1.5. Инженерно-геологическое опробование

1.6. Отбор, транспортировка, хранение и последовательность лабораторного изучения мерзлых пород

1.6.1. Отбор образцов

Отбор образцов мерзлых пород следует производить в соответствии ГОСТ 12071-84.

Отбираемые пробы могут быть с нарушенным или ненарушенным сложением (монолит).

Проходка шурфов

Проба - это объем мерзлой горной породы, отобранный для какого-либо определенного анализа (проба на грансостав, на влажность и т.д.).

Проба грунта помещается в чистые, сухие, плотно закрывающиеся бюксы. После отбора пробы грунта бюкс обматывается скотчем, который снимают при взвешивании. Взвешивание необходимо в тот же день, когда производится отбор пробы грунта. Минимальная навеска для определения суммарной влажности тонкодисперсных или песчаных грунтов должна быть не менее 30 г.

Образец – это любой объем породы нарушенной структуры, отобранный для визуального описания и изучения в лаборатории.

Из открытых горных выработок и обнажений монолиты вырезают в форме куба или параллелепипеда со сторонами не менее 100 мм и не более 250 мм с помощью ножа и лопаты (рис. 2). Шурфы позволяют детально изучить геолого-литологический разрез участка, отобрать любые по размеру образцы грунтов и проводить опытные полевые работы. При отборе монолита в виде параллелепипеда или куба на свежее зачищенной горизонтальной поверхности породы намечают контуры монолита несколько больше требуемого размера. При этом размер стороны куба должен быть не менее 10 см для глинистых и песчаных грунтов, не менее 20 см для дресвяных и гравийных грунтов и не менее 30 см для щебнистых и галечниковых грунтов. Вначале удаляют грунт вокруг намеченных контуров, оставляя грунтовый столбик (целик грунта). Затем подрезают нижнюю грань, отделяя монолит от массива грунта. Грани монолита зачищают, доводя его до необходимых размеров.

Для вырезания монолитов цилиндрической формы используют тонкостенные режущие кольца. Режущее кольцо устанавливается острым торцом на поверхность грунта. Нажатием его немного вдавливают в грунт. Грунт обрезают по образующей поверхности кольца на глубину 1—1,5 см, оставляя грунтовый столбик диаметром на 1,5—2 мм больше внутреннего диаметра кольца. Снова нажимают на кольцо, заставляя целик грунта заходить в режущее кольцо, не допуская при этом перекоса. Операцию вырезания целика грунта и насаживания на него режущего кольца выполняют до тех пор, пока целик грунта не выступит на несколько миллиметров выше его торца. Затем грунт подрезают снизу, отделяют образец с кольцом от массива грунта и срезают с торцов грунт заподлицо с гранями режущего кольца. Допускается производить отбор монолитов мерзлого грунта произвольной формы, но с сохранением указанных размеров как минимальных

Бурение скважин

Образцы горных пород, извлекаемые из скважины с помощью буровых наконечников или грунтоносов, называют кéрном, если они представляют собой монолиты цилиндрической формы, или шлáмом, если порода раздроблена.

Монолит – это образец горной породы естественного сложения и естественной влажности.

Для сохранения ненарушенного сложения и сохранения естественной влажности, проходка скважины выполняется без подлива воды или раствора (всухую). Нарушенную при бурении оттаявшую периферийную зону керна тщательно зачищают.

Диаметр скважин, используемых при инженерно-геологических изысканиях на мерзлых грунтах, обычно находится в пределах от 80 до 120 мм . Диаметр кернов мерзлых дисперсных грунтов, отбираемых для определения физических,теплофизических и механических свойств, должен быть не менее 9,4 см при высоте не менее 26см.

Глубина скважин определяется задачами исследований и для инженерно-строительных целей редко превышает 30 м.

Отбор монолитов мерзлой породы при колонковом бурении скважин допускается производить с продувкой воздухом, охлаждая до отрицательной температуры, близкой к температуре породы.

Точки отбора образцов назначаются в каждом слое или горизонте пород, который отличается своим составом, криогенной текстурой или свойствами от других пород разреза независимо •от его мощности.

Количество отобранного грунта должно быть таким, чтобы состав и свойства пробы соответствовали составу и свойствам опробуемого слоя. Чем более неоднороден грунт, тем больше должна быть проба. Её размер должен соответствовать технологическим требованиям лабораторных исследований, а общая масса материала должна быть достаточной для всего комплекса лабораторных работ.

Отбор образцов определяется их назначением. Одни показатели состава или свойств можно получить на образцах нарушенного сложения, другие — только на образцах ненарушенного сложения, монолитах.

Чем меньше нарушается структура грунта в процессе его отбора и на всем пути следования до лаборатории, тем больше будет достоверность показателей.

Расчленение разреза на отдельные горизонты, слои, линзы осуществляется на основе:

- общегеологических данных,

- по результатам палеонтологических,

- палеоботанических,

- литологических анализов,

- по смене гранулометрического состава пород,

- наличию в разрезе выдержанных базальных горизонтов,

- по смене преобладающего типа слоистости,

- цвету,

- трещиноватости,

- степени выветрелости пород

- с помощью простейших приемов качественной оценки плотности,

- прочности,

- консистенции (резание породы ножом, раздавливание пальцами и др.).

- по характеру криогенного строения (выделяются горизонты с однотипной криогенной текстурой),

- по особенностям температурного режима и другим показателям, характеризующим мерзлое состояние пород.

Место отбора образцов назначается наиболее просто, если есть основание в пределах выделенных слоев предположить статистическую модель распределения значений изучаемых показателей состава, строения и свойств. При этом используется принцип равнопредставительности, означающий необходимость полу­чения характеристик всех выделенных слоев с одинаковой достоверностью. Это предопределяет необходимость увеличения числа образцов в слоях наиболее неоднородных или важных для понимания закономерностей формирования состава, строения и свойств и соответственно уменьшение их числа в слоях более однородных или менее важных. При этом необходимо учитывать, насколько выполняемые анализы важны для решения задач конкретных изысканий или исследований.

Так, для оценки несущей способности массива пород детальность его изучения в целом увеличивают вверх по разрезу и наиболее подробно исследуют даже небольшие по мощности слои слабых или льдонасыщенных грунтов.

Количество проб и частота отбора образцов мерзлого грунта по глубине разреза определяются задачами исследования.

Статистическая модель распределения некоторых показателей состава, строения и свойств мерзлых пород принципиально невозможна.

Известно, например, о постепенном изменении с глубиной льдистости в толщах мерзлых глинистых пород. Для решения многих геокриологических задач, необходимо знать их экстремальные значения, например наиболее низкую температуру пород, наибольшую льдистость и т. п. Это может быть достигнуто, если при размещении точек отбора образцов руководствоваться общими тенденциями изменчивости изучаемых показателей по площади и глубине. Поэтому рекомендуется располагать горные выработки в центре ландшафтного микрорайона, чаще отбирать образцы в наиболее льдистой части разреза, детальнее определять теплопроводность пород в слое с годовыми колебаниями температуры .

Расчетные значения надежности характеристик мерзлых грунтов допускается принимать как при расчете по несущей способности, так и по деформациям, равным 0,85, а для оснований фундаментов наиболее ответственных сооружений, например опор мостов — 0,9.

Мерзлые породы содержат неравномерно распределенные ледяные прослойки и линзы разной толщины, создающие дополнительную неоднородность породы. Это вызывает необходимость отбирать более крупные образцы для получения достоверных значений показателей состава, строения и свойств.

Мерзлые породы обладают значительно большей прочностью, чем талые, и требуют значительных усилий при отборе образцов. На естественных обнажениях и в искусственных выемках отбор монолитов производят с помощью мелкой пилы и ножа.

Мерзлые породы, содержащие ледяные шлиры, при оттаивании необратимо теряют свою криогенную текстуру. Поэтому все работы по отбору монолитов пород для сохранения их мерзлого состояния выполняются при температуре воздуха не выше 0°С. В теплое время года допускается отбор монолитов при условии немедленной их теплоизоляции или доставки в хранилище с отрицательной температурой воздуха.

Образцы мерзлого грунта нарушенного сложения отбирают при помощи ножа или лопаты и укладывают в металлические банки (алюминиевые бюксы) с герметически закрывающимися крышками, шламовые или полиэтиленовые мешочки. Грунт должен полностью заполнить банку. В банки и мешочки кладут этикетки, завернутые в целлофан или скотч, а вторые экземпляры наклеивают на боковые поверхности банок или привязывают к мешочку. Масса каждого отобранного образца должна «быть для глинистых грунтов не менее 1,5 кг, для песчаных — 2 кг, для крупнообломочных— 10 кг.

Для определения суммарной влажности отбирают образцы мерзлой породы и с нарушенным сложением, но не допуская их оттаивания и сублимации до взвешивания.

Консервацию монолитов производят непосредственно на месте их отбора. При этом на верхнюю поверхность монолита кладут этикетку, на которой указывают простым графитовым карандашом, чтобы исключить возможность обесцвечивания или расплывания записей.

- наименование организации, проводящей исследования;

- местонахождение пункта, где отобран образец;

- название, вид и номер горной выработки;

- номер образца;

- глубину отбора монолита;

- наименование грунта по визуальным признакам,

- характеристику криотекстуры в месте взятия монолита,

- должность и фамилию лица, производившего отбор, его подпись и

- дату отбора монолита.

Отобранные монолиты мерзлых пород консервируют и упаковывают, причем более тщательно, чем монолиты талых пород, создавая помимо влагоизолирующего слоя — теплоизоляцию, так как потеря монолитом влаги и резкие изменения температуры вызовут нежелательную перестройку криогенной текстуры.Монолиты заворачиваются в термоизоляционный материал - изолон, покрытый фольгой и затем в целлофановый пакет.

Монолиты грунтов, отбираемые в режущие кольца, отправляют в лабораторию в тех же кольцах, проведя предварительно консервацию открытых граней монолита. Для этого торцы колец покрывают несколькими слоями марли, обливают водой до получения необходимого слоя льда и на верхнюю грань помещают вторую этикетку.