Материал: Инженерная геология и охрана природной среды. Шевцов А.Я

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

656

Кафедра инженерной геологии, механики грунтов, оснований и фундаментов

Инженерная геология и охрана природной среды

Методические указания к выполнению самостоятельных работ для студентов 2-го и 3-го курсов специальностей 290300- "ПГС^” и 290500- "ГСХ"

ВОРОНЕЖ, 1998

Составитель А.Я. Шевцов

УДК 624.131.1

Инженерная геология и охрана природной среды.

Методические указания к выполнению самостоятельных работ для сту­дентов 2-го и 3-го курсов специальностей 290300-"ПГС” и 290500-•ТСХ"./ Воронеж, 1998,- 19 с.

Представлены темы и содержание тем для самостоятельных ра­бот. Даны методические указания к их выполнению.

Печатается по рекомендации Редакционно- издательского со­вета Воронежской государственной архитектурно-строительной акаде­мии.

Рецензент: канд. техн. наук, доц. С.В.Иконин

-3 –

ВВЕДЕНИЕ

Самостоятельная работа закрепляет теоретический курс дисциплины и является основой разработки и внедрения рейтинговой системы в учебный процесс на предметном уровне / 1/.

На основе выполнения самостоятельных работ производится текущий контроль, позволяющий непрерывно оценивать уровень усвоения студентами теоретического материала по дисциплине " Инженерная геология и охрана окружающей среды а также осуществляется рубежной контроль по темам, которые являются определяющими при выставке итоговой оценки.

Тема 1. Введение в дисциплину

1. Цель изучения темы

_ усвоить определение предмета инженерной геологии, уяснить объ­ект исследования, цель, задачи и роль дисциплины в строительстве и ох­ране природной среды.

2. Содержание темы

определение предмета инженерной геологии;

_ объект исследования, цель и задачи дисциплины;

_ инженерная геология как наука о рациональном использовании и охране геологической среды;

_ соотношение инженерной геологии, геоэкологии и экологической геологии.

3. Методические указания

Для усвоения данной темы необходимо обратить внимание при изуче­нии материала на ряд положений, раскрывающих взаимосвязь вопросов, пе­речисленных в содержании темы.

Следует исходить из того, что на современном этапе инженерная ге­ология определяется как наука геологического цикла, исследующая геоло­гические условия верхних горизонтов земной коры, закономерности их формирования и пространственно-временного изменения под воздействием геологических процессов, формирующихся в ходе естественного развитии

-4-

земной коры под. влиянием всей совокупности природных факторов в связи с инженерно-хозяйственной ( инженерно-строительной ) деятельностью че­ловека.

Важно уяснить, что объект исследования, цель и задачи дисциплины вытекают из определения.

Объект исследования - верхние горизонты земной коры, изучаются в определенных целях - в связи с практической деятельностью человека.

Цель - изучение геологических условий.

Под геологическими условиями следует понимать: грунты и их состав, физико-механические свойства, условия залегания, геологические процес­сы как естественные, оказывающие влияние на строительство, так и тех­ногенные, возникающие в связи со строительством/ влияющие на окружаю­щую природную среду.

Для достижения цели инженерная геология решает три основные зада­чи: изучение горных пород как грунтов, их состава, физико-механических свойств и условий залегания; изучение геологических процессов; уста­новление закономерностей пространственно-временной изменчивости геоло­гических условий с целью их прогноза.

Первую из перечисленных задач решает раздел инженерной геологии, получивший название грунтоведение. Раздел, решающий вторую задачу, на­зывается инженерной геодинамикой. Третью задачу разрешает региональ­ная инженерная геология.

Необходимо выделить основную практическу задачу инженерной геоло­гии- информационно-геологическое обеспечение устойчивости природ-но-технической литосистемы ивтвервое сооружетю-масшв грунтов, нор­мальных условий её эксплуатации на основе знаний о геологических усло­виях основания сооружения.

В ходе подготовки темы следует обратить внимание на то, что изу­чая геологические условия, их формирование и изменение, инженерная ге­ология решает вопрос о рациональном использовании геологической среды и её охране в связи с развитием геологических процессов и явлений.

В заключении необходимо определить соотношение инженерной геоло­гии, геоэкологии и экологической геологии по объектам исследования, целям и задачам.

Литература / 2-7,22,/

-5-

Тема 2. Основы общей геологии

2.1. Цель изучения темы

_ усвоить общие сведения о Земле как объекте инженерной деятель­ности человека, её строении, составе, геологических процессах, т.е., знать исходный базовый материал для освоения курса инженерной геологии и охраны окружающей среды.

2.2. Содержание темы

_ строение Земли, геосферы;

_ основной вывод о строении Земли для целей строительства;

_ определение и происхождение минералов;

_ классификация минералов по структурным связям;

„ определение и три характеристики горных пород;

_ магматические, осадочные, метаморфические горные породы, общие понятия, классификации по условиям образования;

_ классификация магматических горных пород по содержанию кремне­зема;

_ классификация осадочных обломочных пород по структурным харак­теристикам;

_ представление о тектонике Земли; _ складчатые, разрывные и трещинные дислокации; _ инженерное значение тектонических дислокаций; _ землетрясения, причины их возникновения, классификация; основные расчетные характеристики.

2.3. Методические указания

По данной теме следует усвоить, что Земля имеет оболочечное стро­ение, обусловленное наличием геосфер, различающихся вещественным сос­тавом и строением.

Необходимо дать характеристику каждой из геосфер. Исходя из ха­рактеристики геосфер делается вывод о строении Земли для целей строи­тельства.

При изучении минералов и горных пород важно усвоить их определе-

- 6 –

ние, рассмотреть вопросы происхождения и условий образования.

Необходимо изучить классификации минералов и горных пород.

Особое внимание следует обратить на то, что минералы в большинс­тве своем являются породообразующими и диагностируются по физическим свойствам. Горные породы распознаются по минеральному составу, струк­туре и текстуре. Кроме того, необходимо знать отличительные черты маг­матических, осадочных и метаморфических горных пород, их инженерно-ге­ологические свойства.

В заключении темы изучить роль тектоники земной коры в формирова­нии современного рельефа Земли. Особо остановиться на складчатых, раз­рывных и трещинных деформациях, их инженерном значении. Важно уяснить механизм и причины возникновения землетрясений, знать основные расчет­ные характеристики сейсмичности, используемые при проектировании зда­ний и сооружений в сейсмически опасных районах.

Литература / 2,8,18 /.

Тема 3. Элементы генетического грунтоведения

3.1. Цель изучения темы

_ познать грунты, их физические характеристики и классификацион­ные показатели, а также уметь различать основные генетические типы от­ложений четвертичного возраста.

3.2. Содержание темы

„ определение грунтов, основные физические характеристики грунтов;

-таксонометрические единицы классификации грунтов в соответствии с ГОСТ 25100-95, 4 класса грунтов;

-классификационные показатели и разновидности грунтов класса с жесткими структурными связями;

-классификационные показатели и разновидности глинистых грунтов;

- классификационные показатели и разновидности органо-минеральных и органических грунтов: илов, сапропелей, торфов;

-классификационные показатели и разновидности песчаных грунтов;

- классификационные показатели и разновидности крупнообломочных

-6 –

грунтов;

_ основные классификационные показатели и разновидности грунтов класса природных мёрзлых;

_ класс техногенных грунтов, основные наименования грунтов по подгруппе;

_ элювиальные, делювиальные, аллювиальные отложения, их инженер­но-геологические особенности;

_ эоловые отложения , их инженерно-геологические особенности;

_ ледниковые и флювиогляциальные отложения, их инженерно-геологи­ческие особенности;

_ болотные, озёрные, морские отложения, их инженерно-геологичес­кие особенности.

3.3. Методические указания

Данная тема является одной из определяющих при выставке итоговой оценки.

По теме необходимо усвоить, что все горные породы, которые ис­пользуются как основание или материал для сооружений принято называть грунтами.

Грунты следует изучать в рамках ГОСТ 25100-95. Грунт, в соответс­твии с указанным ГОСТ, есть любая горная порода, почва или техногенное образование. Представляет собой многокомпонентную, многообразную гео­логическую систему, изменяющуюся в пространстве и во времени, является объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека и служит осно­ванием зданий и сооружений, средой для размещения в нем сооружений, а также материалом самого сооружения.

В основе выделения 4 классов грунтов лежат структурные связи. Важ­но усвоить, что от характера структурных связей будут зависеть физи­ческие характеристики грунтов, а в конечном счете несущая способность грунтов.

При рассмотрении классификационных показателей грунтов следует уяснить, что классификационные показатели - это те физические характе­ристики грунтов, по которым классифицируются грунты для целей строи­тельства. По ним дается номенклатурное наименование грунтов.

Для закрепления» классификационных показателей и определения по ним номенклатурного наименования грунта рекомендуется решить следующие задачи.

- 8 -

Дать номенклатурное наименование грунта, если.

Решение задач. Исходя из данных физических характеристик опре­делить вид или класс грунтов. Выписать их классификационные показате­ли. По соответствующим формулам рассчитать численные значения показа­телей. Дать номенклатурнoe наименование грунтов в соответствии с ГОСТ 25100-95. . .

Изучая генетические типы четвертичных отложений, обратить внима­ние на то, что каждый генетический тип грунтов имеет свои присущие ему закономерные условия залегания, определенный литологический состав, чередование которого по площади и в разрезе характерно только для дан­ного типа.

Необходимо усвоить индексы генетических типов, отличительные

признаки и инженерно-геологические особенности: строение, состав,

свойства.

Литература 2,3,9,10.

9

Тема 4. Основы общей и инженерной гидрогеологии

4.1. Цель изучения темы

_ изучить влияние подземных вод на строительство.

4.2. Содержание темы

- виды подземных вод в грунтах ;

- агрессивность подземных вод по отношению к бетонам;

- классификация подземных вод по условиям залегания; _ режим, движение подземных вод, основной закон фильтрации ( За­кон Дарси );

_-расчет притока подземных вод к скважинам; _ расчет притока подземных вод к строительным котлованам; расчет притока подземных вод к канавам.

4.3. Методические указания

Прежде всего необходимо рассмотреть виды воды в грунтах: вода па­рообразная , физически связанная, химически связанная, свободная, вода в твердом состоянии. Дать краткую характеристику этим водам.

Вода парообразная содержится в воздухе, заполняющем пустоты. Она перемещается в парообразном состоянии от места с большей упругостью водяного пара в место с меньшей упругостью его.

Физически связанная вода включает прочносвязанную гигроскопическую (адсорбционную ) и рыхлосвязанную ( пленочную ) воду.

Прочносвязанная вода характерна для тонкодисперсных грунтов, об­разует на поверхности минеральных частиц 1-3 ряда молекул за счет ад­сорбции из водяного пара воздуха или жидкой свободной воды. Удержива­ется за счет электромолекулярных сил, действующих между отрицательно заряженной твердой минеральной частицей и диполем воды. Характерна четкая ориентировка диполей. Обладает свойствами твердых тел.

Содержание прочносвязанной воды или максимальная гигроскопичность зависит от минерального и гранулометрического составов: в песках -1%, лессах-8%, глинах-18%.

Между прочносвязанной и рыхлосвязанной водами находится переход­ный сольватный (осмотический) слой толщиной 10-20 молекул воды, в ко­тором наблюдается нечеткость ориентировки диполей, их подвижность.

Рыхлосвязанная вода образует слой молекул в несколько десятков и

- 10 –

сотен рядов, взаимодействующих с поверхностью частиц грунта и слоем прочносвязанной воды с помощью молекулярных сил. Она существует при влажности грунта большей максимальной гигроскопичности. Перемещается за счет соединения с более толстым слоем такой воды или при наличии разности концентрации ионов (осмотическое давление) в плёнках воды.

Прочносвязанная и рыхлосвязанная вода образует молекулярную воду.

Максимальное количество молекулярной воды называется максимальной молекулярной влагоемкостью, которая характеризует инженерно-геологические свойства грунта. При давлении 300-500 МПа молекулярная вода пе­реходит в свободное состояние.

Химически связанная вода объединяет кристаллизационную, которая входит в кристаллическую решетку минералов, и конституционную, которая образуется при соединении ОН" и Н⁺ при выделении их из минералов типа каолинита, монтморилонита и др.

Свободная вода включает капилярную, гравитационную и вакуольную воды, Капилярная вода находится в порах и микротрещинах размером до 0,25-1,0 мм, удерживается и перемещается за счет поверхностного натя­жения на границе воды и воздуха.

Гравитационная вода образуется при влажности больше молекулярной или при полном водонасыщении пор и трещин грунтов и перемещается под воздействием силы тяжести.

Вакуольная вода - пустотная ювенильная первичная вода, та, которая не участвует в водообмене.

Вода в твердом состоянии находится в грунтах в виде льда и осу­ществляет жёсткие криогенные структурные связи грунтов.

При изучении агрессивности подземных вод следует усвоить опреде­ление агрессивности; виды агрессивности: механическая, химическая, об­щекислотная; факторы всех видов агрессивности; отличительные особен­ности проявления той или иной агрессивности в бетоне или металлоконс­трукции; оценку агрессивности подземных вод и меры борьбы.

Классификация подземных вод по условиям залегания изучается с ха­рактеристикой всех типов вод: почвенных вод, верховодки, грунтовых и межпластовых вод. Характеристика включает условия залегания, питание, толщину водоносного пласта, зрияние на тот или иной вид строительства: дорожное, промышленное, гражданское и т.д.