МЕТОДИЧКА ГЕОЛОГИЯ ЗЕЛЕНКОВОЙ 2011г

УДК624.131.1(075.4)

Рецензент кандидат геолого-минералогических наук Л. В. Кислицын (СПбГАСУ)

Инженерная геология: метод. указания / сост.: Н. И. Зеленкова, В. А. Челнокова; СПбГАСУ. – СПб., 2011. – 58 с.

Приведенызаданияиметодическиеуказаниядлявыполненияконтрольной работы по курсу «Инженерная геология».

Предназначены для студентов специальности 270205 – автомобильные дороги и аэродромы (безотрывной формы обучения).

Табл. 14. Ил. 17. Библиогр.: 8 назв.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительныйуниверситет,2011

Предисловие

Автомобильные дороги (АД) – сложные комплексные сооружения. В этот комплекс входят:

1)дорожное полотно (в насыпях, выемках, нулевых отметках), включающее проезжую часть, обочины и кюветы;

2)сложные искусственные сооружения: подпорные стенки (для защиты откосов/склонов от гравитационных процессов); различные мостовые переходы (мосты, путепроводы, акведуки, виадуки и т. п.);

тоннели и водопропускные сооружения;

3)карьеры песчаных и каменных материалов (для устройства насыпей, дорожной одежды) и кавальеры (резерв).

Для составления обоснованного проекта автомобильной дороги необходимо:

1)выбратьоптимальныйплантрассывпределахданнойтерритории, ориентируясь главным образом на рельеф;

2)выяснить пригодность местныхгорных пород/грунтов для возведения насыпей и разведать карьеры для добычи песчаных или каменных материалов;

3)выявить участки возможного развития экзогенных процессов (морозногопучения,наледей,оползней,обвалов,селевыхпотоков,карста, эрозионного/абразионного подмыва и др.);

4)определить углы заложения откосов в насыпях/выемках и установить необходимость возведения подпорных стенок;

5)изучитьнесущуюспособностьгрунтовподфундаментамиподпорных стенок и опор мостов, а также под дорожным полотном.

Этии другие задачирешаются с помощью информации, получае-

мой в процессе инженерно-геологических изысканий (ИГИ).

Инженерно-геологические изыскания проводят соответственно этапампроектированиядлявсехвидовстроительства:первый–«пред-

проектная документация», второй – «проект», третий – «рабочая до-

кументация». Однако эти этапы реализуют редко, как правило, для

дорог в неосвоенных районах или для участков со сложными условиями. В большинстве случаев проектирование ведется в два этапа: «проект» и «рабочая документация». Дороги местного значения в простых

или средней сложности условиях проектируют в один этап, совмещая «проект» и «рабочую документацию» (так называемый технорабочий проект).

Техническое задание на производство инженерно-геологических изысканий составляет заказчик. На основе технического задания исполнитель составляет программу изысканий, согласованную с заказчиком, и после окончания всех намеченных работ передает заказчику технический отчет, содержащий текстовую, графическую, цифровую и иные формы информации. Эта информация используется при проектировании и производстве строительных работ.

Исходя из изложенного очевидно, что и проектировщик, и строитель должны обладать некоторым объемом знаний в области «Инженерной геологии».

Методические указания к разделам дисциплины «Инженерная геология»

При изучении инженерной геологии необходимо уяснить, что любойстроительныйобъектвзаимодействуетсприроднойсредой,важнейшей составляющей которой является геологическая среда. Основные компоненты геологической среды: рельеф, горные породы/грунты,подземныеводы,геодинамическиепроцессы.Этикомпонентывлияютнаусловиястроительства,исами,всвоюочередь,могутизменяться в процессе строительных работ и последующей эксплуатации сооружения.

Раздел 1. РЕЛЬЕФ ТЕРРИТОРИИ И ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

При ознакомлении с данным разделом следует иметь в виду следующее:

1)от формрельефаиего генетическихтиповзависят:планипрофиль дороги; объемы земляных работ; устойчивость и долговечность земляного полотна и искусственных сооружений; необходимость устройства искусственных сооружений;

2)за период строительства и последующей эксплуатации объектов возможны изменения рельефа за счет: подмыва берегов рек, морей (эрозия, абразия); перемещения русла в плане (меандрирование); перемещения дюнных гряд, барханов; возникновения и роста оврагов; формирования конусов выноса при сходе селевых потоков и др.

Типы рельефа. В целом выделяют равнинный, холмистый и гор-

ный рельефы. Впределах каждого изних возможны различные формы

ипоказатели расчлененности.

Положительные формы: плато, гряды, увалы, холмы; отрица-

тельные формы: котлованы, долины, балки, овраги и др. Показатели расчлененности рельефа: абсолютные высоты, разность высот поверхности и углы ее наклона.

Генетическиетипы формрельефа:речные/аллювиальные (доли-

ны, старицы, террасы,аллювиальныеравниныидр.),временныеводотоки (овраги, ложбины, конусы выноса и др.), ледниково-речные (зандровые долины, озы), ветровые/эоловые (дюны, барханы, гряды, котлованы),карстовые(воронки,понорыидр.),морские(уступы,террасы, береговые валы).

Размеры форм рельефа: крупные формы – макрорельеф (расчлененностьпоглубинеот200 иболее м,изображаетсянакартах масштаба 1:100000 и мельче; средние формы – мезорельеф (глубина расчлененности до 200 м), изображаются на картах масштаба 1:50 000; мел- киеформы–микрорельеф(расчлененностьнесколькометров,площадь не более десяти квадратных метров), изображаются на картах масштаба 1:5000÷1:10 000 на 2-м этапе изысканий, «Проект», очень мелкие формы наносят специальными знаками на топографической карте.

Материал изучается самостоятельно. Литература: [1, с. 125–134]; [2]; [6, с. 22–31].

Раздел 2. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ / ГРУНТЫ

При изучении этой темы необходимо уяснить, что в дорожном строительствегорныепородыявляютсяодновременнооснованиемдля дорожного полотна, для фундаментов подпорных стенок и мостовых опор, средой для тоннелей, а также строительным материалом для дорожной одежды и насыпей.

Для каждого из этих случаев могут быть использованы различныеотраслевые,частныеклассификациигорныхпород,новсеонибазируются на генетической классификации горных пород (магматические, осадочные, метаморфические). В случаях, когда горные породы изучаются как основания зданий и сооружений, их называют грунтами.

1.Понятия«горнаяпорода»и«минерал».Классификациягорных пород и минералов по генезису: магматические, осадочные, метаморфические. Классификация минераловпо химическомусоставу. Основные классификационные признаки горных пород: структура, текстура, химический и минеральный состав в пределах каждой группы пород. Влияние этих признаков на прочность, стойкость к внешним воздействиям, анизотропность свойств.

Материал изучается на лабораторных занятиях и самостоятель-

но. Литература: [1, с. 36–95]; [8].

2. Понятия о геологическом возрасте и строении массива горных пород.

Эти сведения необходимы для ясного понимания геологического разреза.

Геохронологическая шкала (буквенные и цифровые индексы). Следуетзнать,что всепородыдревнеечетвертичного возрастанезависимо от их генезиса и состава называют коренными.

Основные формы залегания магматических, метаморфических

иосадочных пород. Следует знать, что массивы магматических пород имеют ослабленные зоны, связанные с тектоническими трещинами

ипроцессами выветривания, а массив/толща осадочных пород может быть неоднородным за счет: чередования слоев, прослоев и линз различного состава и прочности;выклинивания слоев; обводнения (наличия водоносных зон и горизонтов) и др. Условия залегания слоев мо-

гут быть ненарушенными или нарушенными (моноклинальные, синклинальные, антиклинальные, с разрывными тектоническими нарушениями).

Материал изучается на лекциях и самостоятельно. Литература: [1, с. 95–97; 45–46; 53–55; 87–88].

3. Горные породы как грунты.

Классификация грунтов. ГОСТ 25100–95. Грунты. Классифика-

ция. Характер структурных связей в пределах выделенных классов (скальных, дисперсных, мерзлых, техногенных). Скальные грунты: показателиосновныхсвойствисостояния(прочность,размягчаемость, проницаемость, выветрелость, трещиноватость).

Дисперсные грунты как многофазная, полидисперсная система: основные фазы (твердая, жидкая, газообразная); их характеристика и влияние на свойства грунта; основные фракции (крупнообломочная, песчаная, пылеватая, глинистая); их минеральный состав и основные свойства. Гранулометрический состав дисперсных (связных и несвязных) грунтов, определение их номенклатуры по ГОСТу. Показатели физическихсвойств:влажность,плотность,удельныйвес,пористость, степень водонасыщения, оптимальные влажность-плотность; показатели состояния: консистенция глинистых грунтов, характерные влажности, число пластичности; плотность сложения песчаных грунтов. Показатели механических свойств грунтов: деформационные (сжимаемость), прочностные (сопротивление сдвигу). Водные свойства: водопроницаемость, капиллярность, влажность, водоустойчивость (раз- мокание,набухание-усадка).Органо-минеральныеиорганическиегрун- ты (торф, илы, заторфованные), особенности их состава и свойств. Мерзлые грунты: особенности состава, состояния и свойств.

Материал изучается на лекциях и самостоятельно. Литература: [1, с. 170–193; 201–211; 221–227; 242–250].

4. Генетические типы дисперсных грунтов.

Необходимо иметь представление о способах формирования отложений четвертичного возраста и связанных с этим особенностях их состава, состояния и свойств.

Грунты четвертичного возраста разделяют по генезису: на элювиальные,делювиальные,эоловые,аллювиальные(русловые,пойменные, старичные),пролювиальные;грунтыледниковогокомплекса(озер- но-ледниковые/лимногляциальные, водно-ледниковые/флювиогляци- альные, моренные); болотные отложения; современные морские.

Следует принимать во внимание, что дисперсные грунты одина- ковойноменклатуры–песчаные, глинистые (супеси, суглинки, глины)– могут существенно различаться по составу и свойствам в зависимости отихгенезиса. Например,пескиэоловыеобычномелкие,однородные, рыхлого сложения, а пески моренные – крупные или средние, весьма неоднородные, плотные. Глинистые грунты, например суглинки, различаются по консистенции: озерно-ледниковые суглинки, как правило, находятся в мягкоили текучепластичном состоянии, а моренные суглинки чаще всего в тугопластичном состоянии.

Материал изучается на лекциях, лабораторных занятиях и само-

стоятельно. Литература: [1, с. 205–221]; [7, с. 228–238].

Раздел 3. ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ

Подземные воды (ПВ) изучает наука гидрогеология (не путать сгидрологией!)Условияназастраиваемойтерритории,обусловленные комплексом особенностей подземных вод, называются гидрогеологи-

ческими.

ДлястроительстваАДвлияниеПВможетпроявлятьсянапрямую, ухудшая свойства грунтов под дорожным полотном (снижается их несущаяспособность,динамическаяустойчивость).Влияниеможетбыть косвенным:ПВпровоцируютразвитиеопасныхгеологическихпроцессов (морозное пучение, суффозия, карст, оползни и др.) как непосредственно под дорожным полотном, так и в прилегающей к нему зоне, что в конечном счете нарушает устойчивость полотна.

Происхождение подземных вод. Понятие о водоносных слоях/горизонтах,зонах.КлассификацияПВпоусловиямихзалеганиявтолще грунтов: верховодка, грунтовые воды, межпластовые воды, трещиннокарстовые и трещинно-жильные; подземные воды зоны вечной мерзлоты. Карты гидроизогипс и их практическое значение. Классифика-

ция ПВпо гидравлическомупризнаку(безнапорные, напорные). Классификация ПВ по химическому составу и температуре. Агрессивные и коррозионные свойства воды. Связь подземных вод с водами поверхностныхводоемов. ПонятиеодренажеПВ. Законыдвиженияподземных вод. Закон Дарси. Понятие о коэффициенте фильтрации. Виды водозаборных сооружений и приток воды к ним.

Материал изучается на лекциях и самостоятельно. Литература: [1, с. 282–322].

Раздел 4. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

При изучении данного раздела необходимо четко представлять следующее:

1.В чем заключается сущность каждого конкретного процесса.

2.При каких условиях он может развиваться.

3.Каковы возможные последствия его развития.

4.Способы его предотвращения или активной защиты.

Следует иметь в виду, что процессы могут развиваться быстро и иметь катастрофический характер (землетрясение, крупные оползни, селевые потоки и др.) или же их масштабы и интенсивность могут быть менее значительными, но зато такие процессы развиваются длительно (морозное пучение, суффозионный вынос, набухание и др.). В любом случае учет возможных последствий необходим при проектировании и строительстве дорожного полотна и инженерных сооружений, сопутствующих дороге.

Геологические процессы, связанные с климатическими факторами: выветривание; эоловые/ветровые (развевание, навеивание), криогенные/мерзлотные (морозное пучение, наледи, бугры пучений, просадки при отттаивании, термокарст, солифлюкция).

Геологические процессы, связанные с действием поверхностных вод:плоскостнаяэрозия,овражнаяиречная(доннаяибоковая)эрозия, селевые потоки, абразия; болота и заболачивание.

Геологические процессы, связанные с действием подземных вод: карст, суффозия (механическая и химическая), плывуны и тиксотропия, просадок в лёссовых грунтах.

Геологическиепроцессы,связанныесдействиемгравитационных сил: оползни, обвалы и осыпи, лавины, солифлюкция.

Геологические процессы, связанные с действием тектонических сил: современные тектонические движения земной коры; землетрясения (причины, оценка по шкалам МSK-64 и шкале Рихтера, сейсмическое микрорайонирование, сейсмодислокации).

Материал изучается самостоятельно. Литература: [4, гл. III–IX, XI–XII]; [1, с. 335–429].

Раздел 5. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

По трассе автомобильных дорог могут чередоваться участки с различными инженерно-геологическими условиями (ИГУ): просты-

ми, средней сложности и сложными. Критериями оценки сложности являются (по СП 11-105–97) рассмотренные ниже следующие факторы:рельеф,геологическоестроение,гидрогеологическиеусловия,геодинамические процессы. Существуют также и отраслевые классификации ИГУ.

Для выяснения уровня сложности трассы на отдельных участках проводят инженерно-геологические изыскания (ИГИ) – это комплекс различных видов работ, использование которых зависит от этапа проектирования и сложности ИГУ. Перечень работ при изысканиях регла-

ментируется СНиП 11-102–96 и СП 11-105–97.

Виды работ, входящих в состав ИГИ (перечислить). Виды разведочных выработок (скважины, шурфы и др.), их размещение в плане, расстояниемеждуними, необходимаяглубинапроходкипотребовани- ямСП11-105–97;основныеинформационныематериалы,получаемые с помощью разведочных выработок.

Полевыеметодыопределенияфизико-механическихсвойствгрун- тов и характеристик водоносных горизонтов (испытания в шурфах штампом и сдвиги целиков; испытания в скважинах (прессиометром и крыльчаткой; опытные наливы и откачки в шурфах и скважинах).

Лабораторные методы определения состава, состояния и физикомеханических свойств грунтов.

Геофизические методы, используемые для выявления особенностей геологического строения массива/толщи грунтов (электроразведка, сейсморазведка, георадар, радиоизотопные методы и др.). Задачи этих методов иобласть применения. Достоинства и недостатки. Методы статического и динамического зондирования грунтовой толщи и насыпных/намывных территорий.

Технический отчет по материалам инженерно-геологических изысканий.

Материал изучается самостоятельно. Литература: [5, с. 345–39]; [3 п. 7.10; 7.12; 8.12; 8.15]; прил. 9, п. Б, В, Д, Е, Ж, И.

Задания для выполнения контрольной работы

Контрольная работа содержит пять заданий, каждое из которых имеет 24 варианта. Номер варианта студент получает по списку на кафедре геотехники, к. 205-Е.

При выполнении задания 1 номера участка и скважин для построения разреза принимают по табл. 1.

Таблица 1

Выборскважиндляпостроениягеолого-литологическихразрезов

Задание 1. Оценка рельефа и геологического строения по трассе

1.Оценкарельефапроводитсянаосновеанализапланазаданного участка в горизонталях или топографического плана (рис. 1–12). Следует указать: абсолютные отметки (максимальные, минимальные), доминирующий угол наклона по трассе, расчлененность участка (наличиесклоновречныхдолин, оврагов,холмовиуглыэтихсклонов).Дать топографическую характеристику трассы, руководствуясь прил. 4.

2.Оценка геологического строения проводится на основе анализа описания заданных колонок буровых скважин (табл. 2) и построен- ногостудентомгеологического/геолого-литологическогоразрезапооси трассы и поперечникам. Следует указать: общую мощность вскрытой толщи (максимальная, минимальная), количество слоев, состав, мощность и генезис каждого из них; наличие линз или выклинивания слоев; глубину залегания коренных пород и характер их кровли (для случая, если они вскрыты скважинами). Дать оценку категории сложности по геологическим факторам, руководствуясь прил. 2.

Последовательность действий при построении геологического разреза на рис. 13.

1.Вычерчивается топографический профиль по заданной линии:

– выбирают вертикальный и горизонтальный масштаб (в данной работе рекомендуется соответственно 1:100 и 1:1000);

– отметки рельефа определяют по отметкам устьев скважин и горизонталям, пересекаемых линией разреза;

– расстояния между высотными отметками определяют по плану участка.

2.Натопографическойосновеосевымилиниямипоказываютстволы скважин; забой скважины (отметка «подошвы» последнего слоя) подчеркивают короткой горизонтальной линией (рис. 13, а).

На осевые линии скважин наносят отметки подошв всех слоев, используя данные табл. 1; винтервалекаждогослоязаписываютего индекс и наносят штриховку, обозначающую состав грунта (рис. 13, б). Условные обозначения приведены в прил. 1.

3.Производят увязку выделенных в скважинах слоев (рис. 13, в), руководствуясь следующим:

– породы (грунты), имеющие сходный литологический состав, можно объединять по разрезу в один слой, если у них одинаковый генезис и возраст, т. е. одинаковый индекс);

12

– осадочные породы могут залегать в виде слоев линз, либо слои могут выклиниваться; в этих случаях границы проводят примерно на середине расстояния между скважинами; нельзя ограничивать разрез снизу линией, соединяющей забои скважин, так как при бурении последний слой может быть пройден не на всю мощность; после проведения границ выделенные слои заштриховываются полностью.

Карты фактического материала Масштаб 1:5000, сечение горизонталей 0,4 м

Рис. 1. Участок 1

Рис. 2. Участок 2

13

Рис. 11. Участок 11

Рис. 12. Участок 12