Федеральное агентство по образованию

государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

Сургутский институт нефти и газа (филиал)

Кафедра Нефтегазовое дело

Методическое указание

к лабораторным работам по дисциплине: «Инженерная геология»

для студентов очной, заочной, заочно-сокращенной форм обучения специальностей:

130500.62 – «Нефтегазовое дело»

130503 - «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

130504 - «Бурение нефтяных и газовых скважин»

130501 - «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ»

СУРГУТ 2008

Утверждено научно-методическим советом

Сургутского института нефти и газа

Составитель: Тюкавкина Ольга Валерьевна к.г-м.н., доцент кафедры НД

Гниленко Надежда Васильевна ассистент кафедры НД

© государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Сургутский институт нефти и газа (филиал) Тюменский государственный нефтегазовый университет

2008 г.

Содержание

Задание 1

Изучение физических свойств горных пород

Статистическая обработка показателей физических свойств грунтов

Задание 2

2.1. Механические свойства горных пород

2.2. Вычисление угла внутреннего трения (tgφ)

и удельного сцепления (С)

Задание 3

3.1. Построение поперечного земляного полотна

с нанесением слоев грунта и горизонтов подземных вод

3.2. Определение наименования грунтов,

их состояния и прочностных свойств

3.3.Составление инженерно-геологической

характеристики участка строительства

4. Список литературы

Главнейшими физическими свойствами песчаных и глинистых пород являются плотность, пористость и влажность. Эти свойства взаимозависимы и в целом выражают их физическое состояние, как в условиях естественного залегания, так и в земляных сооружениях (плотинах, дамбах, насыпях и др.). По основным физическим свойствам можно косвенно судить о прочности, деформируемости и устойчивости песчаных и глинистых пород, а также об их измененности под влиянием геологических процессов или искусственных факторов.

К числу дополнительных характеристик глинистых пород относится их консистенция, а песчаных - относительная плотность.

Задание 1.

1. Ознакомиться с физическими свойствами горных пород;

2. Провести статистическую обработку показателей физических свойств грунтов (вычислить нормативные и расчетные параметры).

1.1. Изучение физических свойств рыхлых горных пород

Плотность. Плотность минеральной части горных пород характеризуется массой единицы объема минеральной части (скелета) породы (г/см³). Она определяется минеральным составом пород и выражает среднюю плотность слагающих их минералов. У легких, сильнопесчаных разностей глинистых пород, супесей и песков среднее значение плотности минеральной части равно 2,65 г/см³, у среднепесчаных (суглинки) - 2,70 г/см³, у тяжелых разностей глин - 2,75 г/см.

Обычно чем выше плотность минеральной части, тем выше и плотность породы, чем больше пористость, т. е. чем более рыхлую упаковку имеют частицы в единице объема породы, тем меньше ее плотность. При увеличении влажности при данной пористости порода становится тяжелее, плотность ее повышается.

Плотность глинистых и песчаных пород может изменяться в довольно широких пределах. Она характеризует их физическое состояние, степень уплотненности. Чем более уплотнена порода, тем меньше ее плотность отличается от плотности минеральной части.

От плотности породы отличают плотность ее скелета, под которой понимают массу единицы объема ее минеральной (твердой) части естественного сложения, т. е. это масса единицы объема сухой породы естественного сложения. Она, как и плотность породы, выражает степень ее уплотненности. Плотность скелета пород служит контрольным показателем степени их уплотнения в теле земляных сооружений (плотин, дамб, насыпей и др.). Численно плотность скелета породы равна отношению массы сухой породы (массы ее скелета) к ее объему (ко всему объему породы естественного сложения).

1. _ск=g₁/(V₁+V₂)

Так же как и плотность породы в целом, ее выражают в граммах на кубический сантиметр и в тоннах на кубический метр. Плотность скелета породы можно также определять по данным  и W по формуле

2. _ск=/(1+W)

где W - весовая влажность породы, доли единицы.

Если весовую влажность выразить в процентах, то формула для определения плотности скелета породы примет вид:

3. _ск=/(1+W/100)

Пористость. Важным физическим свойством песчаных и глинистых пород, выражающим их физическое состояние, т. е. плотность упаковки частиц, является пористость. Она характеризует объем пор в единице объема породы и вычисляется по формуле:

Пористость выражают в долях единицы или в процентах от полного объема породы

Более удобной характеристикой пористости пород является коэффициент пористости е, равный отношению объема пор к объему твердой части породы, остающемуся постоянным при уплотнении,

Его выражают в долях единицы.

Через коэффициент пористости можно определять объем пор и объем твердой части породы в единице ее объема. Для этого решают уравнение е = п/(1—п) относительно п и получают, что объем пор в единице объема породы равен п = е/(1—е). Так как т=1-n, то объем твердой части (скелета) в единице объема породы равен

Коэффициент пористости песчаных и глинистых пород - это одна из основных характеристик, используемых при расчетах осадок сооружений. По строительным нормам и правилам на проектирование естественных оснований зданий и сооружений (СНиП II—15—74) он используется при определении нормативных давлений на горные породы. Если пески имеют рыхлое сложение (е₀>0,7-0,8), а глинистые породы неустойчивое состояние (коэффициент пористости выше 0,8), то оценка возможности их использования в качестве естественных оснований для промышленных и гражданских сооружений должна производиться в индивидуальном порядке на основании специальных исследований.

Влажность. Важнейшей характеристикой физического состояния песчаных и особенно глинистых пород является их влажность. Она характеризуется количеством воды, заполняющей их поры. В зависимости от степени влажности песчаные и глинистые породы могут находиться в различном физическом состоянии, в соответствии с которым (особенно у глинистых пород) изменяются их прочность, деформируемость и устойчивость.

Численно влажность пород выражают отношением массы воды, заполняющей поры породы, к массе сухой породы в долях единицы или в процентах от массы сухой породы

Это весовая влажность. Если она определяется по образцам естественной влажности, то ее называют естественной.

Влажность пород может быть охарактеризована также через объемную влажность, под которой понимают объем воды, содержащейся в единице объема породы. Численно объемная влажность равна отношению объема воды V_, содержащейся в породе, к объему сухой породы:

Так как плотность воды обычно принимают равной единице, объемную влажность можно определять по формуле W_об = W_ск. Объемную влажность, так же как и весовую, выражают в долях единицы или в процентах, но не от массы, а от объема сухой породы. Если поры породы полностью заполнены водой, то объем воды в породе равен объему ее пор W_об=п. Влажность глинистой породы при этом будет соответствовать ее полной влагоемкости, а у песчаных, т. е. у пород невлагоемких, их полной водоёмкости.

Как отмечено выше, песчаные и глинистые породы в зависимости от влажности могут иметь различное физическое со стояние, т. е. быть абсолютно сухими (в лабораторных уело виях), воздушно-сухими, слабовлажными или насыщенным) водой. Это изменение состояния определяется влажностью I степенью насыщения. Для характеристики степени насыщения пород водой служит коэффициент водонасыщения*, выражающий отношение естественной влажности пород к их полной влагоемкости (водоемкости), т. е.

или, заменяя значение Wn соответствующими выражениями получаем

Коэффициент водонасыщения выражают в долях единицы, его значение может изменяться от 0 до 1. В зависимости от коэффициента водонасыщения породы подразделяют на маловлажные (0—0,5), влажные (0,5—0,8) и насыщенные (0,8—1,0).

Коэффициент водонасыщения пород является важной их характеристикой. Так, по строительным нормам и правила; нормативные давления на песчаные породы, используемые в качестве естественных оснований для зданий и сооружений, выбирают в зависимости от значения G.

Консистенция глинистых пород. Очень важной дополнительной характеристикой физического состояния глинистых пород служит их консистенция, т. е. физическое состояние при определенной влажности.

Степень подвижности глинистых пород определенной влажности или, точнее, степень подвижности частиц, слагающих эти породы, при воздействии внешних усилий и характеризует их консистенцию, которая зависит от вязкости породы, т. е. внутреннего сопротивления перемещению в ней частиц. При вязкости  порода приобретает полутвердую или твердую консистенцию, при 0 она становится текучей. Вязкость и соответственно консистенция пород проявляются только при их деформации. Консистенция глинистых пород при действии на них одинаковыми стандартными внешними усилиями, но при различной влажности может быть текучей, пластичной или твердой (табл. 1).

В зависимости от консистенции и естественной уплотненности, характеризуемой коэффициентом пористости, выбирается нормативное давление на такие породы (СНиП II—15—74). Поэтому определение консистенции глинистых пород имеет первостепенное значение для оценки их строительных качеств.