книги из ГПНТБ / Климов О.Д. Основы инженерных изысканий учеб. пособие

после очередного увеличения нагрузки делается выдержка во вре­ мени (15—30 мин) до наступления стабилизации осадок.

На основании испытаний составляют графики зависимости АН — =: / (Т) осадки АН от времени Т и график зависимости АН = f (Р) осадки от удельной нагрузки Р на штамп.

Для вычисления модуля Е деформации особенно важен второй график (рис. 39). На этом графике начальный участок ОНт в расчет не принимается, так как осадка штампа на этом отрезке кривой обычно преувеличена за счет недостаточно хорошего контакта пло­ скости штампа с поверхностью грунта. В обработку включают только

называется критической точкой, поскольку за ней пропорциональ­

Коэффициент Пуассона находится экспериментально, его при­

Модуль Е деформации грунта у одной и той же породы подвержен заметным колебаниям. Так, для крупнозернистого и среднезерни­ стого песка Е — 300 -f- 600 кг/см2, для мелкозернистого песка

Е — 200 ~ 400 кг/см2, для пылеватого Е — 100 -f- 250 кг/см2.

При желании определить характеристики слоя грунта, залегаю­ щего глубоко и не вскрытого шурфом или котлованом, испытания ведутся в скважинах. Однако такие испытания считаются менее достоверными, так как при этом приходится применять небольшие по площади (до 600 см2) штампы, а они дают худшие результаты, и худшего качества в этом случае оказывается подготовка поверх­ ности грунта, на которую устанавливается штамп, что также иска­ жает результаты исследований.

В последнее время в практике инженерно-геологических изы­ сканий и при полевых испытаниях все большее распространение получают новые, простые, экономичные методы изучения физикотехнических свойств грунтов. К ним относятся динамическое и ста­ тическое зондирование (пенетрация).

Эти методы дают возможность произвести детальное расчленение геологического разреза (особенно в комплексе с небольшим числом

82

опорных буровых скважин), обнаружить тонкие прослойки грунтов и включений в мягкие грунты обломочных пород, определить для песчаных пород плотность сложения и модули деформации, а для

штанги с навинченным на нее специальным стальным наконечником — зондом в виде конуса, имеющего диаметр до 74 мм и угол при вершине 60°. Забивка зонда производится молотом определенного веса, свободно падающим с постоянной высоты; при этом фиксируется число ударов, необходимое для погружения зонда на определенную глубину (10 см), или глубина погруяюния зонда после 10 ударов.

Результаты наблюдений при динамическом зондировании пред­ ставляют в виде ступенчатых графиков, наглядно показывающих, как меняется сопротивление грунта внедрению зонда. Если зондиро­ вание охватывает целые площади, то строят профили и карты.

С т а т и ч е с к о е з о н д и р о в а н и е отличается от динамического тем, что погружение зонда осуществляется не за­ бивкой, а вдавливанием при помощи гидравлического домкрата. Развиваемое домкратом усилие измеряется манометром. Помимо этого, зонд снабжается датчиком, который позволяет в любой момент определять величину сопротивления грунта внедрению конуса.

При помощи статического зондирования можно вести изучение мягких грунтов на глубину 15—25 м со скоростью 0,5—1 м/мин.

Итоговым материалом статического зондирования является гра­ фик, на котором показывают две кривые: кривую сопротивления грунта под зондом и кривую сопротивления трения. По характеру

чение для мест, на которых проектируется строительство сооруже­ ний, обладающих в определенной степени тенденцией к сдвигу, например мостов, плотин. Однако испытания на сдвиг могут про­ изводиться просто для получения более полной прочностной характе­ ристики неоднородных по составу грунтов, испытания которых в лабораторных условиях не дают удовлетворительных результатов.

Испытание пород на сдвиг может вестись в шурфах и скважинах. Испытания в шурфах ведут различными методами. Рассмотрим один из них.

В дно шурфа вдавливают стальное кольцо 1диаметром около 400 мм, грунт с внешней стороны кольца убирают; после этого в шурфе устанавливают два домкрата (рис. 40), из которых домкрат 3 создает вертикальную нагрузку — обжимает грунт, а домкрат 2 создает

сдвигающее усилие. Нормальные нагрузки на целик породы от домкрата 3 дают ступенями по 0,2—0,5 кг/см2, с выдержкой каждой ступени не менее 15—30 мин в зависимости от рода грунта, пока не доведут ее до требуемого значения (равного удельному давлению

от сооружения). Сдвигающее усилие также дается ступенями, с мень­ шей выдержкой во времени. Момент, когда сдвигающее усилие пре­ одолевает силы трения и сцепления в грунте, фиксируется резким падением давления в манометре домкрата 2. Испытания заканчивают, если кольцо оказывается смещенным на 2—3 см.

Такие испытания необходимо провести на 3—4 целиках однород­ ного грунта, но при разных значениях нормальной нагрузки. По результатам испытаний строят графики зависимости s — f(P), сдви­ гающих усилии s от нормаль­

ной нагрузки Р, по которым затем находят угол ф внутрен­ него трения и удельное сце­

боковое давление на грунт и затем крыльчатка поворачивается. Этот метод испытания основан на измерении предельного крутя­ щего момента, при котором начинается сдвиг (вращение) лопастей крыльчатки. Сопротивление же сдвигу зависит от свойства грунта и размеров лопастей крыльчатки. Измерив сопротивление сдвигу

при разных давлениях к поверхности среза и зная размеры крыль­ чатки, можно вычислить ф и С.

Такие испытания для одного слоя породы повторяют в одной скважине несколько раз, постепенно углубляя скважину.

Испытания грунта лопастными приборами можно вести до глу­ бины 15 20 м. Лопастные приборы позволяют косвенно определить и модуль сжимаемости грунта.

84

§ 29. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

При полевых гидрогеологических исследованиях определяют глубину залегания и мощность водоносных пластов, изучают режим безнапорных и напорных вод, их химизм и температуру, определяют коэффициент фильтрации горных пород.

Глубина и мощность водоносного безнапорного пласта опреде­ ляются замерами расстояний от устья скважины до зеркала водо­ носного горизонта и от зеркала подземных вод до кровли во­ доупорного пласта. В напорном водоносном пласте мощность горизонта определяется расстоянием между верхним и нижним водоупорами.

При исследовании режима ведут наблюдения за уровнями, укло­ нами, направлением и скоростью течения, дебитом подземных вод.

а

6

Рис. 42. Средства для заме­ ра уровня подземных вод

Наблюдения ведут на специальных станциях и постах, причем наблю­ дения должны продолжаться не менее одного года, с тем чтобы можно было выявить характер изменения режима в полном годовом цикле и в связи с сезонным изменением характера питания подземных вод

атмосферными осадкамиНаблюдения за колебаниями уровня грунтовых вод ведут пре­

имущественно в скважинах, определенным образом расположенных на местности, например в направлении максимальных уклонов рельефа, перпендикулярно направлению течения реки или времен­ ного водотока.

Замер уровня производится при помощи хлопушки (рис. 42, а)г свистка (рис. 42, б) или электроуровнемера. Хлопушку и свисток опускают в скважину на тонком тросике, шнуре или рулетке. Уро­ вень фиксируется относительно устья скважины с точностью не менее 1 см.

Направление и уклон подземного потока выявляют на основе определения отметок зеркала подземных вод в системе скважин и последующего вычерчивания гидроизогипс (рис. 43); линии, нор­ мальные к направлению гидроизогипс, указывают направление максимального уклона и, следовательно, движения потока.

Скорость подземного потока обычно измеряют используя минимум две скважины, расположенные по направлению движения потока. В одну из них (верхнюю) в определенный момент времени пускают индикатор (краску или раствор хлористого натрия), а из нижней

85

нию подлежат слои грунта, заполненные водой (водоносный пласт); опытные наливы и нагнетания используют для водоносных и нево­ доносных пород.

Метод откачек может применяться с использованием одиночных скважин или куста скважин. При использовании куста скважин коэффициент фильтрации определяется более надежно; кроме того, при таком методе можно определить фильтрационную неоднород­ ность водоносного пласта и характер депрессионной кривой. При кустовом размещении скважин наблюдения ведут следующим образом.

В центре исследуемого участка (рис. 44) закладывают централь­ ную скважину ЦС, от нее по двум или четырем радиусам распола­ гают наблюдательные скважины НС; их число зависит от гидро­ геологических условий: в однородных пластах ограничиваются 1—2, в неоднородных делают 4 и более. Удаленность НС от ЦС опреде­ ляют на основе предварительного расчета с учетом мощности водо­ носного горизонта, состава пород и предполагаемой величины ко­ эффициента фильтрации К. Расстояние г до наиболее удаленной скважины может меняться в широких пределах — от 5—8 м до дву­ кратной мощности водоносного пласта.

Произведя замер уровней воды во всех скважинах, насосом из ЦС начинают откачивать воду; при этом положение статического уровня нарушается, и он принимает типичный характер депрессион­ ной кривой (рис.45).

Откачка воды из ЦС ведется продолжительное время (не менее суток), пока не будет достигнут установившийся режим, т. е. коли­ чество откачиваемой воды сравняется с количеством притекающей из грунта, что обнаруживается по стабилизации уровней в сква­ жинах. Произведя замеры уровней в двух наблюдательных сква­ жинах при установившемся режиме фильтрации в условиях без­

ственно расстояние до первой и второй наблюдательных скважин

горизонта. Иногда исследования фильтрационных свойств' грунтов ведут и при неустановившемся режиме фильтрации.

Для определения водопроницаемости грунтов, которые не со­ держат воды, но после завершения строительства сооружения могут оказаться заполненными водой и, следовательно, пропускать воду

87

(например, после постройки плотины), производят опытные нагне­ тания или наливы. Оба эти метода используются и дополняют один другого, а при одновременном применении дают наиболее достовер­

ные результаты.

Опытные наливы применяют для определения коэффициента филь­ трации рыхлых, трещиноватых и частично связных пород поверх­ ностной зоны, т. е. зоны выветривания.

Существует несколько способов налива. Рассмотрим для при­ мера метод А. К. Болдырева (рис. 46).

В шурф сечением не менее 1 ХІ,5 м при помощи шланга наливают воду, регистрируя расход ее по водомерной трубке бака 1.. Регули-

руя краном 2 интенсивность поступления воды в шурф, добиваются получения установившегося фильтрационного расхода. Такое поло­ жение считается достигнутым, когда в течение продолжительного времени колебания уровня воды в шурфе не превышают 1 см, а откло­ нения измеренного несколько раз расхода q$ от среднего не более 10 %.

По методу А. К. Болдырева предполагается, что площадь, через которую происходит фильтрация подземного потока, равна пло­ щади сечения со шурфа, поэтому К находят, пользуясь формулой

Рассмотренный метод применяется для приближенного определе­ ния коэффициента фильтрации крупнозернистых песков, граве- листо-галечниковых и трещиноватых пород.

§30. ПОИСКИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Всостав инженерно-геологических изысканий, помимо отыска­ ния выгоднейшего места для сооружения, входят также поиски строительных материалов.

88

Естественные строительные материалы широко используются.

и балласта для железных дорог; бутовый камень — при строитель­ стве фундаментов; в качестве облицовочного материала исполь­ зуются мрамор, граниты, сиениты, туфы и др.; глина, лёсс — как материалы для гидроизоляции при строительстве плотин, и т. д.

Строительные материалы должны отвечать ряду требований, из которых главнейшими можно считать: соответствующее качество материалов и необходимый запас их, минимальные затраты на раз­ работку и доставку их к месту строительства.

Требования к строительным материалам зависят от вида про­ ектируемого сооружения, его класса и определяются соответству­ ющими нормативными документами.

Наиболее важная характеристика качества каменных строи­ тельных материалов — их механическая прочность в сухом и водо­ насыщенном состоянии, морозоустойчивость, удельный и объемный вес, пористость. Для песков важная характеристика — грануло­ метрический состав и содержание вредных примесей (глинистых частиц, гипса); для гравия важен также его петрографический состав, морозостойкость.

Запасы месторождений нерудного минерального сырья, к кото­ рому относятся и строительные материалы, классифицируют по степени разведанности, изученности качества и условиям разработки

с исчерпывающей полнотой, дающей возможность установить усло­ вия залегания, форму и строение тела полезного ископаемого, его качество, условия разработки. Конфигурация тела полезного иско­ паемого определена буровыми скважинами и горными выработками; погрешность определения запасов не превышает 10—15%.

К к а т е г о р и и В относят запасы, разведанные и изученные с детальностью, позволяющей выявить только основные особен­ ности условий залегания, формы и характера строения полезного ископаемого; пространственное положение тела полезного ископае­ мого определено приближенно; погрешность подсчета запасов может доходить до 20—40%. Контур тела ископаемого определен по дан­ ным разведочных выработок с элементами экстраполяции на гео­ логически неисследованные участки местности.

Кк а т е г о р и и относят запасы, разведанные и изученные

сдетальностью, обеспечивающей выяснение в общих чертах условий залегания, формы и строения тела полезного ископаемого, его ка­ чества, технологических свойств, условий ведения разведочных работ; погрешность подсчета запаса 40—50%. Контур запасов опре­ делен разведочными выработками и экстраполяцией по геологи­ ческим и геофизическим данным.

Кк а т е г о р и и С2относятся запасы, предварительно оценен­ ные; условия залегания, форма и распространение тела полезного

89

ископаемого определены на основе литературных данных и ча­ стично геологических и геофизических данных, частично проверен­ ных геологическими выработками. Качество материала определено отдельными пробами. Контур запасов определен в пределах под­

ходящих геологических структур.

Надежно определить категорию нерудного полезного ископае­ мого очень важно при решении вопроса о промышленном освоении месторождения; ошибки в определении категории запаса недопустимы.

Содержание и объем изысканий строительных материалов зависят от типа проектируемого сооружения, его класса, стадии проектиро­

вания и местных условий.

Поиски строительных материалов ведутся на основе геолого­

Необходимый масштаб геологи­ ческой съемки зависит от размеров месторождения и сложности геологического строения участка. Для

месторождений, занимающих площадь несколько квадратных кило­ метров и имеющих несложное строение, съемки выполняются в мас­ штабах 1 : 5000—1 : 10 000; для меньших месторождений, но имею­ щих сложное геологическое строение, нужны съемки в масштабах 1 : 1000—1 : 2000 с сечением рельефа через 2—0,5 м.

Поиск ведется одиночными маршрутами или проложением системы параллельных маршрутов, равномерно покрывающих отдельные площади. Маршруты прокладывают на расстоянии 100—250 м один от другого. По маршрутам ведется геологическая съемка и тех­ ническое нивелирование.

В процессе поисковых работ должно быть выяснено хотя бы приближенно качество строительного материала, его запасы, условия залегания и разработки, объем вскрышных работ, глубина залега­ ния и водообильность встречаемых подземных вод. Для этого ведут разведочные работы: шурфование, рытье канав, бурение скважин.

Качество разведанных строительных материалов оценивают на основе испытаний образцов пород; при испытании используют при­ ближенные методы. Разработка естественных строительных мате­ риалов чаще всего выполняется открытым способом.

Подсчет запасов ведется на основе полученных в результате разведки планов и геологических разрезов, на которых указывается также качество материала.

90