М.Д. Скурский Геологическое строение, инженерно-геологические условия, неблагоприятные геологические и инженерно-геологические процессы

1

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2

Геологическое строение, инженерно-геологические условия, неблагоприятные геологические и инженерно-геологические процессы, категория сложности инженерно-геологических условий участка автомобильной дороги, мостового перехода.

Аудиторные занятия – 5 часов Самостоятельная работа студента – 8 часов

1. Геологическое строение.

Охарактеризуйте геологическое строение территории вашего участка автомобильной дороги, мостового перехода, то есть геологостратиграфический разрез. Его следует “вычитать” из подготовленных вами в первой практической работе графических приложений с использованием текстовых, табличных и других проектных либо отчетных материалов, выданных вам при получении персональных заданий по объектам (фрагменту автомобильной дороги, мостовому переходу).

Для изложения геологического строения вашей территории (по указанному комплекту графики – стратиграфической колонке, продольному профилю дороги, инженерно-геологическим разрезам и др.) пользуйтесь условными обозначениями на этой графике, а также типовыми условными обозначениями, в частности, к геологическим картам четвертичных отложений, легендами на них, стратиграфической схемой четвертичной системы (фонды кафедры геологии), условными графическими обозначениями в документации по инженерногеологическим изысканиям [12], методическими указаниями “Построение инженерно-геологического разреза” (фонды кафедры геологии), условными графическими обозначениями на чертежах автомобильных дорог [11].

В начале характеристики геологического строения трассы автодороги либо мостового перехода перечислите в стратиграфической последовательности от более нижних к верхним (от более ранних к более поздним) все стратиграфические подразделения, укажите всякий раз в скобках индекс каждого из них (индекс возраста и генетического типа отложений, как это указывается на геологических картах четвертичных отложений и разрезах к ним). Показательным примером изложения геологического строения территории вашего объекта может служить

2

курсовой проект строительства автомобильной дороги О.М. Скубеевой, ч. 11, с. 11-12, также технический отчет по инженерным изысканиям к реконструкции автомобильной дороги Томск-Мариинск, том 11, разд. 2.1 (фонды кафедры геологии).

При характеристике геологического строения, в частности того или иного слоя или инженерно-геологического элемента, следует особо детально освещать слои, которые могут быть несущими для основания дороги [1, с. 9-11; 18].

Инженерно-геологические элементы – это генетически однородные разности грунтов, состав и свойства которых не выходят за пределы классификационных показателей, установленных для того или ино-

го вида грунта [33, c. 25-26; 37; 54].

Характеристику геологического строения своего объекта студент должен излагать с привязкой слоев, инженерно-геологических элементов к ориентирам местности и пикетам трассы дороги, а также с указанием их протяженности, площадей развития, приуроченности к определенным формам рельефа, террасам, пойме...

При проложении дороги, мостового перехода по четвертичным отложениям в начале характеризуются отложения (слои) нижнего звена четвертичной системы (Q1), затем среднего (Q2), верхнего (Q3) и современного (Q4) [27]. В каждом звене от нижних к верхним следует индексировать и характеризовать отложения надгоризонтов, горизонтов, подгоризонтов если таковые имеются. В качестве примеров смотрите указанную стратиграфическую схему четвертичной системы, геологические карты четвертичных отложений, стратиграфическую шкалу четвертичной системы, условные обозначения к геологическим картам четвертичных отложений (фонды кафедры геологии). В каждом стратиграфическом подразделении указывайте и индексируйте генетические типы отложений, как это выполнено на указанных наглядных пособиях.

При упоминании по тексту геологических образований (горных пород, отложений) в скобках обязательно указывайте их геологические индексы согласно типовым условным обозначениям.

В качестве генетических типов выступают не только коренные горные породы – магматические, осадочные и метаморфические, но чаще всего рыхлые четвертичные отложения – элювиальные, делювиальные, пролювиальные, озерные и другие.

Следует указывать условия залегания пород (отложений) – согласное или несогласное, нарушенное или ненарушенное, пологое, крутое

3

или горизонтальное; их углы падения, трещиноватость, разрывные нарушения со смещением или без смещения блоков пород по сместителю; элементы залегания (азимут падения, угол падения) слоев горных пород, разрывных нарушений. То есть необходимо привести все имеющиеся данные, характеризующие степень устойчивости пород (грунтов) вдоль трассы. Особо тщательно опишите характер почвы и кровли слоев, укажите их мощность, изменчивость, выклинивание.

Для современных биогенных отложений – торфов, сапропелей, залегающих на тех или иных образованиях, также нужно указывать степень (масштаб) распространения, мощность, вещественный состав, зональность, степень разложения, водонасыщения.

Особое внимание уделите тем генетическим типам отложений, которые залегают первыми от поверхности, в том числе нелитифицированным (рыхлым) четвертичным, их связи с формами рельефа; укажите формы геологических тел отложений (слои, линзы ...), характер выклинивания в разрезе и т.д.

Разделение осадочных отложений на слои или инженерногеологические элементы выполните с учетом требований [9; 41; 55].

Определение понятия “инженерно-геологический элемент” дано В.Д. Ломтадзе в словаре по инженерной геологии [28].

2. Инженерно-геологические условия строительства и их оценка. Обоснуйте, выделите и покажите условными обозначениями на продольном профиле автодороги типы местности, дайте по тексту их привязку к пикетажу. Они выделяются по условиям увлажнения верхней толщи грунтов и характеру поверхностного стока, свойствам и условиям залегания грунтов вдоль проектируемой автомобильной дороги или мостового перехода [48, с. 45, табл.1 обязательного прил. 2]. Типы местности: первый – сухие участки, второй – сырые участки с избыточным увлажнением в отдельные периоды года, третий – мокрые участки с постоянным избыточным увлажнением [6, с.1 33-134; 13; 48].

В качестве примеров выделения и описания типов местности изучите:

1.Технический отчет по инженерным изысканиям реконструкции автомобильной дороги Томск-Мариинск, графический лист “Земляное полотно и дорожная одежда” (фонды кафедры геологии).

2.Отчет по инженерно-геологическим изысканиям автомобильной дороги В. Почитанка-Левашовка (фонды кафедры геологии).

3.Проект автомобильной дороги О.М. Скубеевой (фонды кафедры

4

геологии).

При инженерно-геологических исследованиях трассы автомобильной дороги на вечномерзлых грунтах определите и охарактеризуйте типы местности на основе требований [23, с. 152; 48, с. 48, табл. 9].

Разработайте инженерно-геологическую классификацию грунтов вашего фрагмента дороги, мостового перехода, т.е. выделите и перечислите по каждому из слоев в их возрастной последовательности снизу вверх в табличной форме классы, группы, подгруппы, типы и виды грунтов с учетом их физико-механических свойств согласно [14]. По каждому грунту основания дороги (слою, инженерно-геологическому элементу) опишите вещественный состав, состояние (характеристики нормативные и расчетные) строительных физико-механических (физических, деформационных, прочностных), водно-физических и химических свойств.

Перечень основных строительных свойств по видам грунтов каждого класса имеется в [14; 15] учебниках по инженерной геологии.

Принципы определения нормативных и расчетных характеристик грунтов – физических по всем грунтам, прочностных (удельного сцепления и угла внутреннего трения нескальных грунтов и временного сопротивления одноосному сжатию скальных грунтов), деформационных (модуля деформации нескальных грунтов), либо таблицы свойств грун-

тов приведены в [7; 9; 10; 16; 29; 35; 46, с. 27-28; 57; 58], в технических отчетах и проектах по инженерным, инженерно-геологическим изысканиям автомобильных дорог, в которых на данной стадии изученности имеются ведомости строительных свойств грунтов, их нормативные, расчетные характеристики, необходимые при проектировании оснований различных сооружений.

Для ориентировочных расчетов предварительного характера и при проектировании земляного полотна малоответственных линейных сооружений можно воспользоваться табличными значениями нормативных характеристик (показателей) физико-механических свойств грун-

тов по [5; 44].

Расчетные характеристики (показатели свойств) основных видов грунтов, используемых в конструкциях земляного полотна: γ – удель-

ный вес грунта, С н – сцепление, ϕ – угол внутреннего трения, Е – модуль деформации, ν – коэффициент Пуассона, ε – коэффициент бокового давления, Кф – коэффициент фильтрации грунтов; параметры компрессорных кривых и значения гидродинамических градиентов. То есть

5

это показатели, непосредственно используемые в расчетах прочности, деформируемости и водопроницаемости оснований сооружений [20; 22; 63]. Перечень расчетных характеристик по слабым грунтам приве-

ден в [4; 32; 40].

Примерами подхода к характеристике строительных свойств слоев и инженерно-геологических элементов грунтов могут служить следующие отчеты:

1.Технический отчет по инженерным изысканиям. Объект: Строительство автомобильной дороги д. Мелкова – д. Северная в Яшкинском районе. Рабочий проект. – Кемерово, 1988 (фонды кафедры геологии).

2.Технический отчет по инженерно-геологическим изысканиям. Объект: Автомобильная дорога Алтай–Кузбасс на км 155-141. Обследование пучинистых участков автодорог. Рабочий проект.– Кемерово, 2001 (фонды кафедры геологии).

Инженерно-геологическим элементом может быть слой пород одного возраста, генетического и петрографического типа, однородного состава и физико-механических свойств [28]. Вместе с тем мощный геологический слой может делиться на два или более расчетных элемента, различающихся по физическому состоянию, свойствам или напряженному состоянию. Расчетным элементом может быть пачка тонкопереслаивающихся слоев и слойков, близких по физическому состоянию, свойствам и напряженному состоянию.

Под расчетным элементом понимают инженерно-геологическое тело, представленное одной или несколькими разными по минеральному составу породами, для которого по условиям участка допускается обобщение значений показателя, характеризующего отдельные входящие в него инженерно-геологические элементы, или принятие для расчета показателя одного из входящих в него инженерно-геологических элементов [33, c. 25-26].

Характеристику каждого слоя, инженерно-геологического элемента осуществляйте с привязкой его распространения к пикетам автодороги от ее начала и прежде всего с привязкой к типам местности по характеру и степени увлажнения [48, прил. 2, табл. 9]. При этом по тексту делайте ссылки на ваши графические приложения. Примеры характеристики грунтов по каждому типу местности имеются в следующих отчетах по инженерно-геологическим изысканиям:

1.Отчет по инженерно-геологическим изысканиям автодороги В. Почитанка-Левашовка – Кемерово, с. 11-14 (фонды кафедры геоло-

6

гии).

2. Технический отчет по инженерным изысканиям. Объект. Рабочий проект ремонта моста через р. Камышинка на км 158+500 автодороги Томск-Мариинск в Ижморском районе Кемеровской области: Ч.11. Инженерно-геологические изыскания. – Кемерово, 2002 (фонды кафедры геологии).

На основании физико-механических и других свойств студент должен дать оценку каждого вида грунта с точки зрения его строительных свойств, пригодности в качестве основания дороги.

Категоризируйте грунты каждого слоя по разработке механизмами

[50, с. 4-19; 51; 52, с. 4-10].

Грунтам (слоям) дайте на продольном профиле, инженерногеологических разрезах номера по трудности разработки и укажите их при инженерно-геологической характеристике каждого слоя.

Вечномерзлые грунты. По ним необходимы сведения о распространенности на конкретных участках инженерно-геологических изысканий дорожных работ с привязкой таких участков, в том числе разной степени льдистости, к пикетам; характеристика сезонно-талых слоев (СТС) грунтов на участках вечной мерзлоты прокладываемой автодороги; сезонно-мерзлых слоев (СМС), подстилаемых талыми породами [36, с. 40; 57; 58]. Укажите нормативную глубину сезонного промерзания, геокриологические компоненты – характер распространения (границы), температуры и льдистость многолетнемерзлых грунтов (пород), амплитуды колебания температуры их поверхности среднегодовую температуру; литологенический состав и влажность, а также другие свойства сезонно-мерзлых слоев (СМС) согласно [8; 17; 19; 31; 36; 38; 47; 57; 58; 64].

По участкам распространения многолетнемерзлых грунтов укажите также их мощность, засоленность, деформационные и прочностные свойства, пучение, термокарсты, морозобойное растрескивание, глубины сезонного оттаивания [58]. Как на графических материалах, так и по тексту выделите и обозначьте участки с опасными или неблагоприятными инженерно-геологическими мерзлотными условиями [24, с. 22].

Просадочные грунты. охарактеризуйте их распространение, приуроченность к определенным геоморфологическим элементам и формам рельефа, просадочные процессы (размер и формы просадочных блюдец, ложбин ...), мощность просадочной толщи, состояние и свойства грунтов, в том числе фильтрационные и другие источники замачивания; уровни грунтовых вод от основания автодорожной трассы

7

вания; уровни грунтовых вод от основания автодорожной трассы [2]. Равно как и просадочные всесторонне осветите набухающие грун-

ты, органоминеральные и органические, засоленные, элювиальные, склоновые, техногенные, карстующие [43; 45; 60].

3.Неблагоприятные геологические и инженерно-геологические процессы.

Охарактеризуйте прежде всего экзогенные геологические процессы (выветривание, денудацию, аккумуляцию) и особенности этих процессов: площади развития аккумулятивных отложений грунтов (с привязкой к пикетам) по их фациальной (генетической) принадлежности – элювиальных, делювиальных, пролювиальных, коллювиальных с краткой характеристикой видов этих грунтов (мелкообломочные, крупнообломочные, глинистые); овраги, склоновые эрозионные процессы (осыпи, обвалы, курумы), участки развития плоскостного стока (смыва), оползни, сели, лавины, участки и степень переработки берегов, водохранилищ, озер, рек, их меандрирование; процессы заболачивания

иместа распространения озер, болот ( все с жесткой привязкой к пикетам) и причины их образования (климат, близкое залегание грунтовых вод и т.п.); процессы дефляции и корразии, если они проявлены [21]. Далее охарактеризуйте криогенные процессы (наледи, бугры морозного пучения, процессы солюфлюкции, термокарсты, термокарстовые озера, явления инсоляции, процессы образии, просадочности, сейсмические явления) и изложите результаты других процессов [19; 34; 36; 43; 45, с. 18-20; 49; 57].

Cогласно [49] определите категории опасности природных процес-

сов.

4.Категории сложности инженерно-геологических условий строительства.

Они находятся в зависимости от степени неоднородности этих ус-

ловий [3, c. 32-34; 25, с. 32-34; 26, с. 484-498; 30, с. 163; 41, с. 20; 55,

прил. “Б”, с. 45-47; 56].

Обоснование категорий (категории) сложности инженерногеологических условий объекта строительства каждый студент должен выполнить на основе фактического материала, изложенного им в настоящей и предыдущей практических работах, и анализа своего комплекта графических материалов.

Критерии выделения участков различных категорий сложности

8

инженерно-геологических условий строительства на вашем фрагменте дороги, мостовом переходе определяются неоднородностью этих условий.

При обосновании категорий сложности учитывайте следующими критериями:

-неоднородность вещественного состава и свойств горных пород (грунтов);

-сложность геологического разреза, обусловленная распространением различных стратиграфических, генетических и петрографических типов пород, формой и условиями их залегания, невыдержанностью мощности и тектонической нарушенностью;

-неоднородность физического состояния горных пород;

-неодинаковые распространенность и условия залегания подземных вод;

-участки различных типов местности по условиям увлажнения и мерзлотно-грунтовым особенностям по продольному профилю дороги;

-участки с неблагоприятными инженерно-геологическими условиями: овраги, оползни, осыпи, болота, вечная мерзлота, карсты, кру-

тые косогоры, обвалы и т.д. [24; 25 с. 28-32; 48; 53, с. 109].

С учетом этих критериев отнесение участков вашего фрагмента автодороги к той или иной категории сложности инженерногеологических условий осуществите в соответствии со СНиП [42; 55]. Обоснованные вами участки различных категорий сложности инже- нерно-геологических условий строительства обозначьте на графике, в частности на продольном профиле дороги.

На основании этого укажите в тексте (и на графике) с привязкой к пикетам участки дороги, подлежащие индивидуальному (детальному) проектированию как наиболее сложные для строительства, в частности участки оврагов, развития карста, осыпей, оползней, солевых выносов, болот и т.п., которые потребуют устройства выемок, насыпей, мостовых переходов и других дорожных сооружений при разработке инженерного (рабочего) проекта строительства [61]. Это в свою очередь позволит в следующей практической работе № 3 обосновать соответствующие масштабы работ, их методы, методику и виды для инженерногеологических изысканий (инженерно-геологического обеспечения дорожных работ) дифференцированно на каждом из таких участков вдоль трассы автомобильной дороги.

Проанализировав и оценив инженерно-геологические условия

9

строительства дороги, мостового перехода, обоснуйте прогноз развития опасных природных геологических, гидрогеологических процессов при взаимодействии вашего линейного сооружения с геологической средой.

К примеру, зная водные свойства горных пород, можно дать прогноз изменения их прочности и других свойств, а также развития ка- ких-либо геологических процессов под воздействием воды [27].

Разработайте мероприятия по охране и рациональному использованию геологической среды, а также по инженерной защите территории согласно [19; 24; 39; 45; 48, с. 4-5; 55; 59; 62].

В результате прогноза оцените возможность изменения инженерногеологических условий во время строительства, эксплуатации, реконструкции, ремонта автомобильной дороги, мостового перехода; установите и изложите направленность и характер возможных изменений состава и состояния грунтов под воздействием природных и технических факторов, проявления особых (специфических) свойств грунтов и их ориентировочные характеристики, а также категорию (степень) опасности природных процессов в соответствии со СНиП [49] и тенденцию (направления) изменения отдельных факторов инженерно-геологических условий.