Контрольная работа по предмету Инженерная геология

Частыми причинами аварий в подземных  сооружениях являются неблагоприятные  физико-геологические процессы: гравитационные, сейсмические, тектонические, геотермические, карстово-суффозионные и др., сопровождающиеся вывалами и обрушениями породы, стреляниями и горными ударами, внезапными прорывами подземных вод и плывунов, выбросами пород и газов, нагреванием горных пород и подземных вод, набуханием и усадкой пород, морозным пучением грунтов и др. Различные формы строения участков земной коры, образовавшиеся в результате геотектонических дислокаций (складки, сбросы, выбросы, сдвиги, надвиги, разломы), представляют повышенную опасность для строящихся и эксплуатируемых подземных объектов. Так, при проходке тоннеля по оси синклинальной складки, обделка испытывает значительное вертикальное и горизонтальное давление, а в крыльях антиклинальной складки возникает одностороннее горное давление. В ядрах антиклинальных складок более древние горные породы обычно раздроблены, поэтому высока вероятность вывалов породы, особенно при пересечении тоннелем замка антиклинальных складок.

С инженерно-геологической точки  зрения наиболее благоприятными местами  строительства являются горизонтальное залегание горных пород, где присутствует большая их мощность, однородность состава. Фундаменты зданий и сооружений располагаются в однородной грунтовой среде, при этом создается равномерная сжимаемость слоев под весом сооружения и создается наибольшая их устойчивость (рис.).

Рис. Неблагоприятные (а) и благоприятные (б) условия строительства.

Наличие дислокации резко изменяет и усложняет инженерно-геологические  условия строительства – нарушается однородность грунтов основания фундамента сооружений, образуются зоны дробления (разрывы), снижается прочность пород, по трещинам разрывов происходят смещения, нарушается режим подземных вод. Это вызывает неравномерную сжимаемость грунтов и деформацию самого сооружения вследствие неравномерной осадки различных его частей (рис.).

 

Задание№5.

Зная период Т и амплитуду колебаний сейсмической волны А (табл. 5), вычислить сейсмическое ускорение а и коэффициент сейсмичности Кs.

1. Подсчитать сейсмическую инерционную силу S, воздействующую на сооружение при землетрясении. Массу сооружения Р принимают равной 5500 тонн.

2. Используя величину сейсмического ускорения и шкалу MSK, определить силу землетрясения в баллах. Все эти данные внести в табл. 5.

3. По данным о силе землетрясения уточнить расчетную бальность строительной площадки в районе, сложенном рыхлыми осадочными породами с глубиной залегания грунтовых вод до 5 м от поверхности земли скальными породами (гранитами, гнейсами), прикрытыми маломощным слоем сухого элювия.

Номер варианта – 4.

 

Период сейсмической волны   Т, сек	Амплитуда колебаний  сейсмической волны      А, мм	Сейсмическое ускорение  а, мм\с²	Сила землетрясения, балл	Коэффициент сейсмичности        Кs	Инерционная сила S
0,45	35	6817	12	0,696	3828

 

Сейсмическое ускорение а=(4π²/Т²)×А мм/с²

Коэффициент сейсмичности Кs= а /g

Инерционная сила S= Кs×P

Расчетная балльность строительной площадки, сложенной рыхлыми осадочными породами с глубиной залегания грунтовых  вод до 5 м от поверхности земли  – 10 баллов.

Расчетная балльность строительной площадки, сложенной скальными породами (гранитами, гнейсами), прикрытыми маломощным слоем сухого элювия – 9 баллов.

 

Задание 6

Определить коэффициент  фильтрации массива водоносных песков по результатам откачки из одиночной скважины. Данные для расчета приведены в табл. 6

Номер варианта 4.

 

Мощность водоносного  горизонта Н, м	Дебит скважины Q, м3/сут	Понижение уровня воды в  скважине S, м	Радиус влияния скважины R, м	Радиус скважины r, м
8	644	2	69	0,3

 

Коэффициент фильтрации К = Q ln(R/r) / π(2H-S)S

К = 40 м/сут

 

Задание 7

Составить описание геологического процесса, выбранного в соответствии с номером варианта по табл 7. При  характеристике геологических процессов  необходимо рассмотреть: причины образования, стадии развития, условия строительства сооружений в районах развития этих процессов, мероприятия по их предупреждению и борьбе с ними.

Согласно 4 варианту, необходимо описать геологический процесс сели.

 

Сель – это стремительный поток большой разрушительной силы, состоящий из смеси воды и рыхлообломочных пород. Обычно сели возникают внезапно в бассейнах небольших горных рек в результате интенсивных дождей, при бурном таянии снега, иногда при прорыве морен. Сели отличаются относительной кратковременностью – большая часть селей продолжается не более 4-6 ч, а часто они заканчиваются в течение нескольких десятков минут. Особенностью селей является также резкий подъем уровня, связанный с волновой природой формирования селя. Крутой передний фронт селевой волны высотой от 5 до 15 м образует «голову» селя и двигается сплошной стеной из грязи, камней и воды. Таких волн за один сель может быть несколько десятков. Еще одна особенность – высокая насыщенность потока обломочным материалом.

В схематическом виде селевой бассейн  может быть подразделен на три основные зоны:

1 – зона зарождения – верхняя часть бассейна, представленная водосборной воронкой или ледниковым цирком, где формируется сель. Это область крутых склонов и активного разрушения пород.

2 – зона транзита, занимает среднюю и нижнюю часть бассейна. В пределах этой части осуществляется в основном транспортировка селевых масс по руслу, но часто имеет место дополнительное питание селя обломочным материалом и частичное отложение селевых масс.

3 – зона отложения или разгрузки селя, располагается обычно в устьевой части бассейна, где уклоны уменьшаются, и энергия потока падает. Здесь образуются скопления обломочных масс селевого потока в форме гряд, террас, конусов выноса.

Схема эта в природе часто  нарушается. Например, многие свежие селевые  бассейны на крутых и коротких склонах хребтов почти не имеют зоны транзита – обширная воронка, где происходит разрушение и снос продуктов выветривания, сразу переходит в широкий конус выноса у подножия хребта. Очень часто верховья селевых бассейнов служат лишь водосбором, а формирование селя происходит в русле, в среднем или даже нижнем течении, за счет размыва дна и берегов. Такое строение характерно для многих мелких селевых бассейнов высокогорий, верховья которых сложены выходами скальных пород, устойчивых к выветриванию.

Различия в морфологии селевых  бассейнов сказываются на режиме селевой деятельности. Сели ливневого  происхождения в бассейнах с  малой площадью формируются чаще, но являются кратковременными, а объем  выносов их незначителен. В крупных  бассейнах с длинными руслами образуются мощные продолжительные сели, но сходят они обычно реже. Эти различия селевых бассейнов позволят разделить их на два основных типа:

1. Русловые сели формируются  в крупных и средних по площади  селевых бассейнах. Обычно это долины рек с выработанным продольным профилем и разработанным руслом. В них формируются сели самого разнообразного генезиса – вследствие ливней, интенсивного таяния снега, прорыва озер, срыва оползней или при сочетании этих причин.

2. Склоновые сели зарождаются в эрозионных врезах на склонах гор. Для них характерны незначительные площади бассейнов, крутые уклоны, отсутствие постоянных водотоков, невыработанные русла. Образуются эти сели вследствие размыва рыхлого покрова в средней и нижней частях склона во время ливней или интенсивного снеготаяния. Зона отложений склоновых селей невелика по площади, но может менять свое положение.

Основными условиями, необходимыми для  возникновения селей, являются значительные уклоны речных русел и временных  водотоков, интенсивный склоновый и русловой сток и наличие рыхлых или легко эродируемых горных пород в русле и на склонах.

Для возникновения селя требуется  одновременно совпадение трех обязательных условий:

1. наличие на склонах селевого бассейна достаточного количества легко перемещаемых продуктов разрушения горных пород (песка, гравия, гальки, небольших камней);
2. наличие значительного объема воды для смыва со склонов камней и грунта и их перемещения по руслу;
3. достаточная крутизна склонов (не менее 10-15°) селевого бассейна и водопотока (русла селя).

Непосредственным толчком для  возникновения селя могут быть: интенсивные и продолжительные ливни; быстрое таяние снегов и ледников; землетрясения и вулканическая деятельность и др. К возникновению селевых потоков часто приводят и антропогенные факторы: проводимые на склонах вырубка лесов, взрывные работы, разработка карьеров, массовое строительство.

Заблаговременные мероприятия  по предупреждению селей:

В селеопасных районах устраиваются противоселевые дамбы и плотины  для задержки твердого стока и пропуска смеси воды и мелких фракции пород, каскада запруд для разрушения селевого потока и освобождения его от твердого материала, подпорных стенок для укрепления откосов, нагорных стокоперехватывающих и водосборных канав для отвода стока в ближайшие водотоки и др., сооружаются обводные каналы, снижается уровень горных озер, укрепляется земля на склонах путем посадки деревьев, проводятся наблюдения, организуется система оповещения и планируется эвакуация.

 

Задание 8

Охарактеризовать метод инженерно-геологических исследований, указанных в табл. 8. Описание должно быть кратким и сопровождаться пояснительными схематическими рисунками

Согласно 4 варианту, необходимо охарактеризовать метод сейсморазведки

      Существуют пять основных методов геофизического поиска магниторазведка, гравиразведка, электроразведка, сейсморазведка и радиометрия. Сейсмическая разведка это один из важнейших видов геофизической разведки, который основан на изучении распространения в земной среде искусственно созданных упругих волн поле упругих колебаний, которые вызываются взрывом или ударом, опускаются в глубину земной коры, где происходит преломление или отражение. Волны частично возвращаются на поверхность Земли. Здесь их регистрируют специальные приборы, показания которых позволяют сделать вывод о составе горных пород, через которые прошла волна. С помощью сейсморазведки легко определить угол наклона горных пород, поэтому этот метод широко используется для поисков месторождений нефти и газа. Сейсмические волны распространяются в горных породах со скоростью от 2 до 8 км/с в зависимости от плотности породы: чем она выше, тем больше скорость распространения волны.

Сейсморазведка включает два основных метода: метод отраженных волн МОВ и метод преломленных волн МПВ, относящихся к техническим модификациям, а также несколько второстепенных методов. Метод отраженных волн включает изучение волн, которые отразились от границы раздела двух сред. Измерив расстояние от этой границы до нескольких произвольных точек, взятых на поверхности Земли, можно измерить скорость распространения волны в среде и определить положение границы, на которой произошло отражение.

Рис. Схема сейсморазведочных работ  методом отраженных волн: 1 — сейсмоприёмники; 2 — сейсморазведочная станция; 3 — взрывной пункт; 4 — место взрыва; 5 — прямая волна; 6 — отраженная волна.

В методе преломленных волн ведут наблюдение на больших расстояниях от источника возбуждения по сравнению с глубиной залегания исследуемых границ. Сейсмические волны проходят вдоль направления залегания горных пород, скорость в котором превышает скорость в соседних пластах. Таким образом, появляется возможность судить о литологическом составе горных пород слагающих слой. Также можно отметить достаточно широко применяемый метод продольных волн. Это связано с тем, что взрывные источники колебаний генерируют прежде всего продольные волны. Но используя специальные средства возбуждения, можно получить и поперечные волны. Метод поперечных волн имеет преимущества перед методом продольных волн. Поперечные волны имеют меньшую скорость распространения и меньшую длину волны по сравнению с продольными. Это позволяет повысить точность измерения времени пробега поперечной волны. Оба эти метода относятся к группе технических модификаций. К технологическим модификациям относится метод общей глубинной точки МОГТ, который основан на суммировании отражений от общих участков границы при различных расположениях источников и приемников. МОГТ применяют при поисках и разведке нефтяных и газовых месторождений.

Раньше в качестве источника упругих колебаний чаще всего использовали взрывы. Теперь их стали заменять вибраторами. Вибратор можно установить на грузовик и за рабочий день обследовать достаточно большой район. Кроме того, вибратор позволяет работать в густонаселенных районах. Взрывы наверняка потревожили бы жителей близлежащих домов, а вибрации можно подобрать такой частоты, что они не воспринимаются человеческим ухом. Единственный недостаток этого способа – малая глубина исследований, не более 2-3 километров. Поэтому для более глубинных исследований применяют преобразователь взрывной энергии. Источником волн здесь по существу остается тот же взрыв. Но происходит он уже не в почве, как раньше, а в специальной взрывной камере. Взрывной импульс передается на грунт через стальную плиту, а вместо взрывчатки часто используют смесь пропана с кислородом. Все это, конечно, позволяет намного ускорить процесс зондирования недр.