2.3 Бурение
1-Четвертичные отложения 2-Коренные породы
Бурение – способ получения геологической информации с помощью создания скважин. По результатам бурения можно построить колонку буровой скважины, а значит и геологический разрез, определить уровень грунтовых вод, отобрать образцы пород для лабораторных исследований и зафиксировать опасные геологические явления.
По способу бурения бывают:
Вращательный
Ударно-канатный
Вибрационный
Выбор способа зависит от
Вида грунта
Вида получаемой информации
Глубина бурения
Вращательный метод бурения применяется при исследовании дисперсных грунтов, скальных пород на разных глубинах.
Рисунок –Инструменты вращательного метода
Каланковое бурение позволяет пройти скальный грунт на большие глубины и получить монолит грунта ненарушенного строения.
Вибрационный метод использует рассмотренные выше инструменты, но их внедрение осуществляется с помощью вибрации.
Буровые инструменты для механического бурения
1)Колонковая труба. 2)Штанга-конус для зондирования. 3)Шнек.
4)Колонковая труба с буровой колонкой 5)Забивной стакан.6)Змеевик.
7)Забивной стакан. 8)Ловильный инструмент. 9)Дробовая коронка.
Механическое бурение позволяет проходить инженерно-геологические скважины до 500 метров с отбором грунта как нарушенной, так и ненарушенной структуры. При проходке скважин в скальных грунтах применяется колонковый способ бурения, а используемый при этом наконечник называется «буровая коронка». На забой буровая коронка подается за счет колонны буровых труб. Бурение вращательное. При бурении применяются промывочные жидкости для удаления разрушенной на забое породы - шлака, охлаждения инструмента и для закрепления стенок скважины (глинизация). При необходимости, в случае отрыва инструмента от штанги или троса, используется ловильный инструмент: колокол или вилка.
Буровые коронки
Вилка
Помимо механического бурения так же применяется ручное бурение. Ручное бурение применяется в труднодоступных местах (бурение со льда и в других случаях). Бур геолога используется при бурении скважин малого диаметра (34 мм) и глубины (до 10 м.)
При ручном бурении используются следующие наконечники:
Буровая ложка. Применяется при вращательном способе бурения (ручном и механическом) для проходки грунтов от полутвёрдой до мягкопластичной консистенции. При этом грунт полностью разрушается и мы можем судить только о состоянии грунта и литологическом составе.
Бурение ведётся с помощью буровых штанг.
Наконечник-долото. Применяется при проходке скважин в скальных грунтах. Бурение ведется ударным способом.
Ключ-рукоять
Лопатка.
2.4 Лабораторные исследования
Лабораторные методы предназначены для исследования образцов грунтов и подземных вод из скважин и шурфов. Исследование осуществляются специальными приборами, которые в современном исполнении оснащены системами регистрации измеряемых величин. В лаборатории кафедры Инженерной геологии и геоэкологии показаны приборы 80х годов прошлого века. На этих приборах хорошо видна схема устройства, система нарушения снятия отсчетов.
В лаборатории определяются два типа характеристик грунтов:
1)Физические характеристики, необходимые для наименования грунтов в соответствии с классификациями. (Без лабораторных определений точно определить наименования грунтов нельзя).
2)Механические характеристики грунтов, необходимые для расчета оснований, откосов и решения других проектных задач.
Из физических характеристик в лаборатории определяют:
-плотность грунта ρ, г/см3
-влажность грунта W, % или д.е.
-плотность сухого грунта ρd , г/см3
-плотность частиц грунта ρs ,г/см3
-число пластичных глинистых грунтов Ip %
-зерновой состав песчаных грунтов d, мм
Для определения названых физических характеристик используются:
- набор стандартных сит (рассев для фракционирования песков)
- весы для взвешивания фракций, для взвешивания проб глинистых грунтов при определении влажности, пластичности, плотности грунта.
- стеклянные мензурки для определения объема проб грунта при определении плотности(объем пробы определяется погружением её в мензурку с водой ,по объему вытесненной воды, с предварительным парафинированием пробы)
- электрические печи для высушивания проб грунта при определение влажности.
Названные определения выполняются на пробах небольшого объема от 10 до 300 см3 грунта.
Механические характеристики грунта:
- угол внутреннего трения Φ , град
-сцепление грунта С, кПа
-модуль деформации Е, кПА
Лабораторные исследования направлены на изучение следующих свойств грунтов:
1)Для песчаных – гранулометрический состав, который дает точное название.
2)Для глинистых – пластичность, чтобы дать точное название
3)Для скальных – прочность при одноосном раскалывании
4)Для всех – изучение химического состава
Вид и качество анализа зависит от состава и особенностей, горных парод, а также от детальности их исследования. Лабораторные исследования подземных вод направлены на изучение химического и бактериального состава загрязнения подземных вод.
Для определения модуля деформации применяется компрессионный прибор системы Гидропроекта (Маслова).
Для определения прочностных характеристик Φ и С используется сдвиговой прибор. В нём осуществляется срез образца по плоской поверхности. Образец пробы цилиндрической формы, диаметром 50-70 мм и высотой 15-20 мм помещают в рабочую цилиндрическую коробку прибора, которая состоит из двух половин, двух колец. Одно из них закреплено на столе прибора. К другому прикладывается горизонтальное усиление вплоть до среза грунта. Предварительно образец уплотняется вертикальной нагрузкой точно так, как в компрессионном приборе. Сдвиги осуществляются на нескольких образцах близнецах (беруться из одного монолита глинястого грунта, в природе они действительно находяться в непосредственной близости, потому их сложение и состояние теоретически тождественны, а практически весьма сходны) при разных вертикальных нагрузках. Это позволяет получить зависимость τ (δ), где τ - сдвигающее напряжение, Па;
-осевое напряжение (вертикальное) при сдвиге, Па.
Общий вид зависимости:
