4. Инженерно-геологическая оценка прочности скальных и полускальных грунтов. Методы определения. Основные показатели.

ГОСТ Р 59958-2021ГРУНТЫ. Метод определения пределов прочности и модуля деформации при испытании сосредоточенной нагрузкой

Метод предназначен для определения характеристик прочности и деформируемости скальных грунтов и аналогичных им техногенных грунтов (по ГОСТ 25100) на одноосное сжатие при инженерных изысканиях и исследованиях грунтов для строительства в водонасыщенном состоянии, воздушно-сухом состоянии и при природной влажности.

Метод применяют в случаях, когда структурно-текстурные особенности грунта не позволяют провести (или провести в достаточном объеме) испытания по определению прочности при одноосном сжатии плоскими плитами, либо в случаях, когда необходимо одновременно определить прочность при одноосном растяжении.

Сущность метода

1 Сущность метода при определении параметров прочности заключается в измерении максимальной разрушающей силы, приложенной точечно (конусными, сферическими инденторами) к образцу через встречно направленные инденторы.

2 Испытания на деформируемость заключаются в измерении деформаций образца при его ступенчатом нагружении и разгружении через инденторы без разрушения.

ниже из билетов прошлых лет

1. Изучение минерального состава структуры и текстуры по шлифам. Для различных типов горных пород проводят определение валового химического состава методом силикатного анализа: определяется содержание породообразующих оксидов.

2. Определяются показатели физического состояния грунта: влажность W – метод гидростатического взвешивания, плотность P_S – пикнометрическим методом, плотность частиц P_d – формула.

3. Определяется водопоглащение грунта (при опытно фильтрационных работах г/г нагнетание.Откачки).

4. Определяются показатели прочности грунта. R – прочность при одноосном сжатии. R – Мпа (определяется на приборах одноосного сжатия (пресс). Измеряется площадь, грани кубика или круга в цилиндре, затем проводят раздавливание образца на прессе с фиксированием разрушающей нагрузки P. R=Pраз/F (площадь грани).

Испытание проводится при 3 режимах:

а) определяется прочность образца природной влажности;

б) после водонасыщения R₂-P₂. Кразм=R₂/R₁ – коэффициент размягчаемости. (=1-водоустойчивый; <1-различная степень размягчаемости);

в) прочность после проведения циклов промерзания, оттаивания образца оценивается степень морозоустойчивости. Проводят 10-25-50 циклов замеряется оттаивание образца, если не разрушается, то определяется его временное сопротивление сжатию R₃-P₃. Расчитываем коэффициент морозостойкости Км=R₃/R₁.

5. Определяется V распространения в грунте продольной и поперечной сейсмичности волн (определяется с помощью ультро-звуковой установки). Образцы могут быть правильной и неправильной формы.

В массиве сейсмическаяV определяется при сейсморазведке.

Экзаменационный билет № 20

1.Особенности проведения гидрогеологических исследований в области распространения многолетнемерзлых пород. Месторождения подземных вод в криолитозоне.

Съемочные работы

Прежде всего, следует отметить, что в составе гидрогеологической съемки на площадях развития многолетней мерзлоты преобладают геокриологические исследования, а сама съемка является, по существу, комплексной мерзлотно-гидрогеологической, призванной обеспечить изучение закономерностей пространственного распространения сезонной и многолетней мерзлоты и всестороннюю оценку ее влияния на гидрогеологические и инженерно-геологические условия изучаемой территории и особенности ее народнохозяйственного освоения и использования.

Важным моментом съемочных работ в области распространения многолетней мерзлоты является выбор времени для проведения полевых исследований. Следует учитывать, что наиболее четко естественные выходы подземных вод (особенно глубокого залегания) проявляются в конце зимы и в самом начале весны (до начала снеготаяния), когда поверхностные и надмерзлотные воды, маскирующие и перекрывающие эти выходы, максимально промерзают. Поэтому изучение выходов подмерзлотных подземных вод в зимнее и весеннее время дает наиболее достоверную информацию об их свойствах, ресурсах и химическом составе.

Важно также отметить, что сезонные колебания дебита, напора, температуры и химического состава воды источников в области распространения многолетнемерзлых пород часто бывают существенно более контрастными, чем у источников вне этой области. Поэтому здесь желательны систематические круглогодичные гидрогеологические наблюдения за их режимом. В крайнем случае, наблюдения должны проводиться зимой (в период наибольшего промерзания) и осенью (в период наибольшего протаивания). Для определения возможности использования вод источника для водоснабжения обязательны круглогодичные наблюдения.

Важной особенностью изучения подземных вод области многолетней мерзлоты является необходимость более детального исследования их температурного режима, так как изменение температуры здесь может привести не только к изменению качества подземных вод, но и к изменению их фазового состояния, объема и условий их эксплуатации. Поэтому в данной области следует проводить наблюдения за действующими источниками и водозаборами, режимом и условиями их эксплуатации (особенно в периоды наибольшего промерзания и оттаивания пород) и т. д.

Наблюдения за режимом подземных вод и температурным режимом горных пород. Такие наблюдения являются важнейшей составной частью выполняемых мерзлотно-гидрогеологических исследований. Они необходимы при решении самых разнообразных инженерно-гидрогеологических задач (при водно-тепловых мелиорациях земель, водоснабжении, различных видах строительства и т. д.).

В результате выполняемых исследований изучается температурное поле горных пород и его динамика по сезонам года на участках с разнообразными природными условиями:

1) исследуют величину и закономерности распределения температуры в плане и по глубине;

2) мощность зоной колебаний температуры;

3) величину и: характер изменения геотермического градиента, и другие показатели.

Наиболее надежные данные о режиме температуры мерзлых, пород получают на основе замеров температуры в специально оборудованных термометрических скважинах при условиях, исключающих нарушение естественного теплового поля многолетнемерзлых и сезоннооттаивающих пород.

Специфика наблюдений за режимом подземных вод в области распространения многолетнемерзлых пород определяется возможностью замерзания воды в скважинах. Замерзание воды в скважинах предотвращают заполнением стволов наблюдательных скважин соляркой или рассолом, периодическим прогревом паром, горячей водой, электронагревательными приборами, прокачкой скважин и т. д.

При изучении режима источников необходимо учитывать следующие особенности:

а) образование наледи, на которую расходуется часть или даже полностью вода источника;

б) непостоянство условий выхода и расхода воды в течение года;

в) миграцию струи воды источника по склону местного понижения или по площади наледи;

г) некоторое увеличение дебита источника в весеннее время за счет таяния наледи;

д) изменение минерализации и состава подземных вод в связи с частичной, их кристаллизацией при движении в теле наледи;

е) неоднородность и изменчивость во времени минерализации и химического состава льда, как по площади, так и в вертикальном разрезе, связанных с концентрированием и дифференциацией компонентов общей минерализации в процессе замерзания воды, растекающейся по поверхности наледи;

ж) динамичность системы талик — мерзлая порода, обусловленная значением конвективного теплопотока источника и температурой мерзлых и талых пород и ее изменением под воздействием климатических условий (4).

Образование многолетнемерзлых пород, являющихся водоупорами, сильно изменило условия водообмена атмосферных и подземных вод в криолитозоне. Большая часть пресных подземных вод в криолитозоне приурочена к таликам.

Таликами,или талыми зонами, называются толщи талых горных пород, которые развиты на поверхности земли или под водоемами и реками и которые непрерывно существуют более десятка лет. Если талики подстилаются снизу мерзлыми породами, то они называются надмерзлотными,или несквозными, а если талики только обрамляются по бокам мерзлыми породами, как стенками, то они носят название сквозных. Талики также могут быть межмерзлотными ивнутримерзлотными в виде линз «тоннелей», «трубы», ограничены со всех сторон мерзлыми породами.

Подземные воды криолитозоны по отношению к мерзлым породам — криогенным водоупорам — подразделяются на:

1) надмерзлотные; 2) межмерзлотные; 3) внутримерзлотные и 4) подмерзлотные воды.

1. Надмерзлотные подземные воды подразделяются на временные воды деятельного слоя и постоянные воды несквозных таликов.

Временные воды существуют только летом, и глубина их залегания не превышает кровли мерзлых пород. Воды имеют важное значение для процессов солифлюкции, образования курумов, оплывин, пучения пород.

Постоянные воды связаны с несквозными таликами над кровлей мерзлых пород, и они отвечают за образование гидролакколитов, бугров пучения, наледей.

2. Межмерзлотные воды обычно располагаются между двумя слоями мерзлых пород, например между голоценовым верхним и реликтовым, позднемиоценовым, нижним. Эти воды чаще всего динамически не активны.

3. Внутримерзлотные воды, о чем говорит их название, существуют внутри толщи мерзлых пород и находятся в замкнутых объемах, будучи приуроченными к таликам в карстующихся известняках.

4. Подмерзлотные воды циркулируют вблизи подошвы мерзлой толщи, обладают положительными температурами, иногда слабо или сильно минерализованы и могут быть напорными и ненапорными, а также контактирующими с мерзлой породой или неконтактирующими, т. е. отделенными слоем талых пород от мерзлых.