Контрольная работа по "Геологии"

Из произведенных послойных  химических анализов лессовых отложений  на значительную глубину вытекает, что степень выветренности слоев уменьшается по мере углубления. Роль карбонатов и гипса сводится частично к образованию кристаллов, а частично к цементации тонких продуктов минеральной смеси.

Почвенная гипотеза оказала  значительное влияние и на эоловую  гипотезу. Большинство исследователей считает, что основные массы лессовых грунтов образовались эоловым путем, однако это не исключает возможности происхождения некоторых видов лессовых грунтов и из отложений водных бассейнов, образовавшихся при таянии древних ледников, а также при переотложении пылеватых грунтов дождевыми водами. Лессовые породы часто разделяют на типичные лессы и лессовидные грунты. Типичный однородный и мощный слой лесса создается только из материнской породы, представляющей накопление эоловой пыли путем почвообразовательных процессов, идущих одновременно с ее накоплением.

Грунты же, образующиеся из различных материнских пород  в результате процессов почвообразования и выветривания в условиях сухого климата, а также переотложенные эоловые отложения не являются типичными  лессами, но, обладая многими свойствами последних, могут быть названы лессовидными.

В строительном же деле в  настоящее время принято объединять отмеченные разновидности грунтов  под одним общим названием  лессовые грунты, иногда присоединяя  к ним эпитет «макропористые», так как в условиях природного залегания эти грунты имеют видимые невооруженным глазом поры (макропоры), величина которых значительно превосходит величину обычных пор, соответствующих приблизительно размерам минеральных частиц грунта.

Характерные свойства лессовых грунтов могут быть полностью освещены лишь на основе использования основных зависимостей механики грунтов, излагаемых ниже. Внешними признаками, отличающими макропористые лессовые грунты, будут следующие:

• видимая невооруженным глазом пористость (макропористость), обусловленная наличием тонких, более или менее вертикальных канальцев иногда с остатками растений. Канальцы, пронизывающие всю толщу лессовидных грунтов, покрыты изнутри налетами углекислых солей;
• столбчатая отдельность. Это свойство лессовидных грунтов проявляется особенно ярко на открытых местах, подвергающихся действию атмосферных осадков. В искусственных выемках и свежих разрезах отдельностей не наблюдается;
• быстрое размокание в воде и большая водопроницаемость. Так, коэффициент водопроницаемости (фильтрации) лесса для образца ненарушенной структуры был в 100 раз больше коэффициента водопроницаемости для перемятого, лишенного макропор образца того же грунта;
• наличие твердых мергелистых включений. Трубчатые пустоты лессовых грунтов в большинстве случаев покрыты тонким слоем извести, кроме того, отдельные известковые и мергелистые включения самой разнообразной формы находятся в лессовых грунтах в довольно значительном количестве. При опробовании этих грунтов 3%-ным раствором соляной кислоты наблюдаются бурное вскипание и быстрое прекращение выделения пузырьков газа;
• характерное распределение влажности по глубине с наличием на некотором уровне так называемого «мертвого горизонта» с меньшей по сравнению с вышележащими и нижележащими слоями влажностью. В мертвом горизонте наблюдается максимальное содержание солей. Ниже мертвого горизонта влажность возрастает постепенно, достигая величины максимальной влагоемкости. Отметим также, что, как правило, в толще лессовых пород наблюдаются только два горизонта грунтовых вод: верховодка и нижний горизонт грунтовых вод;
• характерный состав. По гранулометрическому составу лессовидные грунты характеризуются преобладанием пылеватых фракций (частиц размером от 0,05 до 0,005 мм обычно более 50%) при незначительном содержании глинистых частиц (от 4 до 20%). Как правило, лессовидные грунты отличаются значительной однородностью гранулометрического состава, причем коэффициент неоднородности часто бывает не более 5.

По химическому составу  главными составными частями лессовых грунтов являются: силикаты — от 27 до 90%, глинозем — от 4 до 20% и углекислый кальций —от 6 до 67%. Из перечисленных внешних признаков лессов и лессовидных грунтов наиболее характерными будут: макропористость, быстрое размокание в воде (в течение 1—2 мин) и наличие карбонатов (вскипание при опробовании кислотой).

Как уже указывалось, характерным свойством макропористых  грунтов является их просадочность  при замачивании под нагрузкой. Образец лессовидного грунта естественной структуры при испытании на осадку в условиях, исключающих возможность выдавливания грунта в стороны, под нагрузкой 2,5 кг/см2 после замачивания дает осадку, в 7 раз большую, чем осадка такого же образца грунта и при той же нагрузке, но испытанного при естественной влажности (без замачивания).

Для объяснения поведения  лессовых грунтов при была выдвинута  гипотеза, согласно которой увеличение осадки лессовых грунтов при замачивании  под нагрузкой объясняется неустойчивостью  макропор пронизывающих всю толщу  лессовидных грунтов, вследствие потери связности (сцепления) между частицами грунта при просачивании воды. Часто достаточно давления порядка 0,5— 1 кг1см2, при котором стенки пор разрушаются и происходит резкое уплотнение грунта, что и вызывает значительные дополнительные осадки.

По современным воззрениям просадочность макропористых лессовых грунтов возникает вследствие недоуплотненности  и способности агрегатов частиц этих грунтов к пептизации при  увлажнении, т. е. к переходу твердых  коллоидных пленок в жидкий раствор. Образующиеся при этом водные пленки вследствие их расклинивающего действия раздвигают грунтовые частицы, разрушают агрегаты частиц и создают условия, благоприятные для доуплотнения лессовых грунтов. Кроме того, известное значение в разрушении структуры агрегатов частиц имеет и растворение солей, цементирующих частицы лессовых грунтов, а также действие осмотического давления, возникающего вследствие разности концентрации солей пленочной воды и воды.

Если же лессовые грунты имеют агрегаты частиц, сцементированные не растворяющимися в воде солями, то при замачивании эти грунты, просадок не дают. Чтобы нарушить структурные связи в лессовых грунтах, одного замачивания недостаточно, необходимо приложить некоторой величины нагрузку, различную для различной степени сцементированности лессовых грунтов, причем безразлично, будет ли это собственный вес вышележащих слоев грунта или внешняя нагрузка от сооружения или пробного испытания.

При определенной величине нагрузки, прикладываемой одновременно с замачиванием, возникает лавинное разрушение структурных связей грунта, и его структура резко и коренным образом изменяется — возникают просадки. Для количественной оценки просадочности лессовых грунтов испытывают их образцы естественной ненарушенной структуры на сжимаемость без возможности бокового расширения, т. е. образцы помещают в жесткое кольцо. Вначале определяют деформации образца при естественной его влажности, а после того, как будет достигнуто проектное давление, образец замачивают до полного насыщения, определяя при этом его деформацию. В результате разрушения структурных связей, если внешнее давление больше структурной прочности грунта в замоченном состоянии, возникает резкая быстрая осадка (просадка) образца.

Образец грунта необходимо замачивать при нагрузке, соответствующей сумме природного давления и давления (сжимающего напряжения), которое будет в грунте от сооружения на глубине взятия образца. Максимально возможную величину просадки всей просадочной толщи макропористых лессовых грунтов определяют по величине относительной просадочности отдельных слоев и их мощности.

Здесь суммирование необходимо распространить на все слои (от подошвы  фундамента до глубины залегания  всей просадочной толщи), а величину относительной просадочности определять с учетом фактического давления на грунт от внешней нагрузки и вышележащих слоев грунта.

По величине максимальной просадки всей просадочной толщи  обычно и назначают противопросадочные мероприятия, основными из которых  является всемерное недопущение  замачивания грунтов под сооружениями или создание таких конструктивных особенностей сооружений, которые обеспечили бы их малую чувствительность к неравномерным осадкам (конструирование зданий из отдельных жестких блоков, допускающих независимость оседания; применение устройств, регулирующих высоту отдельных частей сооружения, и т. п.).

При оценке общей деформации лессовых грунтов, подверженных замачиванию  с одновременным загружением, необходимо учитывать следующие три составляющие: осадку, обусловленную уплотнением  грунта (т. е. уменьшением пористости при увеличении давления), просадку, возникающую в результате коренного изменения структуры грунта при переходе его из макропористого структурного состояния в бесструктурную водонасыщенную массу, и послепросадочную деформацию грунта, вызванную медленным нарушением кристаллизационных связей, суффозией (вымывом) мельчайших частиц и ползучестью скелета грунта при длительном действии фильтрации.

Общая деформация просадочных грунтов при малой их величине, будет определяться общими зависимостями теории линейнодеформируемых тел и может оцениваться как по результатам испытаний без возможности бокового расширения грунта, так и по данным трехосных испытаний. При этом, просадка лессовых грунтов обусловливается не только вертикальными деформациями, но и способностью окружающей толщи проседать (деформироваться) в горизонтальном направлении и зависит как от вертикальных сжимающих напряжений, так и от соотношения главных напряжений и их разности.

Свойства лессовых грунтов  в процессе их просадки резко изменяются. Сопротивление замоченного грунта сдвигу снижается в несколько раз это показывает, что несущая способность лессовых грунтов после нарушения их структурной связности в процессе просадки при замачивании под нагрузкой чрезвычайно падает, и грунты легко выдавливаются из-под подошвы фундаментов.

Активные меры борьбы с просадочностью лессовых грунтов  сводятся к химическому их закреплению  по методу силикатизации, уплотнению грунтовыми сваями и обжигом проседающих  масс.

Задание №8

Охарактеризовать  один из методов инженерно-геологических исследований, методы определения направления и скорости движения подземных вод. Описание должно сопровождаться пояснительными схематическими рисунками.

Направление движения подземных  вод легко устанавливается при  наличии карт гидроизогипс (либо гидроизопьез) по изучаемым водоносным горизонтам. По таким картам направление движения подземных вод определяется линиями токов, проведенным перпендикулярно,  к линиям равного напора  гидроизогипсам или гидроизопьезам по уклону потока.

По  отсутствии карт, отражающих положение свободной или пьезометрической поверхности подземных вод, для определения направления их движения необходимо иметь не менее трех выработок, чтобы установить отметки уровня подземных вод. Выработки желательно располагать по углам равностороннего треугольника  с длиной  стороны от 50 до 200 метров(чем меньше уклон потока, тем больше расстояние между скважинами). По известным или установленным отметкам уровня подземных вод путем интерполяции составляется план изолинии свободной или изотермической поверхности определяется направление движения потока по линиям токов (Рис. 6).

Рис.6  Определение направление движения потока по линиям токов.

Для получения  надежных данных о направлениях движения потоков подземных вод следует  использовать материалы режимных наблюдений(карты изолиний на различные периоды времени). Определение направления движения по картам гидроизогипс следует считать основным методом при отсутствии карт достоверных данных об отметках уровней в отдельных точках направление  давления подземных вод можно устанавливать с помощью геофизических(фотографирование в скважинах конусов распространения красителя от точечного источника, метод заряженного тела, замеры интенсивности конвективного переноса тепла в разных направления от датчика, круговые измерения естественного потенциала и др.), радиоиндикаторных и других методов.

Геофизические методы определения направления  движения подземных вод.

Наиболее  перспективными являются односкважинные методы, в том числе метод фотографирования конусов выноса от точечного источника красителя, при котором периодически фотографируются распространяющиеся от специальной капсулы конуса красителя на фоне стрелки магнитного указателя. Всего  за один спуск можно наполнить до 60 снимков, направление движения подземных вод определяется по направлению конуса заноса красителя для получения надежных результатов достаточно 4-6снимков.

Точность  определении направления подземного потока может быть оценена величиной  относительной погрешности от 3 до 20, в значительной мере погрешность зависит от скорости движения подземных вод. Метод может использоваться при скоростях фильтрации не ниже 0,5 м/сут. По времени существования конуса можно ориентировочно определить и скорость фильтрации.

Этот метод  значительно менее апробирован, по сравнению с радиоиндикаторным, но он несколько проще в пополнении и не требует согласования  с органами санэпидемнадзора.

 Односкважинные  методы осуществления направления  движения подземных вод  не  рекомендуется использовать в  породах с редкой и неравномерной трещиноватостью.

Индикаторные  методы определения направления  и скорости движения подземных вод.

Одним из важнейших  показателей  миграции подземных  вод является действительная скорость из движения или фильтрации Vδ, которая  связана со скоростью фильтрации V соотношением: Vδ =V/na,    (6)

где na-активная в фильтрационном отношении пористость породы, равная разности между полной плотностью no и объемным содержанием  связной породы nс и защемленного воздуха nз , т.е. na= no- nс- nз.

при решении задач следует учитывать, что действительная скорость фильтрации, определяющая конвективный перенос вещества и тепла с фильтрационным потоком, может изменяться за счет сорбции солей и растворов , выщелачивания, фильтрация микроорганизмов и других факторов.

При наличии  карт гидроизогипс и данных о коэффициенте фильтрации пористости водоносных пород  действительная скорость Vδ может  быть определена по значению скорости фильтрации  с учетом(6).

Однако более  надежным представляется определение  действительной скорости движения подземных вод с помощью специальных полезных опытов, среди которых наиболее практическое применение получили индикаторные методы, основанные на введении в испытуемый горизонт через пусковые скважины каких-либо индикаторов и определении скорости их передвижения в условиях подземного потока  по времени появления индикаторов в наблюдательных скважинах.

В качестве наиболее часто практикующих индикаторов  используются вещества (флюоресцеин, уранин, эритрозин и др.), электролиты, радиоактивные индикаторы.

Перед проведением  опыта участок  работ необходимо хорошо изучить в геолого-гидрогеологическом отношении. В пусковых  и  наблюдательных скважинах с помощью геофизических  исследований раскодометрии, лабораторных работ и поинтервального опробования  должны быть выделены соответствующим образом  изучены и при необходимости изолированы пласты, горизонты или интервалы, подлежащие исследованию.