Методы иг

1. Инженерно-геологическая съемка различных масштабов с составлением инженерно-геологических карт и разрезов.

2. Инженерно-геологическая разведка с применением горных выработок (шурфов и скважин) и методов геофизики.

3. Экспериментальные полевые работы для оценки различных свойств и устойчивости грунтов в естественном залегании.

4. Режимные стационарные наблюдения за геологическими процессами, подземными водами и т.д.

5. Лабораторно-экспериментальные исследования свойств горных пород в образцах.

6. Методы аналогий, расчетные методы и методы инженерно-геологического моделирования для оценки и прогноза инженерно-геологических условий.

7. Механико-математические методы при выполнении инженерно-геологических расчетов, решении задач в грунтоведении, инженерной геодинамике, анализе геолого-структурных и геомеханических моделей.

Практически во всех методах используются ГИС технологии для облегчения анализа геологической обстановки, выбора оптимальных инженерно-геологических решений, удешевления проектирования работ, наглядной демонстрации возможных правильных решений и последствий ошибок в подготовке проектов.

В ИГ вместо привычных обозначений горных пород используется термин грунт(ы) – это любые природные и техногенные горные породы, и почвы, рассматриваемые как многокомпонентные и многофазные системы, которые являются объектами изучения инженерной геологии.

Лекция 2. Основы грунтоведения

Факторы, определяющие инженерно-геологические свойства горных пород в естественном залегании и влияющие на эти свойства: возраст и генетический тип горных пород, форма геологических тел, их условия залегания (структурно-тектонические признаки), общие гидрогеологические условия, количественный минеральный состав и структурно-текстурные особеннсти горных пород, трещиноватость, пористость, размер минеральных зерен и гранулометрический состав, степень и тип цементации горных пород, физические свойства породообразующих минералов, структура минерального скелета и порового пространства, вторичные изменения горных пород, выветривание, наличие газов и воды, климатические параметры территории.

Основной закон грунтоведения: «состав, строение, состояние и свойства грунтов определяются их генезисом, характером постгенетических процессов и современным пространственным положением» (Трофимов, 2005, с. 54).

Свойства грунтов.

Химические свойства: 1) растворимость грунтов, к растворимым относятся галоидные грунты, содержащие галит, сильвин и др., карбонатные грунты, содержащие гипс, ангидрит и др. 2) химическая поглотительная способность грунтов, выражается в образовании труднорастворимых соединений. 3) кислотно-основные свойства грунтов оцениваются показателем pH. 4) химическая агрессивность грунтов проявляется в негативном влиянии на инженерные сооружения (фундаменты и др.).

Физико-химические свойства: 1) адсорбционные свойства отражают процессы концентрации вещества на поверхности раздела фаз (твердая – жидкая, твердая – пар или газ), проявляются в высокопористых грунтах. 2) ионно-обменные свойства – это поглощение поверхностным слоем грунта ионов из порового раствора. 3) адгезионные свойства и липкость грунтов – прилипание жидкости или твердых частиц к твердым поверхностям, включая рабочие поверхности инструментов и механизмов. Наиболее характерны для глинистых, лёссовых, торфяных грунтов. 4) диффузионные свойства, процесс выравнивания концентрации одного вещества в объеме другого под влиянием теплового переноса. Наиболее активно протекает в глинистых грунтах. 5) осмотические свойства грунтов – односторонняя диффузия. 6) капиллярные свойства, связаны с поверхностным натяжением жидкости в пористых и трещиноватых породах. Возникает вертикальная миграция жидкостей в грунтах. 7) набухаемость грунтов, способность увеличиваться в объеме при смачивании водой (глинистые), при этом происходят деформации. 8) усадочность грунтов – способность влажных грунтов уменьшатся в объеме в результате обезвоживания (дегидратации). Характерна для глин, илов, торфов и др. 9) водопрочность грунтов (водоустойчивость) – это их способность сохранять механическую прочность и устойчивость при взаимодействии с водой. Определяют размокаемость, размягчаемость и размываемость грунтов.

Размокаемость грунтов – их способность при замачивании в спокойной воде терять связность и превращаться в рыхлую массу с потерей прочности. Характерно для рыхлых пород.

Размягчаемость грунтов – способность скальных грунтов снижать свою прочность при взаимодействии с водой.

Размываемость грунтов – способность разрушаться под действием текучей воды. С этим свойством связан ряд экзогенных процессов. Поверхностный размыв происходит на склонах (плоскостная эрозия) и вдоль постоянных водотоков (речная донная и боковая эрозия). Волновой размыв характерен в зоне прибоя по берегам морей, озер, водохранилищ. Суффозионный размыв связан с выносом частиц и растворением грунтовыми водами. Как правило происходит на уровне водоупорных горизонтов, когда просочившаяся через более пористые и проницаемые породы вода накапливается и начинает выжиматься в зоны меньшего давления или понижения рельефа. Обычно развита по берегам рек ил других водоемов.

Физические свойства: 1) плотностные свойства оцениваются отношением их массы к занимаемому объему (г/см3). При инженерно-геологических исследованиях используются: плоьность твердых частиц грунта, плотность грунта, плотность скелета грунта; 2) пористость (отношение объема пор к общему объему грунта, в %); коэффициент пористости (отношение объема пор к объему твердой компоненты грунта, %). Пористость можно использовать для оценки водопроницаемости, плотности, уплотняемости.

Гидрофизические свойства: влагоемкость (способность удерживать максимальное количество воды), влагоотдача (обладают сильнотрещиноватые, крупнопористые и крупнообломочные породы), водопоглащение (мпособность поглощать воду), водонасыщение (количество воды, поглощенное образцом в вакууме), водопроницаемость (способность водонасыщенных грунтов пропускать сквозь себя воду за счет напора), влагопроводимость в ненасыщенных грунтов и термовлагопроводность грунтов (перенос влаги под действием градиента температуры).

Газофизические свойства: газопроницаемость (способность пропускать через себя газ при перепаде давления), диффузия газов (перераспределение газов, при неравномерной концентрации), испаряемость влаги (переход поровой воды в пар).

Аэродинамические свойства – способность сопротивляться ветровой эрозии (дефляции), эоловой денудации (корразии), участии в эоловом переносе и накоплении материала.

Лекция 3.

Теплофизические свойства связаны с реакцией грунтов на температурное воздействие. К ним относятся – теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность (скорость), термическое расширение, морозостойкость.

Электрические свойства – способность проводить и поглощать электрический ток. Электропроводность – способность проводить ток; поверхностная проводимость; диэлектрическая проницаемость.

Электрокинетические свойства характерны для водонасыщенных тонкодисперсных грунтов (глины, суглинки, почвы, торф, илы) при воздействии постоянного тока. Электроосмос (движение воды), используется для осушения грунтов; консолидации и уплотнения водонасыщенных грунтов; очистки грунтов от различных загрязнителей, включая токсичные. Электрофорез (движение минеральных частиц), используется для удаления дисперсных загрязнителей в грунтах.

Электрохимические свойства проявляются в коррозионной способности разрушать металлические конструкции сооружений.

Магнитные свойства за счет земного магнетизма – магнитная восприимчивость и остаточная намагниченность.

Радиационные свойства: естественная радиоактивность, искусственная радиоактивность. Оценивается при строительстве объектов атомной промышленности и при оценке экологической безопасноти строительства жилых помещений.

Биотические свойства грунтов: биологическая активность грунтов (способность создавать благоприятные условия для существования организмов), биологическая поглотительная способность грунтов (способность организмов избирательно поглощать и накапливать определенные химические элементы), биоагрессивность и биокоррозия грунтов (разрушение инженерных конструкций организмами).

Физико-механические свойства проявляются при воздействии на них сооружений. Деформационные свойства характеризуются упругими и компрессионной сжимаемостью (способность уменьшатся в объеме. Прочностные свойства (способность сопротивляться разрушению при нагрузках равных или превышающих критические). Динамика напряжений в грунтах при постоянных нагрузках характеризуется реалогическими свойствами грунтов (ползучесть, релаксация, длительная прочность). Динамичные свойства проявляются при динамичных и импульсных нагрузках и разжижаемости грунтов.