Геолого-морфологическое строение и гидрогеологические условия

2. Геологическое строение участка

Насыпной грунт. 

По технологии своего образования насыпные грунты подразделяют на планомерно и не планомерно отсыпанные. В свою очередь их можно разделить на строительные и промышленные. К насыпным строительным грунтам следует отнести, в первую очередь, грунты насыпей, автомобильных и железных дорог, плотин и дамб, насыпи под основания зданий и сооружений, грунты обратной засыпки при строительстве подземных линейных сооружений. К промышленным – выработанные породы горно-рудной промышленности, вскрышные породы, горные выработки.

           Насыпные  грунты формируются из грунтов  соседних выемок или за счет  материала, доставленного из специально  закладываемых котлованов, карьеров  и разрезов к месту строительства. Структура грунтов в насыпях  будет иной по сравнению со структурой их в естественном залегании; водный и воздушный режим тоже будет отличаться от природного воздушного и водного режима почв и грунтов данного  района. 

           К  характерным инженерно-геологическим  особенностям  грунтов насыпей  и отвалов относятся: 

• нарушенность структуры грунта в теле насыпи, обуславливающая снижение прочности (по сравнению с естественным залеганием); 

• фракционирование грунтов и самовыполаживание отвальных откосов;  

• существенное изменение прочности насыпных грунтов во времени (сопротивление сдвигу увеличивается в связи с уплотнением или снижается при увлажнении грунтов насыпи);

• возникновение в водонасыщенных глинистых грунтах насыпи парового давления, являющегося существенным фактором развития оползней различных типов.

              В зависимости от литологического  состава различают однородные  и неоднородные насыпи. Неоднородность  насыпи может быть вызвана  естественным фракционированием  грунтов в процессе их отсыпки. При этом мелкие и крупные  фракции грунтов концентрируются соответственно в верхней и нижних частях насыпи. Такое сложение насыпи происходит и в случае отсыпки разнородных по составу грунтов, например песков и глин. Песчаная масса при этом  концентрируется в верхней части насыпи, а куски и комки глины скатываются вниз. То же происходит при наличии в песках включений крупнообломочного материала.

              Прочностные характеристики насыпных  грунтов необходимо определять  с учетом условий формирования  насыпных откосов, срок службы  которых обычно невелик. Поэтому при расчетах устойчивости насыпи, основание или тело которых сложено глинистыми водонасыщенными грунтами, следует учитывать незавершенность уплотнения грунтовых масс, оцениваемую по результатам сдвиговых испытаний глинистых грунтов, выполненных для различных стадий уплотнения.

Песчаные  грунты сложены угловатыми и окатанными обломками минералов, размером от 2 до 0,005 мм (мелкозернистые пески имеют размеры 0,1-0,25 мм). Основная масса песков состоит из кварца и полевых шпатов. В качестве примесей всегда присутствуют другие минералы – силикаты, глинистые и т. д. Пески на поверхности земли имеют широкое распространение, как на суше, так и в морях.

            Пористость песков в рыхлом  состоянии около 47%, а в плотном  – до 37%. Рыхлое сложение легко переходит в плотное при водонасыщении, вибрации, и динамических воздействиях. Плотность песков оценивается по значению коэффициента пористости е: плотное сложение (для мелкозернистых песков е<0,60), средней плотности (0,60<=е<=0.75) и рыхлое (е>0,75).   

За счёт открытой пористости пески всегда водопроницаемы. В плотном сложении пески хорошо воспринимают нагрузки и рассеивают напряжение в основаниях под фундаментами. Модуль деформации мелкозернистых песков колеблется от 30 до 50 Мпа.  

             Пески в строительстве имеют широкое применение. Они являются надёжным основанием, служат хорошим материалом для изготовления различных строительных изделий, цементных растворов и т. д. Применимость песков, как сырья для производства строительных материалов, находится в зависимости от крупности частиц и основного в количественном отношении минерала, а также от примесей, таких как слюды, соли, гипс, глинистые минералы, гумус. Эти примеси в ряде случаев ограничивают использование песков.

 

Глинистые грунты образуют важную инженерно-геологическую группу грунтов. Составными частями, определяющими основные свойства глинистых пород, являются глинистые и пылеватые частицы, которые являются продуктами механического распада, химического разложения минералов в зоне выветривания и синтеза продуктов выветривания. Содержание глинистых минералов с их огромной удельной поверхностью обусловливает особый тип связи между частицами. Эта связь осуществляется через пленки воды, которые обволакивают минеральные частицы и удерживаются молекулярными силами, достигающими тысяч кГ/см2. Молекулы воды при этом образуют пленку прочно связанной воды. Сверх этой пленки, в пределах действия молекулярных сил, располагается рыхло-связанная вода и далее начинается область свободной воды, заполняющей поры глинистого грунта.

Связи между минеральными частицами, осуществляющиеся через пленки воды, обусловливают связность и пластичность глинистых грунтов. В основе их механической прочности лежат различного рода силы связей между минеральными частицами, что обеспечивает первичное сцепление. Эти связи возникают на начальных этапах превращения глинистого осадка в породу и возрастают по мере увеличения ее плотности. На более поздних стадиях появляются цементационные связи и соответствующее им сцепление упрочнения, которое возрастает по мере отложения цементирующего вещества в порах породы.

Дальнейшее усиление цементирующих связей постепенно переводит глинистую породу из ряда высокодисперсных систем в породы типа глинистых сланцев, аргиллитов и т. д.

Свойства глинистых грунтов, как дисперсных тел, находятся в большой зависимости от влажности. Если содержится только прочно связанная вода, то грунт имеет свойства твердого тела. При наличии рыхлосвязанной воды грунт становится пластичным. Свободная вода, заключенная в порах грунта, обеспечивает его текучее состояние. Общее количество воды, содержащееся в грунте естественного залегания, составляет естественную влажность грунта №". Она выражается отношением веса воды к весу сухого грунта (в %).

Для глинистых грунтов важнейшее значение имеет минеральный состав. Пылеватые и более крупные частицы, представленные кварцем, полевыми шпатами и другими инертными к воде минералами, играют второстепенную роль. Решающее значение в определении водно-физических свойств имеют глинистые минералы, особенно монтмориллонитового ряда, которые активно взаимодействуют с водой, как своей поверхностью, так и внутренней частью кристаллических решеток.

На свойства глинистых минералов в свою очередь большое влияние оказывают обменные катионы, находящиеся на их поверхности. Например, присутствие катиона натрия увеличивает гидрофильность, набухание и липкость глинистых грунтов. Катион кальция оказывает обратное действие.

Структуры глинистых грунтов сложные, разнообразные. Каждая глинистая порода не представляет собой сплошную, монолитную массу. Минеральные частицы (скелет породы) занимают лишь часть объема породы. Другую ее часть составляют поры, заполненные воздухом, либо воздухом с водой или только водой. В большинстве случаев глинистые грунты (глины, суглинки, супеси) представляют собой сочетание трех фаз — твердой (минеральной), жидкой и газообразной. Количественное сочетание этих фаз непостоянно и существенно сказывается на свойствах глинистых пород.

Структура глинистого грунта в  значительной   мере  определяет его свойства.   Глинистый  грунт   с  нарушенной,  перемятой  структурой    имеет    пониженные    прочностные    показатели,    большее набухание.

Глинистые грунты — это наиболее распространенные основания различных зданий и сооружений. Их особенностью является большая сжимаемость под давлением, изменение свойств во времени. Здания и сооружения на глинистых грунтах претерпевают осадку. Этот процесс продолжается длительное время (месяцы, годы). Сжатие глинистых грунтов происходит за счет уменьшения их общей пористости. Из пор отжимается вначале воздух, далее вода и грунт постепенно уплотняются. Для глинистых грунтов характерна частичная обратимость этого процесса — после снятия давления происходит некоторое увеличение объема грунта.

Супеси характеризуются относительно благоприятными свойствами при использовании их в качестве материала проезжей части грунтовых дорог и в основаниях дорожных покрытий. Они малопластичны и непластичны. В сухом состоянии обладают достаточной связностью, пылеобразование незначительно. Быстро просыхают, не набухают и не обладают липкостью. Эти грунты устойчивы в сухом и во влажном состоянии, так как сочетают положительные стороны песчаных (большое внутреннее трение и хорошую водопроницаемость) и глинистых (связность в сухом состоянии) частиц.

Суглинки бывают легкие, тяжелые и пылеватые. Суглинки легкие отличаются связностью и незначительной водопроницаемостью. Пластичность, липкость, набухание и капиллярные свойства проявляются в заметной степени, особенно с увеличением содержания глинистых частиц. Тяжелые суглинки в сухом состоянии обладают значительной связностью и плотностью, трудно поддаются разработке. Медленно просыхают после увлажнения и обладают ничтожной водопроницаемостью. Пластичность, липкость, набухание, влагоемкость и капиллярные свойства резко выражены. Суглинки легкие пылеватые и тяжелые пылеватые по свойствам близки к тяжелым суглинкам. Большая высота капиллярного поднятия воды и способность переходить в плывунное состояние при увлажнении (при небольшом содержании глинистых частиц) обуславливают весьма неудовлетворительные свойства этих грунтов при использовании в дорожных сооружениях.

Глина — мелкозернистый природный материал, пылевидный в сухом состоянии, пластичный при увлажнении и камнеподобный после обжига. Диаметр частиц глин менее 0,005 мм; породы, состоящие из более крупных частиц, принято классифицировать как лесс. Большинство глин – серого цвета, но встречаются глины белого, красного, желтого, коричневого, синего, зеленого, лилового и даже черного цветов. Глина состоит из одного или нескольких минералов группы каолинов (происходит от названия местности Каолин в Китае).

 

 

3. Гидрогеологические условия

№ скважины	Верхний уровень грунтовых вод	Нижний уровень грунтовых вод	Грунты, входящие в подземные воды	Коэффициент фильтрации
1	198.5	193.3	суглинок, супесь	0.005-0.1; 0.5
2	197.5	192.3	суглинок, супесь	0.005-0.1; 0.5
3	197.1	191.9	суглинок, супесь	0,005-0.1; 0.5
4	196.5	191.3	суглинок, супесь	0.005-0.1; 0.5
5	197.3	191.9	песок м/з, суглинок, супесь	0.5; 0.05-0.1; 0.5
6	197.7	192.3	суглинок, супесь	0.05-0.1; 0.5
7	197.9	192.5	песок м/з, суглинок, супесь	0.5; 0.05-0.1; 0.5

 

Вода: безнапорная; грунтовая.

Грунтовыми называют постоянные во времени и значительные по площади распространения горизонты подземных вод, залегающие на первом от поверхности водоупоре. Они характеризуются признаками:

1.Грунтовые воды имеют  свободную поверхность, т.е. сверху они не перекрыты водоупорными слоями. Свободная поверхность называется зеркалом. Водоупор, на котором лежит водоносный слой, называют ложем, а расстояние от водоупора до уровня подземных вод – мощностью водоносного слоя.

2.Питание грунтовых вод происходит главным образом за счет атмосферных осадков, а также поступления воды из поверхностных водоемов. Территория, на которой происходит питание, ориентировочно совпадает с площадью распространения грунтовых вод. Грунтовая вода открыта для проникновения в нее поверхностных вод, что приводит к изменению ее состава во времени и нередко к загрязнению вредными примесями.

3.Грунтовые воды находятся  в непрерывном движении и, как  правило, образуют потоки, которые  направлены в сторону общего  уклона водоупора. Грунтовые потоки нередко выходят на поверхность, образуя родники или создавая локальную по площади заболоченность.

4.Количество, качество  и глубина залегания грунтовых  вод зависят от геологических  условий местности и климатических  факторов. Зеркало грунтовых вод  в какой-то мере копирует рельеф земной поверхности в пределах их расположения. По степени минерализации воды преимущественно пресные, реже солоноватые и соленые, состав гидрокарбонатно-кальциевый, сульфатный и сульфатно-хлоридный.

Грунтовые воды имеют практически повсеместное распространение. В площадном распределении грунтовых вод имеется определенная зональность. Выделяют четыре зоны: речных долин, ледниковых отложений, полупустынь и пустынь, горных областей.

 

3. Расчётная часть
1. Расчёт скважин

 

Скважина 1.  ВУГВ = 2.5 м (198.5); НУГВ = 7.7 м (193.3)

№	Отметка, м	Глубина, м	Мощность, м	Название породы	Скважина	Уровень грунтовых вод
	201.0
1	200.0	1.0	1.0	насыпной грунт
2	199.2	1.8	0.8	песок м/з
3	196.2	4.8	3.0	суглинок		198.5
4	191.2	9.8	5.0	супесь		193.3
5	184.2	16.8	7.0	глина