3.II этап геологической практики (Мытищи). 1задание. Лабораторное исследование скважин.

Скважина №4. III надпойменная терраса р.Москва. Абсолютная отметка устья 146,0м

Стратиграфическая колонка

индекс	колонка	глубина залегания подошвы слоя, в м	Литологическое описание пород
tQ4		3,4	насыпной грунт
afgQ2		8,1	песок серо-коричневый с включениями щебня, гравия, дресвы
gQ3		12,4	суглинок коричневый с включениями гравия
fgQ3		15,0	суглинок сильно опесчаненный
K1		16,3	песчаник зеленоватый слюдистый
J3		29,9	глина черная рассланцованная
C3pv		35,0	известняк ожелезненный
C3pr		35,8	известняк известковистый (пачкает руки) с прослоями глины
C3nv		39,7	глина пестроцветная с включениями мергеля
C3vt		46,0	известняк ракушечник, белый, плотный
C3vs		53,1	глина пестроцветная с мергелем
C3sv		62,0	известняк с фауной, сахаровидный, закарстованный

Задание №2. Определение модуля общей деформации грунтов статическими нагрузками на штамп.

1 – Штамп, 2 – Домкрат, 3 – Прогибомеры, 4 - Анкерные сваи, 5 – Штанга, 6 – Ферма.

Штамп – квадратная или круглая плита, служащая для передачи давления на грунт при полевых испытаниях грунтов методом пробных (опытных) нагрузок.

Цель работы : ознакомиться с методом испытания грунтов статическими нагрузками на штампы для оценки их сжимаемости в полевых условиях и произвести пробное испытание грунтов.

Основные положения метода и техническая характеристика штамповой установки:

Все грунты деформируются – сжимаются за счет уплотнения под действием приложенной к ним статической нагрузки. Деформация грунтов слагается из упругой нагрузки, восстанавливающейся после снятия, и остаточной. Количественной характеристикой упругой и остаточной деформаций, т.е. сжимаемости, является модуль общей деформации Е_о, используемой проектировщиками для расчета осадок сооружений. Модулем общей деформации называется коэффициент пропорциональности между приращениями нагрузки и осадки.

Модуль общей деформации в полевых условиях чаще всего определяется по результатам испытания грунтов с помощью штампа в шурфах, скважинах, строительных котлованах. Для испытаний в котлованах и горных выработках применяют стандартные диски площадью 2500, 5000 и 10000 см², в скважинах – площадью 600см². На штамп передается нагрузка, на грунт – давление Р и измеряется осадка грунта ∆S. При этом объем сжимаемого грунта значителен и по глубине составляет около двух диаметров штампа, что по сравнению с другими методами наилучшим образом моделирует деформируемость грунтов в основании сооружений или в теле земляных сооружений.

Статические нагрузки на штампы передаются ступенями до стабилизации осадки штампа при каждой ступени. Для создания давления на штамп существуют различные установки.

Графики зависимости осадки штампа от времени и удельного давления:

S – осадка, P – удельное давление.

Место испытания – скважина

Площадь штампа – 600см²

Испытываемый грунт – супесь

Глубина установки штампа – 9,5м

Удельное давление Р,Мпа	осадка штампа, мм
	Sн	Sв	Sступ	Sn
	Задано		Вычислено
0,05	0,05	0,05	0,1	0,1
0,1	0,2	0,2	0,4	0,5
0,15	0,2	0,2	0,4	0,9
0,20	0,35	0,25	0,6	1,5
0,25	0,35	0,3	0,65	2,15
0,30	0,45	0,45	0,9	3,05
0,35	0,35	0,4	0,75	3,8
0,40	0,2	1,15	1,35	5,15

Е₀=(1-µ²)*ὼ*d*∆P/∆S

µ=0,3

ὼ=0,8

d=27,65см (штамп 600см²)

∆P=0,2МПа

∆S=0,225см

Е₀=(1-0,3**2)*0,8*27,65*0,2/0,255=15,79МПа

Е_0,1-0,3=15,79МПа. Испытанная супесь относится к сжимаемым.

Задание №3. Изучение плотности песчаных грунтов методом динамического зондирования с помощью ручного зонда.

Цель работы: ознакомление с назначением, принципом работы и устройством легкого забивного зонда ЛЗЗ, с особенностями оценки однородности свойств песчаных грунтов по глубине и в плане по результатам динамического зондирования.

Основные положения метода:

Динамическое зондирование является основным методом непрерывного изучения свойств грунтов вдоль вертикальной оси зондировочной скважины. Метод заключается в определении сопротивления грунтов внедрению зонда, состоящего из конического наконечника и штанги, под действием динамической нагрузки. Разница в сопротивлении грунтов объясняется отличием их состава, состояния и свойств. Метод применим для глинистых, песчано-глинистых, песчаных и песчано-гравийных отложений.

Методом динамического зондирования решаются следующие задачи:

• расчленение разреза песчано-глинистых грунтов на слои и линзы;

• ориентировочная оценка физико-механических свойств грунтов (для промышленно-гражданских сооружений 3-4 класса капитальности физико-механические характеристики могут являться расчетными, для сооружений 1-2 класса получаемые показатели уточняются лабораторными и полевыми опытными работами);

• выбор места расположения опытных площадок и отбора образцов грунтов для уточнения их физико-механических свойств путем лабораторных исследований, штамповых и др. опытов в поле.

Сопротивление, оказываемое грунтом внедрению в него зонда, называется условным динамическим сопротивлением зондированию. Количественно оно оценивается условным динамическим сопротивлением грунтов РД (МПа) в соответствии с ГОСТ 19912-81 и определяется по формуле:

Р_Д =К*А*Ф*n/h

Где К- коэффициент, учитывающий потери энергии при ударе; А – показатель удельной кинетической энергии (кг*с/см); Ф – коэффициент для учета потерь энергии на трение штанг о грунт; n – число ударов в серии (залоге); h – глубина погружения зонда на залог (см). Метод динамического зондирования широко используется при проведении инженерно-геологических изысканий под жилищное и промышленное строительство, строительство дорог, возведение ЛЭП, газо- и нефтепроводов и т.д.

Зондирование легким забивным зондом осуществляется по тому же принципу, что и зондирование УПБ-15 М. Ручной зонд отличается от зонда УПБ преимущественно размерами. Конус ЛЗЗ геометрически подобен конусу большой установки. Сохранено и соотношение диаметра зонда и штанги: диаметр зонда 18 мм, штанги -10 мм. Длина штанги в зависимости от модификации зонда ЛЗЗ-1, ЛЗЗ-2, ЛЗЗ-3 от 0,7 до 1м. Груз массой 2,5 кг, высота сбрасывания груза 20 см. это обеспечивает уменьшение энергии удара пропорционально уменьшению диаметра конуса. ЛЗЗ создан для контроля плотности укладки намывных и насыпных искусственных песчаных грунтов в процессе их укладки, т.е. при подготовке искусственных оснований, возведении дамб, плотин и других земляных сооружений. Контроль, выполненный по мере укладки или намыва грунта, позволяет оперативно и дешево охарактеризовать плотность грунтов, являющуюся одним из главных показателей качества строительства. Последовательное послойное зондирование позволяет оценить искусственный грунтовой массив на всю мощность. Недостаток зонда – малая длина, что исключает его применение при изысканиях естественных оснований сооружений.

Согласно ГОСТ 199221-81, в качестве показателя динамического зондирования используется условное динамическое сопротивление Р_Д (МПа). При работе с ЛЗЗ рекомендуется применять наиболее простой показатель динамического зондирования N (уд/ дм), представляющий собой число молота, необходимое для погружения зонда на 10 см.

N = 10*n/h

Где n – число ударов зонда, т. е. условно принятое число ударов, после которого происходит замер осадки зонда; h – глубина погружения зонда от залога (см).

Схема легкого забивного зонда:

1 – Конический наконечник; 2 – рабочая штанга; 3 – наковальня; 4 – направляющая штанга; 5 – молот; 6 – ограничитель подъема молота; 7- центрирующая рукоятка. Точки находятся через 2м друг от друга.

Точка №1.

N₁=10*5/10=5 Р_д=2,2

N₂=10*12/20=6 Р_д=2,6

N₃=10*13/30=4,33 Р_д= 1,9

N₄=10*23/40=5,75 Р_д=2,5

N₅=10*36/50=7,2 Р_д=3,1

N₆=10*43/60=7,17 Р_д=3,1

Данные камеральной обработки результатов динамического зондирования грунтов.

График динамического зондирования	Относительная плотность песков	Модуль общей деформации Е0, МПа	Угол внутреннего трения, град
	рыхлые	≈16	≈30

В т.1 залегают рыхлые пески средней крупности с модулем общей деформации 16МПа

Точка №2.

N₁=10*7/10=7 Р_д=3

N₂=10*15/20=7,5 Р_д=3,3

N₃=10*17/30=5,67 Р_д= 2,5

N₄=10*21/40=5,25 Р_д=2,3

N₅=10*25/50=5 Р_д=2,2

N₆=10*26/60=4,33 Р_д=1,9

График динамического зондирования	Относительная плотность песков	Модуль общей деформации Е0, МПа	Угол внутреннего трения, град
	рыхлые	≈16	≈30

В т.2 залегают рыхлые пески средней крупности с модулем общей деформации 16МПа

Точка №3.

N₁=10*7/10=7 Р_д=3

N₂=10*14/20=7 Р_д=3

N₃=10*20/30=6,67 Р_д= 2,9

N₄=10*28/40=7 Р_д=3

N₅=10*34/50=6,8 Р_д=3

N₆=10*37/60=6,17 Р_д=2,7

График динамического зондирования	Относительная плотность песков	Модуль общей деформации Е0, МПа	Угол внутреннего трения, град
	рыхлые	≈16	≈30

В т.3 залегают рыхлые пески средней крупности с модулем общей деформации 16МПа

Задание №4. Определение плотности и влажности грунтов.

Цель работы: знакомство с методом отбора монолитов песчаных грунтов и определение плотности и влажности грунтов.

Основные положения метода:

Показатели плотности, прочности и влажности входят в число основных физических характеристик грунтов. Плотность служит главнейшей характеристикой способа расположения частиц в грунте, а влажность характеризует содержание воды в грунте, оказывающей влияние на ряд механических свойств грунта.

Плотность – отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к объему, занимаемому грунтом. Плотность сухого грунта - равна отношению массы образца грунта, высушенного при 100-150о, к его первоначальному объему.

Влажность грунта - отношение массы воды, содержащейся в грунте в природных условиях, к массе грунта, высушенного при 100-150о до постоянного веса.

Для установления плотности грунта возникает необходимость в отборе монолитов ( образцов ненарушенного сложения), которые в песчаных и глинистых грунтах вырезаются методом режущего цилиндра.

Пористость грунта – отношение объема пор к объему всего грунта, включая поры.

Коэффициент пористости – отношение объема пор к объему частиц грунта.

Конструкция пробоотборник:

Рассматриваемый комплект для отбора песков ненарушенного сложения состоит – режущего цилиндра, верхней насадки, опорного направляющего кольца и поршня с рукояткой для задавливания.

Цилиндр представляет собой открытый с обеих сторон отрезок металлической трубы, у которого одна кромка заострена.

Журнал выполнения задания:

Бюкс №156

Вес пробы Р=145,0 г

Объем цилиндра V=920,3 см³

Объемный вес влажного грунта γ_w=P/V=145,0/920,3=0,158 г/см³

Вес пустого бюкса q₀=22.40 г

q₁=81,43 г

Вес бюкса с сухим грунтом q₂=72,48 г

Влажность грунта W=(q₁-q₂)/(q₂-q₀)*100%=(81,43-72,48)/(72,48-22,4)*100%=17,9%

Объемный вес сухого грунта (вес скелета грунта):

γ_сг=0,158/(1+17,9/100)=0,158/1,179=0,134 г/см³

Задание №5. Определение коэффициента фильтрации грунтов опытными наливами в шурфы.

Цель работы: знакомство с методом определения коэффициента фильтрации в зоне аэрации.

Основные положения метода:

Сущность метода заключается в создании вертикального фильтрационного потока, просачивающегося через сухой грунт вниз от дна шурфа, измерении площади сечения потока, расхода и гидравлического уклона, т. е. всех параметров закона Дарси, кроме К_ф.

Условия движения воды в зоне аэрации существенно отличаются от условий ее движения в водонасыщенных грунтах. Вода. Поступающая в шурф, впитывается в сухой грунт и движется в нем не только под действием сил тяжести, но и капиллярных сил, кот. могут действовать во всех направлениях. Благодаря действию этих сил, вода, просачиваясь из шурфа в сухой грунт, растекается, образуя увлажненную зону, форма которой изменяется во времени, вытягиваясь вниз.

По мере увеличения глубины промачивания, темп фигуры увлажнения замедляется, и расход воды на фильтрацию из шурфа стабилизируется. Однако, даже при постоянном расходе, линии токов инфильтрационного потока не параллельны между собой, т.е. площадь горизонтального сечения потока, а значит и его скорость меняются с глубиной. Влияние растекания ограничивают специальной схемой опытных установок или учитывают в формулах. Т.О., существующие методы позволяют установить величину коэффициента фильтрации только приближенно, но с точностью вполне приемлемой для практических целей.

Значение коэффициента фильтрации определяется по формуле:

К_ф=Q_уст /(ω*I)

Где Q_уст – установившей расход во внутреннем цилиндре, ω – площадь поперечного сечения внутреннего цилиндра, I – гидравлический уклон (принимаем =1)

Порядок выполнения работы:

1. Зачищаем площадку

2. Помещаем кольцо до определенной глубины

3. Заполняем кольцо водой и поддерживаем определенный напор Н, дополняя постоянно из мерной емкости 0,5 л, при этом фиксируем время, за которое вливается вода из мерной емкости.

Диаметр внутреннего кольца – 17см

Диаметр большего кольца – 34см

Площадь поперечного сечения внутреннего кольца ω=227 см²

№ отсчета	Поглощенный объем воды, V (см3)	Время замера, τ (мин)	Расход Q=∆ V/∆τ (см3/мин)
1	500	3,33	96,656
2	500	5,27
3	500	6,92

К_ф=96,656/227=0,426 см/мин