Инженерная геология - наука геологического цикла, ветвь геологии, изучающая морфологию, динамику и региональные особенности верхних горизонтов земной коры (литосферы) и их взаимодействие с инженерными сооружениями (элементами техносферы) в связи с осуществленной, текущей или планируемой хозяйственной, прежде всего инженерно-строительной, деятельностью человека. Инженерная геология включает в себя грунтоведение, инженерную геодинамику и региональную инженерную геологию.

Объект исследования инженерной геологии - верхние горизонты земной коры (часто называемые геологической средой), исследуемые в специальном инженерно-геологическом отношении (Трофимов, 1996).

Предмет изучения инженерной геологии - знания о морфологии, динамике и региональных особенностях верхних горизонтов земной коры (литосферы) и их взаимодействии с инженерными сооружениями (элементами техносферы) в связи с осуществленной, текущей или планируемой хозяйственной деятельностью человека.

Задания

Среди складок выделяются элементарные типы складок - антиклинальные и синклинальные (рис.3.1), нейтральные, а так же антиформы и синформы (рис.3.2).

Антиклинальными складками или антиклиналяминазываются изгибы, в центральных частях которых располагаются наиболее древние породы относительно их краевых частей. Синклинальными складками илисинклиналями называются изгибы, в которых центральные части сложены более молодыми породами, чем их краевые части. Складки, в которых элементы залегания осевой поверхности (ОП) и шарнира совпадают, называютсянейтральными.

Это возможно:

а) при вертикальном залегании пород, шарнира и ОП складки;

б) при наклонном залегании пород в крыльях складки и горизонтальном - ОП и шарнира;

в) при наклонном залегании пород и одинаково наклонном - ОП и шарнира.

В сильно деформированных толщах, где невозможно определить кровлю и подошву слоёв, складки, обращенные выпуклостью вверх, называются антиформами, а обращённые выпуклостью вниз, - синформами (рис.3.2).

Элементы складки

В складке выделяются следующие элементы - замок или свод, крылья, осевая поверхность, осевая линия или ось складки, шарнир складки, гребень и киль, гребневая и килевая поверхность, линия перегиба или медианная линия, поверхность перегиба, ядро, замыкание (рис.3.3 - 3.6).

Замок или свод складки - место перегиба слоёв, в котором их поверхности, примыкающие к перегибу, образуют между собой угол или более сложные фигуры. Замок может иметь плавную (параболическую, гиперболическую) или угловатую (шевронную) форму. Замок антиклинали иногда называют седлом, а замок синклинали - мульдой. Крылья складки - боковые части складки, примыкающие к своду и представленные поверхностью слоёв, единообразно (вверх или вниз) наклонённых от перегиба. У смежных складок - антиклинали и синклинали одно крыло является общим. Положение крыльев, как плоскостных элементов, определяется азимутом и углом падения.

Осевой (шарнирной) поверхностью складки называется поверхность, проходящая через точки перегиба слоёв, составляющих складку. Она также определяется азимутом и углом падения. Линия пересечения осевой поверхности с поверхностью рельефа называется следом осевой поверхности (СОП). Она характеризует ориентировку складки в плане и на карте проводится путём соединения точек, расположенных в местах перегиба слоёв (в замке складки). Линия пересечения осевой поверхности с поверхностью одного из слоёв (кровлей или подошвой), составляющих складку, называется осью складки или шарниром складки. Положение шарнира, как линейного элемента, определяется азимутом и углом погружения (или воздымания). Простирание шарнира совпадет с осью складки только в том случае, когда осевая поверхность складки вертикальна. Погружается шарнир в сторону расположения более молодых пород. В том случае, когда азимут погружения шарнира меняется на обратный несколько раз, либо величина угла погружения периодически меняется по простиранию, шарнир называют ундулирующим. Угол погружения или воздымания шарнира иногда называют углом погружения или воздымания складки (рис.3.7, 3.8).

Гребневой поверхностью называется поверхность, соединяющая самые высокие точки расположения слоёв, образующих складку. Гребень складки - линия пересечения гребневой поверхности с кровлей или подошвой любого из слоёв складки. Килевой поверхностью называется поверхность, соединяющая самые низкие точки расположения слоёв, образующих складку. Киль складки - линия пересечения килевой поверхности с кровлей или подошвой любого из слоёв складки. Эти элементы складок определяют обычно только при изучении наклонных и опрокинутых складок.

Линия перегиба или медианная линия - линия, расположенная на крыле складки, которая делит крыло частной складки пополам и ориентирована по направлению шарнира. По обе стороны медианной линии кривизна крыла очерчивается в противоположных направлениях. Поэтому угол падения крыла складки рекомендуется измерять в зоне медианной линии. Поверхность перегиба - поверхность, проходящая через линии перегиба частных складок.

Ядро складки - внутренняя часть складки в месте её наибольшего перегиба с внутренней стороны изогнутого пласта. Это понятие условное и зависит от морфологии складки и глубины эрозионного среза. За окончание складки принимается участок, где изогнутая поверхность сменяется плоскостью. Замыкание складки определяется по смене азимута погружения шарнира на обратный азимут.

Зеркало складок - условная поверхность, проведённая в пространстве через точки наибольшего перегиба слоя в одновременно возникших одноимённых структурах одного порядка. Такими поверхностями могут быть касательная к замкам симметричных антиклиналей о-о или же касательная к замкам синклиналей s-s (рис.3.9 а) Параллельна им будет и медианная линия m-m. Аналогичным образом проводится зеркало складок и для асимметричных складок (рис.3.9 б). При деформации слоистых пород обычно образуются складки нескольких порядков, и для каждого из них можно провести своё зеркало складок, например l₁, l₂, l₃ на рис.3.9 в, где видно, что, чем крупнее складки, тем зеркало складок всё более приближается к прямолинейному. И из этого можно сделать вывод: залегание (простирание и падение) пачки в целом отражается зеркалом наиболее крупных складок. По углу между зеркалом складок и их осевыми поверхностями можно определить, на каком крыле асимметричной запрокинутой складки находится исследуемое обнажение: 1 - на нормальном крыле осевые плоскости дополнительных складок падают круче, чем их зеркало, а на подвёрнутом крыле - положе; 2 - угол между зеркалом складок и их осевыми поверхностями в точке перегиба близок к 90є, уменьшается в сторону медианной зоны складки и имеет минимальное значение в медианной зоне подвёрнутого крыла (рис.3.9 г).

ЗАДАНИЕ 5

1. Зная период Т и амплитуду А колебаний сейсмической волны (табл.5), вычислить сейсмическое ускорение и коэффициент сейсмичности К.

2. Подсчитать сейсмическую инерционную силу S (в Н) воздействующую на сооружение при землетрясении. Массу сооружения Р принимают равной 5500 т.

3. Используя величину сейсмического ускорения и шкалу МSК [1], определить силу землетрясения в баллах.

4. По данным о силе землетрясения уточнить расчетную балльность строительной площадки в районах сложенными: а) рыхлыми осадочными породами с глубиной залегания грунтовых вод до 5 м от поверхности земли; б) скальными породами (гранитами, гнейсами), прикрытыми маломощным слоем сухого элювия

,

ЗАДАНИЕ 6

Определить коэффициент фильтрации массива водоносных песков по результатам откачки из одиночной совершенной скважины. Привести расчетную схему.

Кф=Q ln (R/r) р (2H-S) S

Кф=290*6,215/3,14 (2*11-2) 2

Кф=14,35 м/сут.

ЗАДАНИЕ 7

Составить описание геологического процесса, выбранного в соответствии с номером варианта по таблице 7. При характеристике геологических процессов необходимо рассмотреть: причины образования, стадии развития, условия строительства сооружений в районах развития этих процессов, мероприятия по их предупреждению и борьбе с ними.

Абразия (от лат." abrasion" - соскабливание, сбривание) - процесс разрушения пород волнами и течениями. Абразия наиболее интенсивно протекает у самого берега под действием прибоя.

Разрушение горных пород берега слагается из следующих факторов:

· удар волны (сила которого достигает при штормах 30-40 т/м²);

· абразивное действие обломочного материала, приносимого волной;

· растворение пород;

· сжатие воздуха в порах и полостях породы во время удара волн, которое приводит к растрескиванию пород под воздействием высокого давления;

· термоабразия, проявляющаяся в протаивании мёрзлых пород и ледяных берегов, и другие виды воздействия на берега.

Воздействие процесса абразии проявляется до глубины нескольких десятков метров, а в океанах до 100 м и более.

инженерная геология сейсмичность минерал

Воздействие абразии на берега приводит к формированию обломочных отложений и определённых форм рельефа. Процесс абразия протекает следующим образом.

Ударяя о берег, волна постепенно вырабатывает в его основании углубление - волноприбойную нишу, над которой нависает карниз. По мере углубления волноприбойной ниши под действием силы тяжести карниз обрушивается, обломки оказываются у подножия берега и под действием волн превращаются в песок и гальку.

Образовавшийся в результате абразии обрыв или крутой уступ называют клиф. На месте отступающего обрыва формируетсяабразионная терраса, или бенч (англ. "bench"), состоящая из коренных пород. Клиф может граничить непосредственно с бенчем или отделяться от последнего пляжем.

Поперечный профиль абразионной террасы имеет вид выпуклой кривой с малыми уклонами у берега и большими у основания террасы. Образующийся обломочный материал уносится от берега, образуя подводные аккумулятивные террасы.

По мере развития абразионных и аккумулятивных террас волны оказываются на мелководье, забуруниваются и теряют энергию не доходя до коренного берега, из-за этого процесс абразии прекращается.

В зависимости от характера протекающих процессов берега можно разделить на абразионные и аккумулятивные.

А, Б, В - различные стадии отступания берегового обрыва, разрушаемого абразией; А₁, Б₂, В₃ - различные стадии развития подводной аккумулятивной террасы.

Геологические факторы образования:

1. Геологическое строение берега - комплексы пород, их фациальная изменчивость, залегание, структуры, трещиноватость.

2. Неотектонические и современные движения.

3. Физико-механические свойства пород, сопротивляемость волновому размыву, изменение в результате выветривания, разуплотнение, выщелачивание.

4. Современные геологические процессы, происходящие на берегах, - оползни, обвалы, селевые выносы, карст и т.д.

5. Рельеф подводной и надводной частей берега, непрерывно изменяющийся.

Техногенные факторы

1. Возведение на надводных и подводных частях берега инженерных сооружений, в том числе защитных, изменяющих воздействие водоема, строительство волнозащитных стен, исключает источник питания наносов, перемещение наносов. Создание портовых сооружений, волноломов нарушает региональный с севера на юг поток наносов, на одних участках наблюдается их увеличение, на других исчезновение.

2. Разрушающее воздействие химических и биогенных факторов на породы отмели и берегового уступа.

Меры борьбы:

Испытание грунтов методом вращательного среза производится в соответствии требованиями ГОСТ 20276. Испытания грунта вращательным срезом проводят для определения следующих характеристик прочности: сопротивления грунта срезу, угла внутреннего трения, удельного сцепления и оценки пространственной изменчивости прочности глинистых, органо-минеральных и органических грунтов, в том числе с крупнообломочными включениями размерами 2 - 10 мм в количестве не более 15 % по массе.

Рис.7.18. Схемы взаимодействия грунтов с рабочими снарядами при вращательном (а), кольцевом (б), поступательном (в) срезах

Характеристики определяют по результатам испытаний грунта касательными нагрузками, передаваемыми на грунт через колонну штанг и рабочий наконечник различной конструкции в зависимости от способа передачи срезающего усилия. Испытание вращательным срезом проводят в условиях практического отсутствия дренирования путем приложения горизонтальной касательной нагрузки и смещения грунта по цилиндрической поверхности, образуемой вращением крыльчатки ниже забоя скважины или в массиве.

В состав установки для испытания грунта вращательным срезом должны входить: рабочий наконечник с лопастями (крыльчатка); штанги; устройства для создания и измерения крутящего момента; устройство для вдавливания крыльчатки в грунт. Для испытания грунта в массиве установку дополняют устройством для отключения крыльчатки от штанг, позволяющим измерять трение штанг о грунт при неподвижной крыльчатке.

Конструкция установки должна обеспечивать:

вдавливание крыльчатки в грунт ниже забоя опытной скважины или в массив и фиксацию ее на заданной глубине; передачу крутящего момента на крыльчатку; градуировку устройства для измерения крутящего момента; фиксирование штанг на заданной глубине, исключающее самопроизвольное вертикальное и горизонтальное перемещения штанг и крыльчатки.

Поверки измерительного устройства необходимо выполнять при получении его с предприятия и перед выездом на полевые работы, но не реже одного раза в 3 месяца, а также после выявления и устранения неисправностей измерительного устройства или замены его деталей. Периодически необходимо проверять прямолинейность штанг путем их сборки в звенья длиной 3 м на ровной поверхности. Отклонение звеньев штанг от прямой линии не должно превышать 3 мм в любой плоскости по всей длине проверяемого звена. Сопряжения звеньев штанг также должны обеспечивать прямолинейность.

В зависимости от вида и состояния грунта используют следующие типы крыльчатки:

тип I - при испытаниях глинистых грунтов с 0,5 < I_L < 0,75, органо-минеральных грунтов, в том числе с крупнообломочными включениями размерами 2 - 10 мм в количестве менее 15 % по массе;

тип II - при испытаниях глинистых грунтов с I_L < 1, органо-минеральных, в том числе с крупнообломочными включениями размером более 10 мм в количестве менее 15 % по массе;

тип III - при испытаниях глинистых грунтов с I_L > 1, органо-минеральных и органических грунтов (без крупнообломочных включений).

Устройство для измерения крутящего момента должно быть проградуировано. По результатам градуировки составляют график (таблицу) зависимости крутящего момента М, кН см, от показаний измерительного устройства N, см, и вычисляют постоянную характеристику измерительного устройства, кН.

При испытании грунта в скважине осуществляю проходку опытной скважины. Забой опытной скважины должен быть расположен на 0,4 - 0,5 м выше отметки испытания грунта. Собранную колонну штанг с крыльчаткой общей длиной на 0,8-1,2 м больше глубины отметки испытания грунта вертикально (по отвесу) опускают в скважину и плавно вдавливают в грунт, заглубляя крыльчатку до отметки испытания. При испытании грунта в массиве крыльчатку вдавливают в грунт, применяя в случае необходимости рычаги, домкраты или специальные устройства, постепенно наращивая колонну штанг. После погружения верх колонны штанг соединяют с головкой устройства для создания и измерения крутящего момента и записывают начальные показания приборов.

Сдвигомер-крыльчатка Предназначен для испытаний слабых грунтов методом вращательного среза согласноГОСТ 20276-99 "Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости". Параметры крыльчатки полностью соответствуют требованиям ГОСТ 20276-99.

Список использованной литературы

1. Программа, методические указания и задания на контрольные работы по курсу "ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ". Москва 1973.

2. Ананьев В.П., Потапов А.Д. "ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ". ГУП "Издательство "Высшая школа" 2000.

3. Маслов Н.Н. "Основы инженерной геологии и механики грунтов". "Издательство "Высшая школа" 1982.

4. Речкалова А.В., Денисов С.Е. "Инженерная геология. Определитель минералов и горных пород". 2003.

5. "Большая Советская Энциклопедия". Изд. "Советская энциклопедия" 1970.

Ссылки на сетевые ресурсы