Д.М. Димухаметов

Курс лекций

Методы гидрогеологических, инженерно-геологических и геокриологических исследований

Пермь, 2010

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ 2

Тема 1 Инженерно-геологические работы. 4

Лекция 1. Введение в дисциплину. Подготовительный этап и маршрутные наблюдения 4

Этапы проведения инженерно-геологических работ 7

Сбор и обработка материалов изысканий и исследований прошлых лет 8

Дешифрирование аэрофотоснимков 10

Наземные наблюдения 12

Лекция 2. Проходка горных выработок 14

Типы и условия применения горных выработок 14

Принципы изучения и описания пород при проходке выработок 20

Визуальные методы изучения и описания скальных пород. 21

Визуальные методы изучения и описания дисперсных грунтов 26

Описание многолетнемерзлых грунтов 36

Лекция 3. Гидрогеологические исследования. 37

Опытно-фильтрационные работы 38

Гидрохимическое опробование 42

Стационарные наблюдения 43

Геофизические исследования 45

Тема 2. Полевые исследования грунтов 49

Лекция 4. Испытания грунтов штампами и прессиометрами 49

Испытание грунтов штампами в шурфах и скважинах 51

Определение осадки мерзлых грунтов при оттаивании штампом в скважине 56

Прессиометрические испытания 58

Лекция 5. Испытания прочности грунтов в выработках (ГОСТ 20276-99) 63

Лекция 6. Статическое и динамическое зондирование (ГОСТ 19912-2001) 71

Метод динамического зондирования 72

Метод статического зондирования 75

Лекция 7. Испытание грунтов натурными и эталонными сваями 78

Лекция 8. Исследование сопротивления сдвигу и пенетрации 86

Тема 3 Лекция 9. Лабораторные и камеральные работы 89

Показатели свойств грунтов для инженерно-геологической оценки (прогноза) 94

Учебно-методический комплекс 103

1. Цели и задачи изучения дисциплины 107

2. Требования к уровню освоения дисциплины 107

3. Объем дисциплины 107

3.1. Объем дисциплины и виды учебной работы 107

3.2. Распределение часов по темам и видам учебной работы 108

4. Содержание курса 108

5. Темы практических занятий. 109

6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 109

6.1. Литература 109

6.2. Материально-техническое и информационное обеспечение дисциплины 110

6.3. Методические указания студентам 110

6.4. Методические рекомендации преподавателю 110

II. Материалы, устанавливающие содержание и порядок проведения промежуточных и итоговых аттестаций 111

Тема 1 Инженерно-геологические работы. Лекция 1. Введение в дисциплину. Подготовительный этап и маршрутные наблюдения

Предмет являет одним из базовых курсов специальности инженерной геологии. Выбор и обоснование необходимых методов для решения конкретных задач является необходимым условием проведения кондиционных работ и соответственно выдачи технического отчета отвечающего требованиям экспертизы.

Курс включает в себя следующие разделы:

- Гидрогеологические исследования;

- Методы инженерно-геологических исследований;

- Полевые методы исследований свойств грунтов;

Спектр применения гидрогеологических исследований достаточно широк. С помощью ГГИ решается ряд задач, начиная от характеристики гидрогеологических условий участков проектирования и строительства, включая положение УГВ (появившийся, установившийся), гидрохимические условия до характеристики гидродинамических условий с целью прогнозирования их изменения в процессе эксплуатации объектов, а также прогноза развития опасных геологических процессов. Кроме того гидрогеологические исследования являются неотъемлемой частью инженерно-экологических изысканий для характеристики экологического состояния подземных вод и изучения их защищенности от внешнего загрязнения. Во многих случаях решение гидрогеологических задач наиболее эффективно при комплексировании опытно-фильтрационных работ с геофизическими методами (в первую очередь электроразведка).

Методы инженерно-геологических исследований применяются на всех стадиях проектирования сооружений и являются основным источником получения информации о литологическом составе, физико-механических и физических свойствах грунтов и пород а также развитии геологических процессов. Выбор оптимальных с учетом технической характеристики объекта методов проведения работ производится на основании нормативных документов основным из которых является СП 11-105-97 (Ч.1-5), СНиП 11-02-96. Кроме того для изысканий применяются нормативные документы регламентирующие дополнительные требования к изысканиям для конкретных сооружений (полигоны промотходов, автодороги, мостовые переходы, резервуары, переходы трубопроводов через естественные преграды и т.д.)

Отдельным разделом курса рассматриваются полевые методы исследований свойств грунтов как источник наиболее объективной информации о свойствах грунтов получаемой непосредственно в условиях их естественного залегания. Таким образом исключается возможность погрешностей связанных с изменением естественных свойств грунтов в процессе бурения скважин, отбора и транспортировки проб для проведения лабораторного анализа. Значительная часть полевых опытных работ проводится для сооружений повышенного уровня ответственности (штамповые испытания, натурные и эталонные сваи).

Основные термины и определения

Термин	Определение
Геологическая среда	Верхняя часть литосферы, представляющая собой многокомпонентную динамическую систему (горные породы, подземные воды, газы, физические поля - тепловые, гравитационные, электромагнитные и др.), в пределах которой осуществляется инженерно-хозяйственная (в том числе инженерно-строительная) деятельность
Инженерно-геологические условия	Совокупность характеристик компонентов геологической среды исследуемой территории (рельефа, состава и состояния горных пород, условий их залегания и свойств, включая подземные воды, геологических и инженерно-геологических процессов и явлений), влияющих на условия проектирования и строительства, а также на эксплуатацию инженерных сооружений соответствующего назначения
Геологический процесс	Изменение состояния компонентов геологической среды во времени и в пространстве под воздействием природных факторов
Инженерно-геологический процесс	Изменение состояния компонентов геологической среды во времени и в пространстве под воздействием техногенных факторов
Стационарные наблюдения	Постоянные (непрерывные или периодические) наблюдения (измерения) за изменениями состояния отдельных факторов (компонентов) инженерно-геологических условий территории в заданных пунктах
Режим подземных вод	Характер изменений во времени и в пространстве уровней (напоров), температуры, химического, газового и бактериологического состава и других характеристик подземных вод
Категории сложности инженерно-геологических условий	Условная классификация геологической среды по совокупности факторов инженерно-геологических условий, определяющих сложность изучения исследуемой территории и выполнение различного состава и объемов изыскательских работ
Техногенные воздействия	Статические и динамические нагрузки от зданий и сооружений, подтопление и осушение территорий, загрязнение грунтов, истощение и загрязнение подземных вод, а также физические, химические, радиационные, биологические и другие воздействия на геологическую среду
Гидрогеологические условия	совокупность признаков, характеризующих литологический состав и водные свойства горных пород, условия залегания, движения, качество и количество подземных вод, особенности их режима в природной обстановке и под влиянием искусственных факторов.
Режим подземных вод	закономерное изменение во времени уровня, температуры, химического и газового составов подземных вод под влиянием естественных и искусственных факторов
Статический уровень подземных вод	естественный, не нарушенный откачкой или нагнетанием уровень подземных вод.
Тальвег	линия, соединяющая самые глубокие участки речного русла.
Статическое зондирование	процесс погружения зонда в грунт под действием статической вдавливающей нагрузки с измерением показателей сопротивления грунта внедрению зонда.
Динамическое зондирование	процесс погружения зонда в грунт под действием ударной нагрузки (ударное зондирование) или ударно-вибрационной нагрузки (ударно-вибрационное зондирование) с измерением показателей сопротивления грунта внедрению зонда.
Техногенные грунты	Естественные грунты, измененные и перемещенные в результате производственной и хозяйственной деятельности человека, и антропогенные образования.
Антропогенные образования	Твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности человека, в результате которой произошло коренное изменение состава, структуры и текстуры природного минерального или органического сырья.
Грунты, измененные физическим воздействием	Природные грунты, в которых техногенное воздействие (уплотнение, замораживание, тепловое воздействие и т. д.) изменяет строение и фазовый состав.
Грунт мерзлый	Грунт, имеющий отрицательную или нулевую температуру, содержащий в своем составе видимые ледяные включения и (или) лед-цемент и характеризующийся криогенными структурными связями
Геокриологические условия	совокупность признаков, характеризующих распространение, формирование, залегание, температуру, состав, свойства и криогенное строение сезонно- и многолетнемерзлых грунтов, а также криогенные процессы и явления, развивающиеся в природной обстановке и под влиянием технических факторов.
Грунт сыпучемерзлый (синоним - "сухая мерзлота")	Крупнообломочный и песчаный грунт, имеющий отрицательную температуру, но не сцементированный льдом и не обладающий силами сцепления
Грунт пластичномерзлый	Дисперсный грунт, сцементированный льдом, но обладающий вязкими свойствами и сжимаемостью под внешней нагрузкой
Криогенными процессами	геологические процессы, которые происходят при промерзании или оттаивании горных пород, а также замерзании подземных вод. Сезонное оттаивание — это оттаивание летом верхней части толщи мёрзлых пород.

Специфика проведения геокриологических исследований во многом обусловлена тем, что состояние мерзлых грунтов может резко отличаться от их свойств после протаивания. Это связано не только с ухудшением их физико-механических свойств, но и с деформациями связанными с изменением объема связанной и капиллярной воды в мерзлой и жидкой фазах. Кроме того значительны и опасны для сооружений процессы связанные с сезонным протаиванием-замерзанием пород криолитозоны. Такими процессами являются термокарстовые формы образуются в результате вытаивания подземных льдов, сопровождающегося просадками поверхности земли, многолетние бугры пучения, солифлюкция - пластично-вязкое или вязкое течение грунтовых масс на склонах, наледи формирующиеся в результате излияния подземных вод на поверхность.