Предмет и задачи инженерной геологии

Себестоимость строительства  на территориях с высоким уровнем  грунтовых вод значительно повышается.

 

ЛИКВИДАЦИЯ ПОДТОПЛЕНИЯ

 

-- Устранение протечек  в городской системе водоснабжения.

-- Восстановление природных  дрен.

-- Переход к умеренному  асфальтированию поверхности почвы  в жилых  кварталах.

-- В Европе стали внедрять  пористый асфальт, который пропускает  и испаряет излишки влаги. 

 

 

Эндогенные  процессы. Землетрясения

 

Землетрясение -  мгновенное      высвобождение энергии за счет     разрыва горных пород в очаге.

Причина – тектонические движения    в литосфере.

Гипоцентр(фокус) землетрясения  – это  условное положение  очага на глубине.

Эпицентр -проекция гипоцентра на поверхность Земли.

Гипоцентры: мелко-фокусные (0-70 км),  Средне-фокусные (70-300), Глубоко  -фокусные (300-700).

 

Характеристика  сейсмического эффекта: в России -  12-балльная шкала Медведева-Шпонхойера- Карника (МSК-64).

МАГНИТУДА (Чарльз Ф. Рихтер):      lg (максимальной амплитуды землетрясения ) на расстоянии 100 км от эпицентра.

Энергия при землетрясения пропорциональна   скорости сейсмических волн,      плотности слоев Земли,  амплитуде смещения, частоте колебаний.

Типы упругих волн: Р-продольные, они попеременно сжимают и  растягивают ГП. Их скорость зависит  от плотности и модуля сдвига породы.

S-поперечные волны –  смещают грунт  90^о к направлению движения волны.   В жидкости не распространяются.

Поверхностные- подобно ряби расходятся по поверхности Земли.

   

Регистрация землетрясений– сейсмографы  регистрируют: тип волны,  направление волны,  время приходя волны. 40000 датчиков регистрируют несколько сот тысяч землетрясений в году,  100 из них -  ужасные.

 

Локализация землетрясений закономерна. Землетрясения происходят в зонах контактов литосферных плит:  рифты, Ср.океанич.хребты. горные цепи. Очаги лежат в зонах Х.Беньофа  (погружение плит в мантию).

Механизм землетрясений неясен.

Гипотезы: Шебалин Н.В. (1984) –зацепы твердых тел. Мячкин В.И. –лавинный рост трещин. Брейс У.,Нур А.М. – быстрый рост объема горных пород вслед за появлением трещин. Штольц К.(1990г.) – залипание контактов.

ЦУНАМИ – землетрясения с эпицентром в  океане.  Во всей массе воды возникают подводные волны,V=800 км/ч. У берега скорость падает до нуля,но амплитуда   волны растет и порождает катастрофы.

МЕТОДЫ Прогнозов землетрясения. Два направления:

1. Выявление их  предвестников, - выявление сейсмических циклов,   скопления колебаний земной коры  у  будущих очагов.

2.Контроль деформации  и наклонов земной коры.  –  изменения скорости сейсмических  волн,изменения электрического сопротивления горных пород,  изменения напряженности магнитного поля;  колебания уровня грунтовых вод, содержания радона.  

Срочность прогнозов: годы – недели – непосредственно перед землетрясением.  Г. Хайчен (Кит) за 5,5 час предупредил землетрясение силой в М=7,3.

Сейсмическое  районирование:   выделение областей, в которых можно ожидать     землетрясение определенной интенсивности. Районирование учитывает: геологические, тектонические, сейсмологические, физические факторы. Каждый бал сейсмичности сильно увеличивает цену ПГС!

Уровни районирования: Страна, регион, город. при этом учитываются состав грунтов, уровень грунтовых вод, рельеф кровли коренных скальных пород.

Неблагоприятные условия  для строительства:  обводненные  грунты (гидравл удар),  рыхлые суглинки,  просадочнсть…

Проектирование: Конструкция зданий должна быть  прочная и гибкая, рассеивающая  колебания грунта. В Токио построены здания высотой 60 этажей. Здания раскачиваются как деревья и таким образом рассеивают энергию землетрясений.

ВЕЧНАЯ  МЕРЗЛОТА

 

Вечная мерзлота – это толща горных пород, залегающая вблизи поверхности земли, обладающая отрицательной температурой, которая сохраняется тысячелетиями.

 

Мерзлота занимает  > 63% территории России и распространена севернее 48 с.ш.  

Строение вечной мерзлоты.

Представлена в нескольких видах: сплошной массы -  до глубины ~200м, t= -7…-12⁰С, в виде таликов до глубины 20-60м t= -0,2 …-2С, в виде островной - до глубины -10-30м, t=0…-0,3С

На севере структура мерзлой  тощи включает деятельный слой (вверху), а глубже -  сплошную  ВМ. Деятельный слой  тает весной. Его мощность зависит от глубины максимального протаивания и состава ГП:  для глины- 0,7м, песка - 3-4м. Деятельный слой сливается зимой с вечной мерзлотой. В теплые зимы между ним и ВМ остается талый слой.

Вечномерзлые толщи могут быть сплошными и слоистыми, т.е. чередующимися  с талыми породами. В наиболее суровом  климате ВМ включает массивы чистого  льда.

Строение ВМ у  южного края самое  сложное, прерывистое, в долинах  рек ВМ отступает на большую  глубину (р.Лена). 

РЕЖИМ  ВМ

Динамика ВМ проявляется  в большем распространении на юг и отступлении. ВМ деградирует. Согласно подсчетам, к концу ХХI века ее граница отодвинется на север на 500-700 км . Тепловая осадка морских берегов на севере может достигнуть 10 м, а береговая линия переместится на юг. Пострадает трубопроводный транспорт, и существующие объекты ПГС. Нужна новая стратегия строительства.

РОЛЬ  ЛЬДА  в ВМ .

На плавление льда при 0^о требуется в 100 раз больше тепла, чем на нагревание горных пород.

Вследствие этого, лед  порождает в ВМ зону  НУЛЕВОЙ    ЗАВЕСЫ.

Она  имеет t = О^оС,  поглощает много холода/тепла, поэтому служит буфером и препятствует изменению температуры в нижележащих слоях. В сухих породах ее нет. В породах со связанной водой она располагается в    зоне с температурой < 0⁰C.

Вода в вечной мерзлоте (ВМ)

 Вечная мерзлота водонепроницаема. В водоносных горизонтах является  водоупорной кровлей и ложем.  Воды могут быть сильно минерализованы.По характеру залегания подземные воды бывают:

Надмерзлотные   -- временный источник  водоснабжения. При оттаивании порождают деформации грунтов.

Межмерзлотные    -- приводят к    образованию наледей;     в феврале-марте они сжимаются мерзлым верхним слоем и прорываются в подвалы, дорожные   выемки.

Подмерзлотные  --  могут быть источником  постоянного  водоснабжения.  

В ВМ могут быть проталины и подземные воды мигрируют   из  под мерзлоты,  в межмерзлотный или в надмерзлотный слои.

Движение воды породах вечной мерзлоты

 

Гравитационная вода перемещается в замкнутых объемах при промерзании под влиянием возрастающего давления. Оно меняется, поскольку лед увеличивается в объеме на  9%.Вода может выдавливаться на поверхность, образуются наледи площадью  100 - 1000000 м². В сильные морозы давление воды под льдом возрастает и вода из рек прорывается   на берег через породы, образуя наледи. Разрушаются дороги.

Скорость промерзания  возрастает, если дорожное основание  уплотнялось.  Под поверхностью грунта образуются ЛЕДЯНЫЕ  БУГРЫ, если вода не может под давлением вырваться на поверхность. Их высота достигает 10 до 80 м. На поверхности образуется пьяный лес. Внутримерзлотные воды могут переохладиться и при легком сотрясении  мгновенно замерзают с мгновенным ростом давления и взрывом.

СОЛИФЛЮКЦИЯ - течение почв весной из-за таяния льда , накопившегося зимой у поверхности.

Теплые воды агрессивны для  вечной мерзлоты и могут вызываь развитие термокарста    и термоэрозии.

 

БОРЬБА  с мерзлотными явлениям  использует саму природу образования  наледи.

Можно охладить подземные  воды и превратить их в лед, который  создаст преграду для миграции воды. Тогда воды  уйдут в сторону от  защищаемого объекта и там образуется наледь. Так защищают дороги. С этой целью вдоль дорожного полотна устраивают траншеи.

Изыскания при строительстве в  зоне вечной мерзлоты

Изучают факторы мерзлоты:  состав грунтов, влажностный режим,       t^o -режим, режим снежного покрова; техногенные - размер зданий, глубину заложения фундаментов, конструкцию фундаментов, время производства строительных работ, t^o_режим эксплуатации зданий.

Исследования  ВМ для целей строительства

Определяют:

- глубину залегания вечной  мерзлоты , ее  тип: сплошная, слоистая.

- температурный режим  деятельного слоя ВМ 

- режим подмерзлотных подземных вод

- параметры метеорологии, климата.

 

Особенности строительства  в условиях ВМ

-Крупные залежи льдов  обходят  

-дренируют подземные  воды   

-заменяют лед в котлованах  и выемках дренирующим грунтом   

-фундаменты под здания  и сооружения закладывают на сваях.

 

Тема. Инженерно-геологические изыскания  в строительстве

 

Инженерно-геологические (ИГ)-изыскания обеспечивают

           –комплексное  изучение природных и техногенных  условий строительства; 

           -составление  прогнозов взаимодействия объектов  ПГС с окружающ. средой;

           -обоснование  инженерной защиты  и безопасных  условий жизни населения.

 

Содержание технического задания  для ИГ-изысканий

-Вид и характеристика  объектов  ПГС, их ответственность;

-характеристика ожидаемого воздействия  объектов ПГС на окружающ.среду,

-требования к точности и достоверности  данных,

-требования к прогнозу изменений  природных и техногенных условий.

 

Состав программы ИГ-изысканий:

-характеристика степени изученности  природных условий,

-характеристика природных и  техногенных условий района,

-обоснование  состава, методов,  объема и  детальности изысканий

 

Этапы проектирования (разработки строительной документации):

-предпроектная (обоснование инвестиций в строительство); -проектирование; -рабочая документация

 

Этапы ИГ-изысканий  и их соответствие этапам проектирования:

ИГ-рекогносцировка-> предпроектная;

 ИГ-съемка-> проектирование;

ИГ-разведка-> рабочая документация

 

Цель ИГ-изыскан. (ИГ-рекогносцировки) для обосн. предпроектной документации:

-оценка ИГ-условий территории  для выбора наилучших вариантов  размещения строительных площадок

(1)Задача ИГ-рекогносцировки  - (2) выполнение задачи- (3) результат:

          (1)  - контролирует, уточняет, дополняет материалы изысканий прошлых лет.

          (2)   -Маршрутные наблюдения, отдельные горные выработки и геофизич. исследования.

          (3)   -Разработка рабочей гипотезы и схематической карты ИГ-условий района

 

Цель ИГ-изысканий (ИГ-съемки) для обоснования проектной документации

                  -Изучение ИГ-условий площадки, необх-мых для окончательной компоновки объектов

                  -обоснование мероприятий по охране  окружающей среды.

Задача ИГ-съемки(1) –  ее выполнение(2) – результат(3):

     (1)   Выделение  ИГ-элементов с оценкой расчетных параметров свойств  грунтов.

    Оценить развитие ИГ-процессов  и их влияние на объект

     (2)   Проходка скв.и шурфов, полевые и лабораторные исследования свойств грунтов

      Геофизические иссл-ния; стационарные набл. за изменением факторов ИГ-  условий

              (3)  Специализированные ИГ-карты  (1:5000,1:2000).  Выделение участков,   

      однотипных для проектирования.

Цель ИГ-изысканий (ИГ-разведки) для обоснования  рабочей документации

                  Уточнение и детализация ИГ-условий  под отдельными объектами ПГС

Задача ИГ-разведки(1)  -  ее выполнение(2)  -  результат(3)

                  (1)  Оценка условий залегания  и св-в грунтов под отдельными объектами ПГС      

                  (2)  Проходка скважин, полевые  и лабораторн. испытания свойств грунтов, геофизика.

                  (3)  Параметры грунтов, необходимые  для расчета  фундаментов и  конструкций  

                  зданий, прогноза изменения грунтов  при строительстве и эксплуатации  объекта.

 

Цель ИГ-изысканий на период строительства и эксплуатации объектов

             Повышение надежности зданий  и сооружений, охрана здоровья  людей.

Задача (1)  -  ее выполнение(2) – (3) результат 

1. Уточнение ИГ-условий при вскрытии котлованов, выемок

     Контроль за подготовкой оснований и водопонижением

     Оценка состояния  зданий и систем их инженерной  защиты 

                  (2)  Проходка скважин, шурфов, испытания  свойств грунтов, наблюдения за режимом