Геологические процессы, возникающие в результате промерзания-оттаивания водонасыщенных песчано-глинистых пород.

При строительстве и эксплуатации промышленных и гражданских сооружений наиболее часто приходиться сталкиваться с пучением и грунтовыми наледями.

Пучение грунтов – увеличение их объема при промерзании. Причиной их возникновения является увеличение льдистости пород в результате миграции воды к фронту промерзания. Образующиеся при этом бугры пучения вызывают деформации сооружений.

Наиболее активно этот процесс проявляется в водонасыщенных пылеватых супесях и суглинках, в меньшей степени в глинах, пылеватых и мелкозернистых песках. Крупнозернистые пески и гравийно-галечники не пучиняться.

Зимнее пучение может полностью компенсироваться летней осадкой, связанной с оттаиванием грунта. Но пучение грунтов может из года в год накапливаться, достигая значительных величин. В результате такие легкие сооружения как столбы линий связи, летние домики, столбы оград и т.д. иногда совершенно выталкиваются из грунта и падают.

Явления пучения возможны как в районах многолетней мерзлоты, так и за ее пределами в области сезонного промерзания. Для борьбы с этим процессом используются следующие мероприятия:

- замена пучинистого грунта непучинистым путем применения противопучинистых засыпок в пазухах котлованов возле фундаментов из непучинистого грунта (гравий, галька).

- утепление грунтов возле фундаментов путем устройства теплоизолирующих отмосток или искусственного обогрева;

- увеличение нагрузки на фундаменты и удельного давления на боковую поверхность;

- утяжеление заанкеренных фундаментов (расширение фундаментной подушки);

- увеличение жесткости конструкций сооружений, снижающее опасность неравномерных деформаций.

Наледи – это процесс образования ледяных бугров на поверхности земли (реки) в результате самоизлива воды с последующим ее замерзанием. Наледи возникают в том случае, если глубина промерзания пород окажется больше, чем глубина залегания зеркала подземных вод. В этом случае уменьшается живое сечение потока и, следовательно, возникает напор. Если величина напора окажеться больше прочности мерзлых пород, произойдет самоизлив воды на поверхность и образуется наледь. Чаще всего наледи возникают в местах изменения мощности мерзлого слоя (увеличения или уменьшения), т.е. по контуру различных инженерных сооружений, которые испытывают при этом весьма существенные деформации. Для борьбы с наледями прибегают к понижению уровня подземных вод или даже осушению промерзающей толщи, а также устраивают в непосредственной близости от защищаемого сооружения мерзлотные пояса, с помощью которых искусственно вызывается образование в них наледи и тем самым в водоносном горизонте снижается избыточное давление.

Вопрос 5. Дайте инженерно-геологическую оценку рассматриваемого участка, размещения сооружений, тип которых определяется специальностью студента (ЖД трасса, мостовой переход и т.д.), выделите площадки, различающиеся по степени их пригодности для застройки.

Для рассмотрения этого вопроса следует проанализировать все приведенные выше природные факторы применительно к проектируемому инженерному сооружению.

На основании ответа на вопрос 1 следует оценить все выделенные на участке элементы рельефа с точки зрения их пригодности для размещения сооружения с учетом динамики развития во времени этих элементов.

На основании ответа на вопрос 2 следует охарактеризовать геологическое строение участка, обратив особое внимание на чередование пластов с различными физико-механическими свойствами, учесть формы их залегания, закономерности изменения в пространстве свойств пород разного генезиса.

Выдержанные формы залегания пород выравнивают механические свойства грунтового массива в целом. Линзообразные тела могут явиться причиной возникновения крайне неравномерного распределения напряжения в массиве.

Дислоцированные породы, как правило, обладают меньшей прочностью и более высокой трещеноватостью по сравнению с теми же литологическими разностями, но имеющими первичную форму залегания. Кроме того, существенное влияние оказывает и форма дислокации. В частности, в антиклиналях пласты образуют природный свод и поэтому обладают максимальной устойчивостью. Горное давление здесь имеет минимальное значение. На крыльях синклиналий породы несут следы внутрипластового и межпластового скольжения. По этим направлениям сопротивление их сдвигу ослаблено, поэтому скальные породы на крыльях складок, будучи подрезаны, весьма неустойчивы, а горное давление в них ассиметрично.

Строительная оценка пород должна даваться применительно к проектируемому типу сооружения. Например, если разговор идет о размещении железнодорожной насыпи, наибольший интерес представляют пусть даже относительно слабые, но приповерхностные обычно четвертичные отложения: пески, глины и т.п. В случае проектирования крупного мостового перехода с фундаментами опор глубокого заложения, или подземных сооружений объектом исследования должны быть коренные скальные породы.

Важнейшим элементом при инженерно-геологической оценке местности являются гидрогеологические условия. Используя материалы ответа на вопрос 3, следует показать влияние подземных вод на проектируемые сооружения (при выборе технологии производства земляных работ, конструкции сооружения и т.д.).

Анализируя проявления на рассматриваемом участке геологических процессов, не следует повторять содержание ответа на вопрос 4. Здесь нужно указать и обосновать, как и в чем геологические процессы могут влиять на ход строительства и эксплуатации проектируемого сооружения.

В заключение необходимо дать общую геологическую оценку всего рассматриваемого участка и выделить наиболее и наименее благоприятные участки для размещения проектируемых сооружений. Причем для каждой площадки следует указать как достоинства, так и недостатки. Например, к достоинствам водораздела следует отнести горизонтальный рельеф, так как при размещении на нем большинства сооружений можно ограничиться минимальным объемом земляных работ. Кроме того, горизонтальное залегание пластов способствует равномерному распределению нагрузки. Недостатком же является затрудненность дренажа подземных и поверхностных вод. Большую роль на этой площадке играет микрорельеф – даже на небольших понижениях нередко наблюдается заболачивание и даже оглеение пород. При проходке строительных котлованов возможно оплывание его откосов и серьезные деформации сооружений, расположенных по его периметру.

В конце раздела следует оценить влияние проектируемых сооружений на окружающую среду. Например, ввод в эксплуатацию промышленных объектов нередко сопровождается сбросом промстоков кислого состава, загрязняющих водоносные горизонты и активирующих развитие в известняках (доломитах, гипсе и др.) карста.

Отсыпка железнодорожной насыпи нередко затрудняет поверхностный сток ливневых и талых вод и активизирует их инфильтрацию. Следствием является повышение зеркала грунтовых вод.

При выполнении контрольной работы студентами специальности ВиВ, основной упор следует делать на вопросе №3 «Гидрогеологические условия площадки». Требуется подробно осветить влияние подземных вод на строительную оценку рассматриваемой площадки, оценить химический и биологический состав всех горизонтов как источника для питьевого водоснабжения.

Приложение

Геологические индексы

Используются в колонках, разрезах, геологических картах

eQ Элювиальные отложения – продукты выветривания, оставшиеся на месте своего образования. Залегают в приповерхностной зоне на плоских водоразделах.

aQ Аллювиальные отложения - приуроченные к речным долинам. Подразделяются на русловые, пойменные, старичные.

pQ Пролювиальные. Отложения временных потоков (селевых).

colQ Коллювиальные. Образуются на горных склонах под действием силы тяжести (осыпи). Представляют скопление обломков.

dQ Делювиальные. Продукт плоскостной эрозии, встречаются на пологих косогорах. Литологически это пылевато-глинистые породы, малоустойчивые на склоне, при внешних воздействиях легко оползают.

lQ Озерные отложения. Обычно встречаются на горизонтальных участках. Литологически песчано-глинистые отложения, нередко с повышенным содержанием органики, обладают тонкой горизонтальной слоистостью, часто относятся к слабым разностям.

bQ Болотные отложения (торф). Относятся к слабым разностям. При дренировании легко возгораются.

mQ Морские отложения. Первичная форма залегания горизонтальная слоистость. Мощность слоев меняется в широком диапазоне от долей метра до нескольких десятков. Вещественный состав четвертичных разностей, обычно песчано-глинистый.

gQ Моренные (ледниковые) отложения. Вещественный состав неоднородный, нередко встречаются включения крупных обломков. Плотность сложения и прочность высокие, сжимаемость небольшая, слоистость отсутствует. Надежное естественное основание.

fgQ Речно-ледниковые отложения. Обычно разнозернистые пылеватые рыхлые пески. При статических нагрузках малосжимаемы, при динамических воздействиях существенно сжимаются, повышая свою прочность. При вскрытии слоев ниже уровня грунтовых вод легко оплывают в откосах.

lgQ Озерно-ледниковые отложения (ленточные глины). По физико-механическим свойствам относятся к слабым. Обладают высокой чувствительностью.

eоQ Эоловые отложения – тонкозернистые кварцевые пески. В пустынях образуют ассиметричные холмы (барханы), в пляжных зонах – дюны. Легко перевиваются ветром.

eo, e, a, p Лессы. Происхождение разное: эоловые, аллювиальные, элювиальные, пролювиальные. Состоят в основном из пыли, макропористы, маловлажные. Природная прочность высокая. Даже при небольшом увлажнении, дают просадку т.е. самопроизвольно уплотняются, образуя на поверхности мульды проседания глубиной до 1м и более.

tQ Техногенные отложения, т.е. созданные при участии человека – насыпные, намывные, промышленные или строительные отходы, бытовые отбросы.

Библиографический список

1. В.П. Ананьев, А.Д. Потапов Инженерная геология: учебное пособие для ВУЗов,-М.: Высшая школа, 2000

2. Б.М. Гуменский Основы инженерной геологии для строителей железных дорог. –Л.: Недра, 1969

3. В.М. Бевзюк Взаимодействие транспортных сооружений с инженерно-геологической средой: учебное пособие. Л.: ЛИИЖТ, 1989

4. В.М. Бевзюк Взаимодействие промышленных и гражданских сооружений с инженерно-геологической средой: учебное пособие. СПб: ПИИТ, 1993

Содержание

Введение

1. Рекомендации по составлению ответа на вопрос №1.

Освещение рельефа участка с выделением основных его элементов и инженерно-геологической оценке каждого из них.

2. Рекомендации по составлению ответа на вопрос №2.

Описание геологического строения участка, строительная оценка каждого слоя.

3. Рекомендации по составлению ответа на вопрос №3.

Освещение гидрогеологических условий участка с выделением и описанием всех водоносных горизонтов, указанием их влияния на инженерно-геологические условия площадки.

4. Рекомендации по составлению ответа на вопрос №4.

Выявление всех геологических процессов, имеющихся на рассматриваемой территории, и выявление их роли в строительной оценке местности.

5. Рекомендации по комплексной инженерно-геологической оценки участка размещения ЖД трассы (мостового перехода, подземных, промышленных или гражданских сооружений и т.д.)

6. Приложение. Геологические индексы

7. Библиографический список

8. Инженерно-геологические разрезы (варианты 1 – 10)

Рис. 1 Схематический геологический разрез участка исследования (вариант 1)

1 – торф хорошо разложившийся, наблюдаются выделения метана, до глубины 0,3 м дренированный, ниже – водонасыщенный; 2 – супесь пылеватая, грубослоистая, мягкопластичная; 3 – глина ленточная желтовато–серая, мягкопластичная; 4 – песок разнозернистый, пылеватый, водонасыщенный; 5 – суглинок темно-серый, пылеватый, неслоистый, с включением полуокатанных обломков гранита, плотный, маловлажный; 6 – доломит желтовато–серый, трещиноватый, водонасыщенный; 7 - аргиллит темносерый, слабо трещиноватый; 8 – гранит р/з ортоклазовый,
в приповерхностной зоне сильно трещиноватый водонасыщенный, ниже – монолитный.

Рис. 2. Схематический геологический разрез участка исследования (вариант 2)

1 – Торф коричневый, водонасыщенный; 2 - супесь светло-коричневая, пылеватая, средней плотности, водонасыщенная; 3 – песок мелкозернистый, кварцевый, светло-серый, рыхлый, маловлажный; 4 – глина темносерая, тонкослоистая, тугопластичная; 5 – ангидрит голубовато-серый, мелкозернистый, монолитный; 6 – песчаник крупнозернистый, темножелтый, на карбонатном цементе слаботрещиноватый; 7- известняк крупнозернистый желтовато-серый, сильно трещиноватый, обводненный; 8 – мергель микрозернистый светлосерый, монолитный; 9 – брекчия темнокоричневая на железистом цементе, монолитная

Рис. 3. Схематический геологический разрез участка исследования (вариант 3)

1 – ил суглинистый темносерый с повышенным содержанием органических коллоидов и гнездами торфа, текучепластичный; 2 – песок мелкозернистый, средней плотности, водонасыщенный; 3 – лесс палево-желтый, полутвердый; 4 – дресвяно-щебенистый грунт с песчаным заполнителем, средней плотности, маловлажный; 5 – туф вулканический темносерый, со значительным включением полуокатанных обломков, в пределах речной долины водонасыщенный; 6- алевролит желтовато-серый, монолитный; 7 – мрамор светло-серый, трещиноватый, водонасыщенный;
8 – плоскость сброса

Рис. 4 Схематический геологический разрез участка исследования (вариант 4)

1 – торф древесно – сфагновый, черно – коричневый, хорошо разложившийся, водонасыщенный; 2 – суглинок пылеватый, желтовато – серый, с включением полуокатанныйх обломков до 15%, тугопластичный; 3 – глина тонкослоистая, темносерая, с включением тонкозернистого пирита и повышенным содержанием органики, мягкопластичная; 4 – ленточная глина желтовато – серая, мягкопластичная; 5 – песок разнозернистый, рыхлого сложения, водонасыщенный; 6 – супесь серая, пылеватая, с включением полуокатанных обломков до 20%, маловлажная плотная; 7 – песчаник мелкозернистый, зеленый, на глинистом цементе, сильно трещиноватый, обводненный; 8 – глина голубовато – серая, тонкослоистая, полутвердая; 9 – гнейс розовый, крупнозернистый, в приконтактовой зоне трещиноватый, обводненный.

Рис. 5. Схематический геологический разрез участка исследования (вариант 5)

1 – торф осоково-пушицевый коричневый, слаборазложивший, водонасыщенный (старичные отложения); 2 – супесь серая, пылеватая, местами заторфованная, средней плотности, водонасыщенная ; 3 – суглинок желтовато-серый, с включением полуокатанных обломков до 10-12 %, тугопластичный; 4 – песок среднезернистый, полиминеральный, пылеватый, рыхлый, водонасыщенный; 5 – мергель желтовато-серый; 6- гипс мелкозернистый, белый, трещиноватый, водонасыщенный; 7 – брекчия на кремнистом цементе, монолитная; 8 – слюдяной сланец (биотитовый), мелкозернистый, монолитный

Рис. 6 Схематический геологический разрез участка исследования (вариант 6)

1 – суглинок серый, неслоистый, с включением до 10 – 15% дресвы, тугопластичный; 2 – супесь пылеватая, коричневато – серая, с редким включением полуокатанных обломков, тугопластичная; 3 – глина темносерая, тонкослоистая, мягкопластичная; 4 – доломит желтовато – серый, крупнозернистый, трещиноватый, обводненный; 5 – конгламерат на карбонатном цементе, слаботрещиноватый, обводненный; 6 – филлит темносерый, сланцеватый, слабо трещиноватый;
7 – плоскость сброса.

Рис. 7. Схематический геологический разрез участка исследования (вариант 7)

1 – ил суглинистый темносерый, текучепластичный (современные донные отложения); 2 – глина светлая, тугопластичная (пойменные отложения); 3 – песок среднезернистый, средней плотности, водонасыщенный (русловые отложения); 4 – суглинок пылеватый с включением до 15-20% полуокатанных обломков, тугопластичный; 5 – древесно-щебенистыйгрунт с супесчаным заполнителем; 6- аргиллит черно-серый; 7 – известняк желтовато-серый, трещиноватый, обводненный; 8 – хлоритовый сланец темнозеленый; 9 – габбро крупнозернистое, слабо трещиноватое
в при контактовой зоне

Рис. 8 Схематический геологический разрез участка исследования (вариант 8)

1 – глина пылеватая, серая, мягкопластичная (современные пойменный отложения); 2 – супесь светлокоричневая, водонасыщенная, средней плотности (современный русловые отложения); 3 – песок гравелистый, кварцево - палевошпатовый, водонасыщенный, плотный (древнечетвертичные русловые отложения); 4 – лесс палевожелтый, макропористый, полутвердый; 5 – суглинок коричневый, с редкими включениями полуокатанных обломков, тугопластичный; 6 – известняк зеленовато – серый, микрозернистый, сильно трещиноватый, местами закарстованный; 7 – мергель розовато – серый, монолитный; 8 – андезит темносерый, обводненный.

Рис. 9 Схематический геологический разрез участка исследования (вариант 9)

1 – торф сфагновый темнокоричневый, плохо разложившийся, водонасыщенный; 2 – дресвяно – щебенистый грунт с песчаным заполнителем, водонасыщенный; 3 – ленточная глина темносерая, мягкопластичная,; 4 – глина темно-бурая с тонкими прослойками песка, полутвердая; 5 – песчаник кварцево – палевошпатовый, среднезернистый на железистом цементе, слабо трещиноватый, обводненный; 6 – конгломерат на карбонатном цементе, сильно трещиноватый;
7 – гранит розовый крупнозернистый, в приповерхностной зоне сильно трещиноватый обводненный.

Рис. 10 Схематический геологический разрез участка исследования (вариант 10)

1 – торф осоково – моховой, темнокоричневый, хорошо разложившийся, водонасыщенный; 2 – ил глинистый темносерый, текучепластичный; 3 – песок крупнозернистый полиминеральный, средней плотности, водонасыщенный; 4 – валунно – галечник с песчаным заполнителем, водонасыщенный; 5 – супесь светлокоричневая, тугопластичная; 6 – глина зеленовато – серая, тонкослоистая, полутвердая; 7 – мергель светлосерый, монолитный; 8 – доломит темносерый, мелкозернистый, трещиноватый, водонасыщенный; 9 – аргиллит темносерый, монолитный;
10 – филлит темный мало трещиноватый.