначают на графике следующие точки 2, 3, 4, 5, 6 полученные при последующих ступенях нагружения. Точка 4 соответствует давлению 0,2 МПа (см.таблицу).

Точка 4. p4=0,2МПа => s4=6,3мм.

Поскольку приращение осадки штампа при давлении 0,2 МПа не превышает двойного приращения осадки за предыдущую ступень нагружения (0,15МПа): Δs4=1,95 < 2Δs3=3,4мм, за конечное давление рк можно принять 0,2 МПа.

2. На рис. 8.1 представлены результаты статического зондирования зондом диаметром 36 мм с регистрацией удельного сопротивления грунта под конусом зонда q и сопротивления грунта по боковой поверхности зонда f.

В пределах заданных литологических слоев по варианту определите среднее значение qЗ и fЗ и произведите оценку следующих показателей грунтов:

для песков – угол внутреннего трения φ, модуль деформации Е, плотность сложения;

для глинистых грунтов – угол внутреннего трения φ, удельное сцепление с, модуль деформации Е и показатель текучести IL.

Варианты заданий

63

9. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ.

При устройстве зданий и сооружений в условиях городской застройки, как само возводимое сооружение, так и окружающий массив грунта и расположенные в его пределах уже построенные инженерные объекты испытывают существенное взаимное влияние. В процессе устройства и последующей эксплуатации такого сооружения окружающий массив (объекты) неизбежно испытывает комплекс дополнительных нагрузок и воздействий различной природы, характер интенсивности, длительности действия и зоны «активного» влияния. Условно можно отнести эти нагрузки к трем группам (по времени, природе воздействия и зоне влияния).

«Технологические воздействия» - связанные с дополнительными нагрузками

ивоздействиями, возникающими в процессе производства строительномонтажных работ. Их параметры очень зависят от применяемой технологии. К таким воздействиям можно отнести: динамические нагрузки на основание при работе механизмов; временное изменение уровня грунтовых вод, направлений и градиентов фильтрационных потоков в результате строительного водопонижения; возможные изменения напряженно-деформированного состояния в локальных участках массива и локальные смещения грунта в ходе производства проходки скважин, траншей, котлованов и др., частичные промерзания грунтового массива

идр.

«Геомеханические» воздействия - нагрузки и воздействия, связанные с изменением напряженно-деформированного состояния значительной части массива в результате разгрузки его части от устройства котлована и дальнейшей нагрузки от веса построенного сооружения. Эти нагрузки действуют в период возведения сооружения и их последствия (с учетом реологических процессов) проявляются еще в течении некоторого периода времени после окончания строительства.

«Экологические» нагрузки и воздействия, связанные с техногенным изменением окружающей среды – проявляются в течение строительства, эксплуатации и после эксплуатационный период и характеризуются существенно большей зоной влияния, но, как правило, меньшей интенсивностью. К ним можно отнести: изменение режима грунтовых вод в районе сооружения, развитие суффозионных процессов, изменение интенсивности химического загрязнения, активизация коррозионных процессов.

Для прогноза поведения грунтов основания, зданий и сооружений во время эксплуатации необходимо дать оценку влияния неблагоприятных инженерногеологических процессов и комплекса вышеприведенных дополнительных воздействий на условия их работы. Кроме этого необходимо прогнозировать возможность изменения геологической среды под влиянием строительства и эксплуатации сооружений, негативно влияющих на геологическую обстановку застроенной территории.

Прогноз при инженерно-геологические изысканиях для разработки предпроектной документации следует осуществлять, как правило, в форме качественного прогноза, при инженерно-геологических изысканиях для разработки проекта, как правило, в форме количественного прогноза.

65

1. ПОДХОДЫ К КАЧЕСТВЕННОМУ ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ОПАСНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

1.Анализ знаковых моделей.

2.Сравнение с эталонами.

3.Историко-геологический анализ.

4.Экспертные оценки.

АНАЛИЗ ЗНАКОВЫХ МОДЕЛЕЙ

Анализ знаковых моделей может производиться на разрезах, трехмерных изображениях, но чаще всего это различные инженерно-геологические карты. На карте оконтуривают места опасных проявлений процессов, в основном поверхностных. Выделение зон производится на основе закономерностей, характерных для данных территорий.

застроенные участки по состоянию на

1966 г.

карстовое озеро

карстовая котловина

старая карстовая воронка, диаметром от 25 до 100 м*

то же, диаметром от 5 до 25 м*

свежий карстовый провал с указанием года его образования и диаметра*

контур мест возможного проявления карстовых явлений

Рис.11.1. Расположение застроенного участка относительно поверхностных карстовых проявлений

СРАВНЕНИЕ С ЭТАЛОНАМИ

Суть метода сводится сравнение данных с некоторыми эталонами. К примеру, можно привести график для оценки возможности развития суффозии. При определенных значениях коэффициента неоднородности песков можно выделить область разрушающих и безопасных градиентов напора.

66

ГРАФИК ДЛЯ ОЦЕНКИ ВОЗМОЖНОСТИ РАЗВИТИЯ СУФФОЗИИ

I

Рис. 11.2. График для оценки возможности развития суффозии.

I-градиент фильтрационного потока, KН = d60 / d10 - коэффициент неоднородности песка (d60- контролирующий диаметр частиц, d10 –эффективный диаметр частиц)

ИСТОРИКО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Историко-геологический анализ сводится к восстановлению хода событий, истории (движение назад). На основе анализа исторических данных производится прогноз опасных процессов в будущем.

Скважина Насыпные песчано- и ее номер глинистые грунты

Аллювиальные

пески

Подошва

маркирующего слоя супесей

Рис. 11.3. Схема для проведения историко-геологического анализа.

67

ЭКСПЕРТНЫЕ ОЦЕНКИ

Данный метод представляет собой применение при прогнозировании опасных процессов коллективных экспертных оценок с дальнейшей обработкой результатов по значимости различными методами. К примеру можно привести качественное прогнозирование карстовых процессов на территории г.Москвы.

II Тур опроса от 20 до 30 экспертов с обработкой полученных результатов методом Дельфы

2. МЕТОДЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОДИНАМИКЕ

При проектировании или выборе защитных мероприятий необходимо знать количественную характеристику (размер провалов и др.) процессов.

вание

Рис. 11.4. Области совместного использования различных прогнозных методов:

1 – факторный анализ; 2 – использование в расчетных формулах эмпирических, коэффициентов, выведенных путем статистической обработки или параметров геологического

68

процесса, замеренных в натуре; 3 – выработка детерминированных прогностических решений на основе качественной картины эксперимента; 4 – использование в расчетных формулах эмпирических коэффициентов, выведенных путем статистической обработки данных серии экспериментов; 5 – статистическая обработка данных серии экспериментов; 6 – прогнозная экстраполяция данных серии экспериментов; 7 – спектральный и тренданализы; 8 – пересчет экспериментальных данных для натуры при моделировании в уменьшенном масштабе.

ЭКСТРАПОЛЯЦИЯ

Варианты экстраполяции данных стационарных наблюдений для прогноза развития оползневого процесса.

СТАТИСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ

Метод основан на специальной статистической обработке данных различных полевых испытаний. На рис. 11.5 рассмотрено определение местоположения ожидаемого карстового провала в промышленной зоне. Прогноз осуществлен за 2 года до образования свежего провала – в 1994г. Способ включает в себя специальную статистическую обработку данных статического зондирования.

Рис. 11.5. Инженерно-геологическая карта промышленной зоны

69

ДЕТЕРМИНИРОВАННЫЕ МОДЕЛИ

Метод основан на применении математических моделей в виде формул или математических зависимостей. На рис. 11.6 рассмотрена модель провалообразования, вызванного прорывом псевдоплывуна в подземную горную выработку на ул.Большая Дмитровка г.Москвы в 1998г. Последствием провалообразования стало разрушение двухэтажного здания. Далее приводятся прогнозные формулы для данного случая, по которым с достаточной точностью были подсчитаны размеры провала.

Рис. 11.6. Расчетные схемы и прогнозные формулы развития провалообразования.

ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Метод физического моделирования основан на проведении в лабораторных условиях различных испытаний. В зависимости от прогнозируемого процесса могут применяться различные экспериментальные установки. На рисунке рассмотрена установка для моделирования экзогенных геологических процессов, скрытых от прямого наблюдения. В данном случае для моделирования суффозионного процесса на конкретной местности.

70