Инженерно-геологические исследования изменчивости отложений пода "Зеленый" в горных выработках

Курсовой проект по грунтоведению

Инженерно-геологические исследования изменчивости отложений пода «Зеленый» в горных выработках

Содержание

Введение

1. Проверка наличия визуально выделенных границ слоев в выработках

1.1 Анализ графиков изменчивости показателей свойств подовых отложений

1.2 Анализ точечных диаграмм

2. Построение инженерно-геологического разреза

2.1 Вычисление t и F критериев показателей свойств грунтов

2.2 Анализ полученных данных

2.3 Инженерно-геологический разрез

3. Вычисление расчетных значений показателей свойств подовых отложений

3.1 Гистограммы распределения показателей свойств грунтов

3.2 Анализ полученных значений необходимого числа частных определений характеристик грунтов

Введение

Изменчивость является фундаментальным свойством геологической среды, возникающим вместе с появлением грунтов, мгновенно реагирующих на любые постгенетические изменения. Изучение изменчивости состава, строения, состояния и других свойств геологической среды, поиск представленных оценок - важнейшие задачи инженерно-геологических исследований.

Для их решения необходимо знать характерные особенности изменчивости, методы обобщения характеристик грунтов, их выразительного, наглядного представления, обобщения и расчленения данных. Необходимо уметь видеть, иногда даже чувствовать скрытые в массе цифр важные закономерности, имеющие геологический смысл.

Инженерно-геологические исследования были проведены на юге Украины в пределах пода «Зеленый». С помощью ударно-буровой установки УБР-15 по двум перпендикулярным профилям пробурили 6 скважин и 2 шурфа. Поднятый керн тщательно документировали, характеризовали границы слоев, особенности строения, состояния и другие особенности. Затем керн отправили в инженерно-геологическую лабораторию для определения количественных показателей свойств подовых отложений.

С помощью материала полученного кафедрой инженерной геологии МГРИ в процессе изучения подовых отложений юга Украины в данном курсовом проекте будут исследоваться изменчивости подовых отложений, расчленены отложения на геологические тела, рассчитаны представительные характеристики выделенных тел.

1. Проверка наличия визуально выделенных границ слоев в выработках

1.1 Анализ графиков изменчивости показателей свойств подовых отложений

Построенные графики показывают, что выделенные слои в горных выработках являются довольно не однородными. Такой показатель как влажность, постепенно уменьшается с глубиной. Это говорит нам об изменении степени увлажненности слоев, которая существенно влияет на изменчивость свойств и прочностных характеристик грунтов.

Плотность грунта и пористость в скважине №6 изменяются с глубиной обратно пропорционально друг другу. Уменьшение коэффициента пористости по мере увеличения плотности, позволяет нам судить о степени уплотненности пород., которая с глубиной увеличивается.

В шурфе №2 графики плотности и коэффициента пористости имеют практически такую же закономерность изменчивости, что и в скважине №6, но по данным первых двух проб оба показателя меняются не по прослеженной ранее закономерности. Возможно, это связано с ошибками отбора проб, получения и обработки данных.

С помощью критерия разграничения многомерных совокупностей - дискриминатора () - производим проверку существенности визуально выделенных границ слоев.

Расчет производился по формуле:

(1)

Сводная дисперсия имеет вид:

 (2)

По частным значениям вычисляем средние для каждого слоя и :

(3)

(4)

По формуле 2 определяем сводные дисперсии для каждого показателя.

Расчет сводной дисперсии приведен в таблицах 2 и 3 для шурфа №2 и скважины №6, соответственно.

Далее находим отношение:

Рассчитываем значения дискриминатора.

Полученные значения дискриминатора приведены в таблицах 4 и 5, для шурфа №2 и скважины №6, соответственно.

На основании полученных данных строим точечные диаграммы (рис. 1)

1.2 Анализ точечных диаграмм

На точечной диаграмме четко выделились зоны распределения дискриминатора. Зон наложения значений дискриминатора, рассчитанного для первого и второго слоев в шурфе №2 и скважине №6, не наблюдается. Это свидетельствует о том, что в шурфе №2 и скважине №6 присутствуют границы между слоями. Диаграмма подтверждает наличие ранее выделенных визуально слоев в шурфе и скважине.

Лишь только на точечной диаграмме шурфа №2 одно единственное значение дискриминатора равное 83.7 попало в область значений показателя для второго слоя, но это в данном случае является не существенным, так как это единичное значение, которое мы можем рассматривать как случайную величину, «выпавшую» из значений показателя.

2. Построение инженерно-геологического разреза

В данном пункте необходимо проверить возможность объединения отдельных участков слоев выделенных в шурфе №2 (а) и скважине №6 (b) в один слой.

При проверке для каждой характеристики грунта вычисляют t и F критерии.

Вычисление t критерия. Так как число частных значений показателей меньше 25, тогда вычисление t критерия производится по формуле:

(5)

Значения и имеют вид:

; (6)

(7)

Вычисление F критерия производится по формуле:

(8)

Сравниваем найденные значения t и F критериев с табличными и .

- принимаем по таблице 2 (приложение 1) при доверительной вероятности для числа степеней свободы и .

- принимаем по таблице 1 (приложение 1) при двусторонней доверительной вероятности для числа степеней свободы .

Два участка слоя мы можем объединить если для всех показателей будут выполняться условия:

-

-

2.1 Вычисление t и F критериев показателей свойств грунтов

I слой (а) шурфа №2 и I слой (b) скважины №6

Влажность.

1)

=1.76 Условие не выполняется

2) Условие выполняется

3.79

Плотность.

1)

= 1.76 Условие не выполняется

2) Условие не выполняется

3.79

Коэффициент пористости.

1)

= 1.76 Условие не выполняется

2) Условие не выполняется

3.79

I слой (а) шурфа №2 и II слой (b) скважины №6

Влажность.

1)

=1.78 Условие не выполняется

2) Условие выполняется

4.88

Плотность.

1)

= 1.78 Условие не выполняется

2) Условие не выполняется

4.88

Коэффициент пористости

1)

= 1.78 Условие не выполняется

2) Условие выполняется

4.88

II слой (а) шурфа №2 и I слой (b) скважины №6

Влажность.

1)

= 1.80 Условие не выполняется

2) Условие выполняется

5.35

Плотность.

1)

= 1.80 Условие не выполняется

2) Условие выполняется

5.35

Коэффициент пористости.

1)

= 1.76 Условие не выполняется

2) Условие выполняется

5.35

II слой (а) шурфа №2 и II слой (b) скважины №6

Влажность.

1)

= 1.78 Условие не выполняется

2) Условие выполняется

4.15

Плотность.

1)

= 1.78 Условие не выполняется

2) Условие выполняется

4.15

Коэффициент пористости.

1)

= 1.76 Условие не выполняется

2) Условие выполняется

4.15

2.2 Анализ полученных данных

Рассчитав и критерии для каждой характеристики грунта, мы получили очень не однозначные результаты. F критерий, на мой взгляд, является менее информативным и имеет относительный характер. Если брать F критерий за основу, то по его расчетам следовало бы объединить те участки слоев, для которых t критерий полностью не удовлетворяет поставленных выше условии. На мой взгляд, это не логично и не практично и именно поэтому, при проверке возможности объединения отдельных участков слоев, за основной критерий мною был выбран критерий Стьюдента (t), который, а считаю, дает нам большую информацию для построения разреза.

По данным расчетов видно, что t критерий практически не удовлетворяет поставленные условия: . Возможно, такие результаты обусловлены тем, что грунты в шурфе №2 и скважине №6 могут иметь разную степень влажности, которая изменяется с глубиной, уплотненности. Также это может быть обусловлено содержанием в них различных по свойствам и составу примесей, размерами и количеством включений, разной степенью ожелезнения и т. д.

Так как подовые отложения имеют эоловый и водный генезис, они обладают комплексом свойств, которые имеют свою характерную изменчивость, влияющую на результаты расчетов критериев.

2.3 Инженерно-геологический

Абс. Отметка поверхн. земли
Расстояние между выработками

Масштабы: горизонтальный 1: 50000 вертикальный 1:100

3. Вычисление расчетных значений показателей свойств подовых отложений

В соответствии с указаниями СН и П 2.02.01-83 все расчеты оснований должны выполняться с использованием расчетных значений характеристик грунтов , определяемых по формуле:

(9)

При вычислении расчетных значений прочностных характеристик: удельного сцепления C, угла внутреннего трения нескальных грунтов и предела прочности на одноосное сжатие скальных грунтов , а также плотности грунта , коэффициент надежности по грунту устанавливается по формуле:

(10)

Показатель точности оценки среднего значения характеристики вычисляют по методу доверительных пределов по формулам:

для и (11)

для и (12)

принимаем по таблице 2 (приложение 1) с заданной доверительной вероятностью 0.85 для числа степеней свободы .

В нашем случае нам нужно вычислить показатель точности оценки среднего значения плотности .

Шурф №2, I слой.	Шурф №2, II слой.
n = 8 1.9 2.82 = 6 =1.94 =0.0004	n = 5 1.84 2.24 = 3 =2.35 =0.0004

Скважины № 6, I слой	Скважины № 6, II слой
n = 8 1.97 2.82 = 6 =1.94 =0.0004	n = 6 2/02 2.45 = 4 =2.13 =0.0004

3.1 Гистограммы распределения показателей свойств грунтов

Требуется определить необходимое число частных определений характеристик грунтов для оценки расчетных значений с выбранной вероятностью 0.85. Расчет выполняют по формуле. Полученные данные приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Необходимое число частных определений характеристик грунтов

Горная выработка	Слой.(I,II) Геолог. индекс	Показатель	Количество Проб при ()
Шурф № 2	Слой I	Влажность	5 (1)
		Плотность	12 (6)
		Коэф. пористости	5 (1)
	Слой II	Влажность	4 (1)
		Плотность	4 (1)
		Коэф. пористости	3 (1)
Скважина №6	Слой I	Влажность	6 (1)
		Плотность	3 (1)
		Коэф. пористости	2 (1)
	Слой II	Влажность	5 (1)
		Плотность	3 (1)
		Коэф. пористости	1 (1)

3.2 Анализ полученных значений необходимого числа частных определений характеристик грунтов

Проведя необходимые расчеты с использованием формулы (13) и внутрилабораторной погрешности выяснилось, что имеющегося количества проб оказалось достаточно для проведения исследования и получения нужных результатов. Лишь только для значения плотности в I-м слое шурфа №2 количества проб оказалось не достаточно и необходимо произвести дополнительное исследование данного показателя.

Данные, полученные с использованием межлабораторной погрешности в формуле (13) показали, что природная изменчивость всех показателей, кроме плотности в I-м слое шурфа №2, оказалась меньше, чем межлабораторная погрешность. Это может быть связано с различными факторами, которые могли повлиять на образование столь высокой межлабораторной погрешности в сравнении с природной изменчивостью, такие как, например, не профессионализм лаборантов, погрешность измерительных приборов, не соблюдение правил проведения исследования. В данном случае необходимость дополнительных исследований не имеет смысла.