Методы получения инженерно-геологической информации.
В инженерной геологии используются частные и комплексные методы получения информации. Частные методы можно условно разделить на две группы: общегеологические и специальные, т.е. используемые только в инженерной геологии. Из частных методов наиболее широко применяются следующие: 1.Наземные визуальные обследования по точкам или по линиям маршрутов (общегеологический метод, дополненный измерением не только условий залегания пород, но измерением трещиноватости, степени выветрелости, уровня грунтовых вод и т.д.). 2.Описание обнажений (общегеологический метод, дополненный описанием изменчивости состояния пород, детальным изучением трещиноватости и слабых прослоев). 3.Аэрокосмофотосъемка, аэровизуальные работы и дешифрирование аэрокосмофотоматериалов (общегеологический метод). 4.Горные и буровые работы (общегеологический метод): проходка и описание горных выработок (расчистки, закопушки, шурфы, шахты, штольни), бурение (ручное - мотобуры, колонковое, шнековое - с магазином, вибрационное).Особенности бурения: укороченные рейсы, сплошной отбор керна скальных грунтов, отбор образцов ненарушенного и нарушенного сложения из нескальных грунтов грунтоносами. 5.Динамическое и статическое зондирование. 6.Пенетрационно-каротажный метод. 7.Испытание грунтов статическими нагрузками в шурфах и скважинах. 8.Прессиометрия. 9.Опытные работы: испытание на срез целиков грунта, обрушение целиков, выпирание призм, раздавливание целиков. 10.Лабораторные методы получения данных о свойствах горных пород. 11.Геофизические методы (общегеологический метод). 12.Режимные наблюдения (общегеологический метод). 13.Обследование зданий и сооружений.
14.Моделирование (математическое, физическое, на эквивалентных материалах). Комплексные методы получения инженерно-геологической информации: инженерно геологическая рекогносцировка, инженерно-геологическая съемка и инженерно-геологическая разведка широко используются для оценки инженерно-геологических условий различных по площади участков. Инженерно-геологическая рекогносцировка - комплексный метод получения информации о геологических условиях строительства. Она выполняется с целью оценки качества накопленной инженерно-геологической информации о районе предполагаемого строительства и уточнения отдельных вопросов, оставшихся нерешенными; сравнительной оценки инженерно-геологических условий намеченных вариантов; предварительного прогноза изменения геологической среды, обусловленного взаимодействием с проектируемым сооружением. Инженерно-геологическая съемка - комплексный метод получения информации о наборе компонентов инженерно-геологических условий некоторой территории путем наблюдений и описания свойств геологической среды и дешифрирования аэро-космо-фотоматериалов, дополненных другими методами (горно-буровыми, геофизическими, опробованием). Съемка ведется с целью обоснования схем развития и размещения отраслей промышленности; сравнительной оценки геологических условий строительства сооружений на намеченных вариантах, специальных вопросов разработки прогноза изменения свойств геологической среды при освоении территории. В зависимости от цели инженерно-геологическую съемку проводят в среднем или крупном масштабе. Средними считается группа масштабов 1:100000- 1:500000. Крупными - крупнее 1:50000. Государственная инженерно-геологическая съемка проводилась в масштабе 1:200000. Инженерно-геологическая разведка - комплексный метод получения информации об инженерно-геологических условиях некоторой области литосферы путем проведения горно-буровых, опытных инженерно-геологических и гидрогеологических работ, опробования и лабораторных работ, документации строительных выемок и режимных инженерно-геологических наблюдений. В основном ее проводят в пределах границ выбранной для строительства площадки. Стадия проектирования определяет целевое назначение инженерно-геологической разведки.
Лекция 2 Экзогеодинамика (инженерная геодинамика) Экзогеодинамика - раздел инженерной геологии, изучающий экзогенные геологические процессы (ЭГП). Экзогеодинамика исследует формы движения геологической материи в пределах ее приповерхностной части в физическом времени в связи с осуществляемой и планируемой деятельностью человека./ 1 /. Экзогеодинамика выросла из динамической геологии, изучающей геологические процессы, эндогенные и экзогенные. Эндогенные процессы связаны с внутренними силами Земли, их действие выражается в тектонических движения, в сейсмических и вулканических явлениях. ЭГП - движение приповерхностной области литосферы в физическом времени, процесс изменения структуры и свойств горных пород, слагающих литосферу, проявляющийся в результате взаимодействия литосферы с другими сферами (гидросфера, атмосфера) или между элементами литосферы. ЭГП, обусловленные взаимодействием литосферы с объектами или продуктами человеческой деятельности, называются инженерно-геологическими процессами (ИГП). Отличаются от других ЭГП - причиной возникновения, большей интенсивностью, большей скоростью протекания, большим разнообразием. Процессы проявляются на поверхности раздела сред в виде явлений (физико-геологических явлений). Динамическая геология изучает геологические процессы, протекающие независимо от деятельности человека и не оценивает влияние этих процессов на эту деятельность. Она изучает их для решения проблем обще-геологического характера. Экзогеодинамика изучает геологические процессы в связи с деятельностью человека, изучает возможность влияния развития процессов на объекты техногенной деятельности, для того чтобы не допустить возникновения нежелательных для человека геологических процессов, по возможности изменить их ход в желательном направлении. Динамическая геология и экзогеодинамика дополняют и обогащают друг друга.
Экзогеодинамика состоит из трех частей. В первой части рассматривается учение о движении геологической среды в физическом времени, обусловленное ее взаимодействием с внешними средами (общая Экзогеодинамика). Второй частью является учение о пространственных закономерностях проявления ЭГП (региональная Экзогеодинамика). Третья часть – учение об изменении свойств грунтов в физическом времени (динамическое грунтоведение). Характер, набор и интенсивность взаимодействий геологической среды, в ходе которых реализуются ЭГП зависят не только от ее структуры и свойств, но и от свойств внешних сред, от характера деятельности человека. Характер инженерно-хозяйственной деятельности человека определяет набор, интенсивность и скорость инженерно-геологических процессов. Одним из самых распространенных и крупномасштабных видов инженерно-хозяйственной деятельности человека является добыча полезных ископаемых. Последствия инженерно - хозяйственного воздействия на геологическую среду при добыче полезных ископаемых представлены в таблице 2. Таблица 2 Влияние горно-технических факторов на геологическую среду
Условия и причины возникновения ЭГП, цели и методы их изучения.
При характеристике любого ЭГП необходимо выявить условия его развития и причины возникновения. По Г.К.Бондарику /1/, под условиями ЭГП следует понимать фиксированный для конкретного процесса набор структур и свойств геологической среды, необходимый, но недостаточный для его возникновения и развития. Как правило, для развития ЭГП нужно не какое-нибудь одно условие, а комплекс условий. Причины ЭГП разделяются на внешние и внутренние. Внешние причины ЭГП – это всегда другие процессы, развивающиеся во внешней среде – например: движение воздушных масс, выпадение атмосферных осадков, движение вод поверхностных водотоков, процессы жизнедеятельности организмов и преобразование органических остатков и т.п. Внутренние причины ЭГП - это другие процессы, развивающиеся внутри геологической среды, например движение подземных вод, миграция влаги, снижение напряжений вблизи поверхности, обусловливающее разуплотнение геологической среды и др. Главные цели изучения ЭГП: 1. Учет наличия и оценка активности процессов и распространенности созданных ими форм для общей оценки инженерно-геологической обстановки; 2. Прогноз развития процессов, возможности возникновения новых проявлений процессов, скорости и конечные результаты. 3. Обоснование и выбор мероприятий по предупреждению процессов или по борьбе с их негативным влиянием Методы изучения ЭГП (общие). 1. Разовое обследование. Инженерно-геологическая съемка с применением аэро- и космо- снимков. 2. Стационарные (режимные) наблюдения. 3. Моделирование. 4. Полевое экспериментирование. Классификация ЭГП. При оценке инженерно-геологических условий территории будущего строительства инженер -геолог должен в обязательном порядке дать характеристику, протекающих в этом районе ЭГП и по возможности прогноз их развития в связи с будущим строительством, а также спрогнозировать возникновение инженерно-геологических процессов при данном виде освоения территории. Для решения этой задачи необходимо иметь классификацию ЭГП. К настоящему времени предложено большое число общих и частных классификаций, касающихся всех процессов или одного из них (так для оползневого процесса предложено около 100 классификаций). Общих классификаций предложено не очень много, наиболее известные следующие: классификация Ф.П. Саваренского, дополненная Н.В.Коломенским, классификации И.В.Попова и Г.К. Бондарика. Рассмотрим классификацию Ф.П.Саваренского, дополненную Н.В.Коломенским в 1956 г. В ней выделены геологические процессы по основным причинам их возникновения.
Таблица 3 Классификация экзогенных геологических процессов
Выветривание. Выветривание горных пород -геологический процесс взаимодействия горных пород, слагающих приповерхностную часть земной коры, с атмосферой, биосферой, искусственными компонентами природной среды в результате которого изменяются строение, состав, структурно-текстурные особенности и свойства горных пород, состав подземных вод и газов зоны гипергенеза. Протекает всегда на протяжение всей геологической истории на всей поверхности Земли. В ходе взаимодействия происходит механическое разрушение, химическое разложение пород субстрата, псевдоморфное замещение, метасоматоз, и др. процессы, приводящие к возникновению новой минеральной ассоциации, устойчивой в данной термодинамической обстановке земной поверхности. Состав комплекса процессов выветривания зависит от региональных, зональных и техногенных факторов. Зональные факторы, прежде всего климатические, определяют механизм выветривания и его особенности. Породы субстрата в значительной степени предопределяют состав и строение продукта выветривания Факторы физического выветривания - колебания Т0, промерзание- оттаивание, гидратация- дегидратация. Химическое выветривание происходит в результате гидролиза, выщелачивания, основным фактором является вода. Большое влияние на процесс выветривания в верхних слоях оказывает биохимический фактор. Вследствие выветривания формируется элювиальные грунты (продукт процесса), слагающие кору выветривания -особые геологические тела, комплекс горных пород, образовавшихся в континентальных субаэральных условиях в результате физического и химического изменения исходных (материнских) пород верхней части литосферы. Коры выветривания различаются по возрасту образования: современные, древние, по конфигурации: линейные, площадные. Главные особенности коры выветривания: · невыдержанное ни в латеральной плоскости, ни по мощности зональное строение без четко выраженных геологических границ с постепенным замещением одних горных пород другими с иным составом, структурой, текстурой; · постепенное отмирание генетических признаков материнской породы и накопление черт, присущих осадочным горным породам. · присутствие в пределах сравнительного небольшого по мощности интервала разреза горных пород полного спектра образований - от трещинных скальных до глин. По степени дезинтеграции и изменения физико-механических свойств скальных грунтов в коре выветривания выделяют три зоны: А, Б, В. Зона А - разрушенные, сильно выветрелые и разуплотненные породы. При легком ударе распадаются на мелкие обломки, щебень. Коэффициент выветрелости (отношение плотности образца выветрелой породы к плотности той же породы в невыветрелом состоянии) К < 0,8. Породы поддаются разработке простыми механическими способами, плохо укрепляются инъекциями. Зона Б - среднесохраненные, отчасти выветрелые и разуплотненные массивы породы с отдельными расширенными трещинами, полностью или частично заполненными мелкоземом. К = 0,8-0,9. Поддаются укреплению инъекцией Зона В - относительно сохранные, слабовыветрелые массивы г.п. К =0,9-1.0. Практические инженерно-геологические задачи, решаемые при изучении кор выветривания: · определение мощности выветрелых пород, подлежащих снятию при проектировании горных сооружений; · выбор наиболее благоприятных участков для размещения сооружений; · оценка устойчивости выветрелых пород на склонах, откосах; · прогноз развития техногенного выветривания в бортах карьера; · определение категорий разрабатываемости пород, условий и способов их вскрытия. Пример техногенного выветривания - эксплуатация Березовского карьера строительного камня для Саратовской ГЭС в котором производилась разработка доломитов. При разведке было установлено, что породы высокой прочности, слабо трещиноватые. Откосы карьера были заданы вертикальными. При разработке выяснилось - толща неоднородна по прочности, присутствуют прослои мучнистых доломитов. При вскрытии карьера применялись взрывные работы, в результате этого произошло ослабление массива. Через пять лет после начала эксплуатации наблюдалось значительное нарушение устойчивости откосов, формирование осыпей у подножия склонов, что повлекло перепрофилирование бортов карьера и значительное удорожание разработки камня. Процессы, связанные с деятельностью поверхностных вод. Выделяют две группы процессов, связанных с деятельностью поверхностных вод. Первая группа обусловлена поступательным движением воды (течением) и носит название эрозии (от лат. erodere - «разъедать»). Вторая группа обусловлена волновым движением воды - абразия. Эрозионные процессы. Неорганизованные сток струек воды по склону приводит к плоскостной эрозии или эрозии почв. Следствие процесса резкое ухудшение плодородия почв в связи с разрушением гумусового горизонта почв. При формировании организованных потоков, хотя и временных возникает линейная эрозия, которая приводит к образованию новых форм рельефа -рытвин, оврагов, ложбин стока. Овраг - форма рельефа, образовавшаяся на склоне или водоразделе, представляющая собой относительно глубокий, вытянуты в длину, извилистый или ветвящийся размыв (врез), который образует своеобразную долину временных потоков. Длина оврагов изменяется в широких пределах (от первых десятков метров до многих десятков километров), так же как и их глубина (от первых метров до 20-30м). В отдельных районах Центрально - Чернозёмной области бросовые земли, занятые действующими оврагами, составляют более 20-25% от общей площади земель этих районов. При наличии постоянного водотока идет речная эрозия, в результате действия которой вместе с транспортировкой рыхлого материала и его аккумуляцией формируются речные долины. Речная эрозия представлена в двух формах. Донная эрозия проявляется в размыве русла реки, во врезании речного потока на глубину, боковая эрозия - в подмыве и разрушении берегов и в разработке долины в ширину. Донная эрозия в конечном итоге приводит к выработке нормального профиля равновесия реки - к образованию плавной кривой поверхности дна русла, круто наклонной в верховьях и почти горизонтальной к устью при приближении к базису эрозии. Абразионные процессы. Процесс изменения очертания берегов морей и озер в результате их разрушения главным образом волноприбоя называется абразией. Формирование берегов водохранилищ, искусственно созданных в результате техногенной деятельности называется переработкой берегов водохранилищ и представляет собой инженерно-геологический процесс. Абразия изменяет профиль берега в его надводной и подводной частях: происходит разрушение пород, слагающих берег, и накопление продуктов разрушения. Основные элементами берега являются: береговой уступ, абразионная и аккумулятивная террасы, пляж и отмель. Схема строения берега по В.П.Зенковичу приведена на рис.3.
Рис. 3 Схема строения берега (по В.П.Зенковичу, Е.М. Сергееву)
Основные условия, определяющие формирование берегов водоемов. Геологические (минеральный и вещественный состав горных пород, определяющий их размываемость, степень трещиноватости, условия залегания, и пр.). Геоморфологические (рельеф берегового склона и побережья, форма береговой линии). Гидрологические (размеры водной поверхности, уровенный режим водоема, течения и др.) Техногенные условия, обусловленные деятельностью человека (строительство сооружений в береговой зоне, подработка склонов, судоходство и пр.) Проблема переработки берегов искусственных водохранилищ является одной из важнейших в инженерной геологии, что определяется колоссальной протяженностью их береговой линии (более 200 тысяч км), большим народнохозяйственным значением и тем, что в отличие от морей и озер заполнение водохранилищ происходит быстро, а в масштабе геологического времени - мгновенно. Для оценки величины и интенсивности переработки берегов водохранилищ применяют расчетные методы, из которых важнейшими являются: метод аналогий (ЗолотаревГ.С.); метод учета энергии волны и размываемости пород (Качугин Е.Г., Кондратьев Н.Е.) метод статистического учета зависимости хода переработки от совокупности природных и искусственных факторов (Розовский Л.Б.). Заболачивание территории. Один из самых широко распространенных процессов, происходящих на поверхности. Причинами процесса является деятельность поверхностных и подземных вод, процессы жизнедеятельности организмов и преобразование органических остатков, в результате чего образуются болота. Болото- избыточно увлажненный участок земной поверхности, покрытый слоем торфа мощностью не менее 50 см. Если мощность торфа меньше - то это заболоченные земли - участки поверхности, на которых в течение всего года наблюдается избыток влаги, насыщающий почву и выступающий наружу и которые покрыты влаголюбивой растительностью. Если мощность торфа достигает больше 0,7 м, то это уже торфяник - торфяное месторождение. Возраст торфяных массивов, залегающих с поверхности, определяется как голоценовый и составляет 10-12 тыс. лет. Заболоченные земли и болота занимают около 10 % территории России главным образом в зонах избыточного увлажнения, там, где количество выпадающих осадков превышает их испарение. Распространение болот неравномерное. В центральной части Западной Сибири заболоченность достигает 40% территории, в зоне тундры она еще выше и на некоторых территориях достигает 90-100%. Освоение Западной Сибири в связи с разведкой и разработкой месторождений природного газа и нефти заставляет детально изучать процесс заболачивания и характеризовать его с инженерно-геологических позиций. Условия возникновения процесса: * годовое количество осадков больше испарения с поверхности и стока; * равнинность территории и слабая расчлененность рельефа; * неглубокое залегание уровня грунтовых вод. Классификация болот по условиям питания. Согласно К.А.Веберу все болота делятся на: 1) верховые, олиготрофные, с растительностью малотребовательной к питательным веществам (сосна, багульник, сфагновые (белые) мхи); 2) низинные, эвтрофные с растительностью очень требовательной к питательным веществам (береза, ива, различные типы осок, гипновые (зеленые) мхи); 3) переходные, мезотрофные, с растительностью, занимающей промежуточное положение. Торфы и заторфованные породы, как генетический тип болотных отложений, имеют высокую естественную влажность, малую плотность, большую влагоемкость и значительную и неравномерную деформируемость - сжимаемость. Перечисленные особенности определяют их как отложения слабые, малопригодные для строительства на них. При строительстве на заболоченных территориях необходимо изучить строение болот и определить следующие главные особенности: * мощность болотных отложений, особенно линз, слоев прослоев торфа; * состав, условия залегания консистенция торфа и болотных отложений; * рельеф минерального дна болота. При строительстве на заболоченных территориях применяются следующие методы: предварительное осушение (мелиорация земель) территории, планировка отсыпкой или намывом песчано-гравийно-галечниковых пород, специальные конструктивно-строительные решения, увеличивающие жесткость конструкций, выторфовывание. Подтопление территории. Подтопление - инженерно-геологический, полигенный, многофакторный процесс, в котором комплекс факторов его вызывающий изменяется в зависимости от естественных инженерно-геологических условий и от техногенной деятельности человека, процесс, являющийся аналогом заболачиванию. Признаки процесса: происходит поднятие уровня грунтовых вод, изменяется гидрогеологический режим зоны аэрации, увеличивается естественная влажность горных пород, в связи с чем изменяются их прочностные и деформационные свойства. К техногенным причинам, вызывающим процесс подтопления относятся: * устройство водохранилищ, каналов, прудов; * нерегулируемые утечки воды из инженерных сетей; * искусственные поливы; * уничтожение естественных дрен (оврагов, балок); * покрытие водо-паро-непроницаемыми покрытиями значительной части городской поверхности. В настоящее время подтопление территорий происходит практически по всех городах России. Просадки лессовых пород. Просадки - вертикальные смещения поверхности, возникающие в результате процесса уплотнения грунтов при их замачивании. Наблюдаются в лессовых и лессовидных породах. Лессовые толщи широко распространены на территории нашей страны, главным образом в зоне степей и лесостепей, их мощность изменяется от 5-10 до 70-80 м. Возраст отложений определяется как голоценовый и верхнеплейстоценовый. В природных условиях просадки в лессовых породах часто хорошо выражены в рельефе в виде блюдцеообразных понижений, западин, ложбин (Украина, Красноярский край), диаметр которых достигает 50 м, глубина составляет 2-3м. В обжитых и освоенных местах просадки лессовых пород приводят к значительным деформациям сооружений (деформации промышленных корпусов на заводе Атоммаш в Волгодонске, деформации памятников Астраханского кремля, Одесского театра оперы и балета). Причинами развития процесса являются выпадение атмосферных осадков и искусственное увлажнение пород. Под воздействием воды в лессовых породах разрушаются структурные связи, происходит оплывание макропор и резкое доуплотнение породы, (под действием собственного веса, либо под воздействием нагрузки от сооружения). Условия процесса: наличие просадочных пород и источников увлажнения. Общая величина просадки и ее неравномерность зависят от суммарной мощности просадочных пород в сфере взаимодействия сооружения и геологической среды, условий и длительности их замачивания. Общая величина просадки возрастает с увеличением мощности лессовых пород, а ее неравномерность увеличивается при локальном и длительном замачивании. Опыт проектирования и строительства показывает, что нарушение устойчивости сооружений происходит в результате случайного и неизбежного замачивания лессовых пород. Неизбежное замачивание происходит при орошении земель, строительстве каналов и водохранилищ. Случайное замачивание происходит в результате отсутствии или нарушении поверхностного стока, гидроизоляции, от утечек воды из коммуникаций, при местном подтоплении в связи с подъемом уровня грунтовых вод, неорганизованном сбросе производственных вод и многих других причин. Случайное замачивание вначале обычно происходит на локальном участке, а затем распространяется как по площади, так и на глубину. В начальный момент оно вызывает резкую неравномерную просадку, которая впоследствии увеличивается медленнее с ростом общей средней просадки. Такой характер процесса составляет большую опасность для устойчивости и сохранности сооружений. Карстовый процесс. Карст (по Ф.П.Саваренскому) - это явления, связанные с деятельностью подземных вод, выражающиеся в выщелачивании горных пород (известняков, доломитов,гипсов) и образовании пустот, сопровождающихся часто провалами и оседаниями кровли и образованием воронок и других впадин на земной поверхности. Карст широко развит в нашей стране. На Русской платформе нет ни одного бассейна крупной реки, в пределах которой не был бы развит карст. Карст проявляется в образовании как разнообразных форма рельефа на поверхности земли (поверхностных - карры, воронки, слепые балки, овраги, котловины), так и различных пустот, каналов, пещер и других форм в толще горных пород на той или иной глубине по поверхности (глубинных). Причины процесса: действия поверхностных и подземных вод на растворимые горные породы. Условия образования карста: * наличие растворимых горных пород; * водопроницаемость массива горных пород; * присутствие движущийся в породе воды; * растворяющая способность воды. Сочетание этих условий вызывает нарушение химического равновесия в системе растворимые горные породы - вода, что неизбежно ведет к возникновению и развитию процесса и образование карста. Различают несколько типов карста. Классификация карста по литологическому составу приведена в таблице. Таблица 4 Типовая классификация карста по литологическому составу
Методы оценки закарстованности территории и скорости развития карста. 1. Определение закарстованности территории путем подсчета количества воронок, карстовых озер и других характерных проявлений карста, приходящихся на единицу площади. 2. Определение объема пустот (при естественной сработке, шахтном водоотливе - объем пустот равен объему вытекающей воды). 3. Определение трещиноватости и закарстованности пород по замерам трещин и пустот в обнажениях, стенках карьеров, кернах скважин. 4. Учет потерь промывочных вод при бурении. 5. Учет выхода керна при бурении. 6. Путем проведения специальных гидрогеологических работ и наблюдений за режимом подземных вод. При разведке месторождений оценивается степень уже имеющейся закарстованности пород. При инженерно-геологическом изучении месторождения освещаются следующие вопросы: * степень закарстованности массива пород; * структура закарстованного массива (закономерности расположения отдельных карстовых полостей или закарстованных зон в пространстве); * наличие заполнителя в карстовых полостях, его состав и физико-механические свойства; Суффозия.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|