Контрольная работа по дисциплине инженерная геология

 

Основания, сложенные элювиальными грунтами должны проектироваться с  учетом:

 

· их значительной неоднородности по глубине и в плане из-за наличия  грунтов с большим различием  их прочностных и деформационных характеристик - скальных разной степени выветрелости и различных типов нескальных грунтов;

 

· склонности к снижению прочности  элювиальных грунтов (особенно крупнообломочных и сильно выветрелых скальных) во время  их преобразования в открытых котлованах;

 

· возможности перехода в плывунное  состояние элювиальных супесей  и пылеватых песков в случае их водонасыщения в период устройства котлованов и фундаментов;

 

· возможным наличием просадочных  свойств у элювиальных пылеватых  песков с коэффициентом пористости > 0,6 и степенью влажности < 0,7.

 

Возможность и степень снижения прочности элювиальных грунтов  основания во время пребывания их открытыми в котловане должны устанавливаться опытным путем  в полевых условиях. Допускается  проводить определения в лабораторных условиях на специально отобранных образцах (монолитах) грунта.

 

При расчетных деформациях основания, сложенного элювиальными грунтами, больше предельных или недостаточной несущей  способности основания должны предусматриваться  следующие мероприятия:

 

· устройство уплотненных грунтовых  распределительных подушек из песка, гравия, щебня или крупнообломочных грунтов с обломками исходных горных пород, в частности при  неровной поверхности скальных грунтов;

 

· удаление из верхней зоны основания  включений скальных грунтов, полную или частичную замену рыхлого заполнения «карманов» и «гнезд» выветривания в скальных грунтах щебнем, гравием или песком с уплотнением.

 

· В проекте оснований и фундаментов  должна предусматриваться защита элювиальных  грунтов от разрушения атмосферными воздействиями и водой в период устройства котлованов. Для этой цели следует применять водозащитные мероприятия, не допускать перерывы в устройстве оснований и последующем возведении фундаментов; предусматривать недобор грунта в котловане; применять взрывной способ разработки скальных грунтов лишь при условии мелкошпуровой отпалки.

 

Вопросы:

 

1. Продуктом выветривания горных  пород, оставшимся на своем  месте, считают?

 

a. элювий

 

b. делювий

 

c. пролювий

 

d. аллювий

 

2. Верхним слоем коры выветривания принято считать?

 

a. почвы

 

b. лесс

 

c. глины

 

d. пески

 

3. К какому классу грунтов  относится элювий?

 

a. мерзлые

 

b. техногенные

 

c. скальные

 

d. дисперсные

 

4. Какие из элювиальных грунтов  являются наиболее опасными для  строительства?

 

a. крупнообломочные

 

b. пески

 

c. лессы

 

d. почвы

 

 Задание 3

 

1. Зная период Т и амплитуду  А колебаний сейсмической волны  (табл.3), вычислить сейсмическое  ускорение а и коэффициент  сейсмичности Кs.

 

2. Подсчитать сейсмическую инерционную  силу S (в тоннах), воздействующую на сооружение при землетрясении. Массу сооружения Р принимают равной 5500т.

 

3. Используя величину сейсмического  ускорения, определить силу землетрясения  в баллах. Все эти данные внести  в табл.3.

 

4. По данным о силе землетрясения  уточнить расчетную балльность строительной площадки в районах, сложенных:

 

а) рыхлыми осадочными породами с  глубиной залегания грунтовых вод  до 5м от поверхности земли;

 

б) скальными породами (гранитами, гнейсами), прикрытыми маломощным слоем  сухого элювия.

 

Согласно полученным результатам дать заключение о возможности и экономической целесообразности строительства на одном из указанных участков.

 

Таблица 4

 

Вариант 

2 

 

Период сейсмической волны Т, с 

0,95 

 

Амплитуда колебаний сейсмической волны А, мм 

60 

 

Сейсмическое ускорение б =4р2А/Т2, мм/с2 

2622 

 

Сила землетрясения, балл 

10 

 

Коэффициент сейсмичности Кs=б/g 

0,27 

 

Инерционная сила S= КsР, т 

1485 

 

 

 

Землетрясение - колебание земной коры или ее участка, вызванные прохождением сейсмических волн, возникающих в результате кратковременного выделения из какого-либо источника большого количества упругой энергии.

 

Период - физические промежутки времени, через которые система, совершающая  колебания, возвращается в начальное  состояние.

 

Амплитуда - размах колебаний, наибольшее отклонение изменяющейся физической величины от «нулевого» значения.

 

Таблица 5.

 

Сейсмическое ускорение, мм/с2 

Сила землетрясения, балл 

 

250-500 

6 

 

500-750 

7 

 

750-1000 

8 

 

1000-2000 

9 

 

2000-3000 

10 

 

4000-5000 

11 

 

5000-6000 

12 

 

 

 

Сейсмическое воздействие - колебательное  движение грунта при землетрясении, создающее кинематическое возбуждение  колебаний исследуемого объекта. Переносное ускорение колеблющегося основания (единой опорной платформы) сообщает объекту инерционные нагрузки, вызывая в нём ответные колебания. При этом сейсмическое воздействие в общем случае представляется трехкомпонентными акселерограммами (записями ускорения во времени) для двух горизонтальных и вертикального направлений.

 

Сейсмическое ускорение - величина, с помощью которой может быть измерена сила землетрясения значением б (мм/с2) и определяется по формуле:

 

б =4р2А/Т2,

 

где А - амплитуда колебаний поверхностных  слоев земли, измеряемая сейсмографами, мм;

 

Т - период колебаний сейсмической волны по показаниям сейсмографа, с.

 

Сила землетрясения - динамическое воздействие на конструкции здания, характерное относительно кратковременным  действием, большой интенсивностью и неопределенным направлением. Измеряется в баллах.

 

Коэффициент сейсмичности - характеристика интенсивности землетрясения, определяемая отношением ускорения основания сооружения, вызванного сейсмическими воздействиями, к ускорению силы тяжести.

 

Инерционная сила - произведение коэффициента сейсмичности на массу вовлеченного в движение тела.

 

а) Учитывая, что грунт состоит из рыхлых осадочных пород и уровень грунтовых вод находится близко от поверхности земли, никакой экономической целесообразности строительства в данном районе нет. На рыхлых грунтах добавляем один балл к расчетному - получается 11 баллов. При такой силе землетрясения произойдет интенсивное доуплотнение грунта, что вызовет разрушение зданий и сооружений.

 

б) Учитывая, что строительная площадка, сложена скальными породами (гранитами, гнейсами), прикрытая маломощным слоем  сухого элювия, что говорит о слабом выветривании данных пород, в данном районе строительство зданий и сооружений возможно. Уточненный балл для данной строительной площадки составит 9 баллов.

 

Вопросы:

 

1. Как называется очаг зарождения  сейсмических волн?

 

a. гипоцентр

 

b. эпицентр

 

c. магнитуда

 

d. вулкан

 

2. Какая глубина является наиболее  сейсмичной?

 

a. поверхность земли

 

b. 1-10км

 

c. 30-60км

 

d. 100-700км

 

3. Какие сейсмические волны приходят  к поверхности земли первыми?

 

a. Р-волны

 

b. волны Лява

 

c. волны Рэлея

 

d. S-волны

 

4. В чем измеряется сила землетрясения?

 

a. в баллах

 

b. в километрах

 

c. в классах

 

d. в секундах

 

5. На сколько баллов корректируют  район строительства при расчетной  балльности данного района в  10 баллов на рыхлых грунтах?

 

a. увеличивают на 2 балла

 

b. увеличивают на 1 балл

 

c. уменьшают на 1 балл

 

d. уменьшают на 2 балла

 

Задание 4

 

1. Описать подземные воды, указанные  в табл.4 для соответствующего  варианта, описать особенности их  существования и движения. 2. Охарактеризовать  водоносный горизонт, заключающий эти воды, особенности его питания и разгрузки, его значение для целей водоснабжения. Описание проиллюстрировать схематическими рисунками.

 

Подземные воды - воды, находящиеся  в верхней части земной коры. Гидрогеология - наука о подземных водах, их происхождении, условиях залегания, законах движения, физических и химических свойствах, связях с атмосферными и поверхностными водами.

 

Подземные воды образуются преимущественно  путем инфильтрации. Атмосферные  осадки, речные и другие воды под  действием гравитации просачиваются по крупным порам и трещинам пород. На глубине они встречают водонепроницаемые слои гарных пород. Вода задерживается и заполняет пустоты пород. Так создаются горизонты подземных вод. Количество воды, инфильтрующейся с поверхности, определяется действием многих факторов: характером рельефа, составом и фильтрующей способностью пород, климатом, растительным покровом, деятельностью человека и т. д.

 

Подземные воды подразделяют: по характеру  их использования и по условиям залегания  в земной коре. В число первых входят хозяйственно-питьевые воды, технические, промышленные, минеральные, термальные. Ко вторым относят: верховодки, грунтовые и межпластовые воды (рис. 2), а также воды трещин, карста, вечной мерзлоты. В инженерно-геологических целях подземные воды целесообразно классифицировать по гидравлическому признаку - безнапорные и напорные.

 

Рис. 2. Схема залегания подземных  вод: 1 - почвенная вода; 2 - верховодка; 3 - зона аэрации; 4 - капиллярная кайма; 5 - грунтовая вода (первый водоносный горизонт); 6, 8 - водоупоры; 7 - межпластовая вода (второй водоносный горизонт).

 

Грунтовые воды

 

1. Описать особенности существования  и движения грунтовых вод.

 

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

 

· грунтовые воды имеют свободную  поверхность, т.е. сверху они не перекрыты  водоупорными слоями. Свободная поверхность  грунтовых вод называется зеркалом. Положение зеркала в какой-то мере отвечает рельефу данной местности. Глубина залегания уровня от поверхности различна - от 1 до 50м и более. Водоупор, на котором лежит водоносный слой, называют ложем, а расстояние от водоупора до уровня подземных вод - мощностью водоносного слоя (рис. 3). Грунтовые воды в силу наличия свободной поверхности безнапорны. Иногда они могут проявлять так называемый местный напор, связанный с залеганием линзы глины на уровне зеркала (рис. 4).

 

Рис. 3. Грунтовая вода: 1 - уровень  грунтовой воды (УГВ); 2 - мощность грунтовой воды; 3 - ложе (водоупор).

 

Рис. 4. Схема возникновения местного напора: 1 - грунтовая вода; 2 - линза  глины; 3 - зеркало грунтовой воды (уровень); 4 - водоупор; Н - высота местного напора

 

· питание грунтовых вод происходит главным образом за счет атмосферных осадков, а также поступления воды из поверхностных водоемов и рек. 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 различными вредными примесями.

 

· грунтовые воды находятся в  непрерывном движении и, как правило, образуют потоки, которые направлены в сторону общего уклона водоупора. В отдельных случая их залегание имеет форму грунтовых бассейнов (рис. 5), т.е. вода находится в неподвижном состоянии. Грунтовые потоки нередко выходят на поверхность, образуя родники или создавая локальную по площади заболоченность.

 

Рис. 5. Форма залегания грунтовых вод: 1 - грунтовый поток; 2 - грунтовый бассейн; 3 - водоупоры

 

· количество, качество и глубина  залегания грунтовых вод зависят  от геологических условий местности  и климатических факторов. Зеркало  грунтовых вод в целом 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.

 

Подземные воды в большинстве случаев  находятся в движении. Подземные воды могут передвигаться в горных породах, как путем инфильтрации, так и фильтрации. При инфильтрации передвижение воды происходит при частичном заполнении пор воздухом или водяными парами, что обычно наблюдается в зоне аэрации. При фильтрации движение воды происходит при полном заполнении пор или трещин водой. Масса этой движущейся воды создает фильтрационный поток.

 

Ненапорные грунтовые воды имеют  водоупор снизу и свободную поверхность  сверху. Ненапорные подземные воды в зоне полного насыщения передвигаются при наличии разности гидравлических напоров (уровней) от мест с более высоким к местам с низким напором (уровнем) (рис. 6).

 

Рис. 6. Схема безнапорной фильтрации грунтовой воды

 

Разность напоров ?Н = H1 --Н2 и сечениях I и II обусловливает движение воды в направлении сечения II. Скорость движения грунтового потока зависит от разности напора (чем больше ?Н, тем больше скорость) и длины пути фильтрации l.

 

Отношение разности напора ?Н к  длине пути фильтрации l называют гидравлическим уклоном (или гидравлическим градиентом I) I = ?Н / l .

 

Современная теория движения подземных  вод основывается на применении закона Дарси:

 

Q = kф F ?Н / l = kф F I,

 

где Q - расход воды или количество фильтрующейся воды в единицу  времени, м3/сут;