Основы инженерной геологии 2011

Основы инженерной геологии
Содержание учебной дисциплины и вопросы для самоконтроля
Введение
Основные задачи инженерной геологии для градостроительства, освоения новых
территорий, промышленного строительства, поисков и разведки строительных материалов.
Тема 1. Геологическое строение и возраст горных пород.
Происхождение и строение Земли. Геологическая хронология. Абсолютный и
относительный возраст горных пород. Условия залегания горных пород. Виды дислокаций
горных пород. Стратиграфия, литология, сейсмическая активность и условия залегания
пород в сфере взаимодействия сооружений с геологической средой. Понятие о
геологической карте и разрезе. Значение представлений о возрасте горных пород при
инженерно-геологических работах.
Тема 2. Минералы горных пород.
Понятие о минералах. Классификация минералов, происхождение, химический
состав, строение и свойства. Структура и текстура. Диагностические признаки.
Тема 3. Горные породы и процессы в них.
Определение понятия «горная порода». Классификация
горных пород по
происхождению. Магматические горные породы. Происхождение и классификация по
химическому составу, структуре и текстуре. Условия и формы залегания магматических
пород. Инженерно-геологические процессы, происходящие в них. Осадочные горные
породы, их происхождение и классификация. Минеральный состав, структурно-текстурные
особенности и свойства осадочных пород. Инженерно-геологические процессы,
происходящие в них. Метаморфические горные породы, их происхождение и
классификация. Условия и формы залегания, структура и основные свойства
метаморфических пород.

Тема 4. Грунтоведение.
Понятие грунта. Классификация грунтов. Характеристика скальных и нескальных
грунтов. Лабораторные и полевые методы определения физико-механических свойств
грунтов. Состав, состояние и свойства крупнообломочных, песчаных, пылеватых и
глинистых грунтов. Основные классификационные показатели. Почвы, их состав и виды.
Искусственные грунты.

Тема 5. Геоморфология.
Значение
геоморфологии
для
градостроительства.
Общие
сведения
о
геоморфологических условиях. Типы рельефа. Геоморфологические элементы, форма и
особенности рельефа. История развития рельефа, его связь с тектоническими структурами.
Эндогенные процессы. Тектонические деформации горных пород. Землетрясения.
Общие понятия о землетрясениях и методах их изучения. Сейсмическое районирование.
Магматизм.
Общие понятия об экзогенных процессах и их роли в формировании рельефа Земли.
Процессы выветривания. Факторы и виды выветривания горных пород. Борьба с процессами
выветривания. Геологическая деятельность ветра, текучих поверхностных вод, плоскостного
стока и временных русловых потоков. Строение речных долин. Образование аллювия.
Борьба с эрозией рек. Оврагообразование, сели. Делювиальные и пролювиальные отложения.
Ледниковые формы рельефа. Разрушительная деятельность ледников.
Сезонная и многолетняя мерзлота, ее распространение. Явления, связанные с
многолетней мерзлотой.
Понятие склона. Причины образования склонов. Формы и типы склонов. Оползни,
механизм и причины образования.
Карст и суффозия. Условия их развития. Карстовые формы рельефа.
Тема 6. Гидрогеология.
Виды вод в грунтах. Водные свойства грунтов. Классификация, режим и движение
подземных вод. Понятие о коэффициенте фильтрации грунтов. Условия залегания,
распространение и гидравлические особенности; источники питания, условия питания и
разгрузки подземных вод; химический состав подземных вод и его влияние на сооружения.
Подтопление территорий. Гидрогеологические карты. Приток воды к водозаборам. Понятие
о депрессионной воронке и радиусе влияния.

Тема 7. Инженерно-геологические изыскания.
Задачи и стадийность инженерно-геологических изысканий для обоснования
проектирования градостроительства и городских агломераций, для разработки схем и
проектов районной планировки, генплана городов, поселков и сельских населенных пунктов,
для составления схем инженерной подготовки и инженерной защиты территорий и схем
охраны окружающей среды городов и областей. Методы, состав и объем инженерногеологических работ. Техническое задание и программа на проведение инженерногеологических изысканий.
Зональные и региональные элементы инженерно-геологических условий.
Вопросы для самоконтроля
1. Предмет и задачи «инженерной геологии».
2. Геологическое строение Земли.
3. Эры в истории развития Земли.
4. Понятие о минерале.
5. Происхождение минералов.
6. Классы минералов.
7. Структура и текстура минералов.
8. Виды дислокации горных пород.
9. Стратиграфия, литология, сейсмическая активность горных пород.
10. Значение представлений о возрасте горных пород.
11. Абсолютный и относительный возраст горных пород.
12. Диагностические признаки минералов.
13. Понятие о горной породе.
14. Классификация горных пород по происхождению.
15. Классификация магматических горных пород по химическому составу.
16. Условия и формы залегания магматических пород.
17. Инженерно геологические процессы.
18. Минеральный состав, структурно текстурные особенности и свойства осадочных горных
пород.
19. Инженерно геологические процессы происходящие в осадочных горных породах.
20. Метаморфические горные породы, их происхождение и классификация.
21. Условия и формы залегания, основные свойства метаморфических горных пород.
22. Характеристика основных групп осадочных пород.
23. Понятие и классификация грунтов.
24. Характеристика скальных и не скальных грунтов.
25. Состав, состояния и свойства крупнообломочных, писанных и глинистых грунтов.
26. Лабораторные и полевые методы определения физико-механических свойств грунтов.
27. Виды почв.
28. Искусственные грунты.
29. Происхождение и виды искусственных грунтов.
30. Формы рельефа.
31. История развития рельефа Земли.
32. Значение геоморфологии в строительстве.
33. Землетрясения.
34. Виды выветривания горных пород.
35. Деятельность ветра, поверхностных вод.
36. Строение речных долин.
37. Оврагообразование.
38. Ледниковые формы рельефа.
39. Формы и типы склонов.
40. Карст и суффозия.
41. Виды воды в грунтах.
42. Классификация подземных вод по условиям залегания.
43. Значение и роль подземных вод при строительстве.
44. Подтопление территорий.
45. Гидрогеологические карты.
46. Приток воды к водозаборам.
47. Понятие о депрессионной воронке и радиусе влияния.
48. Коэффициент фильтрации горных пород.
49. Виды агрессивности подземных вод.
50. Стадии инженерно-геологических изысканий.
51. Виды геологических выработок.
52. Способы бурения скважин и дудок.
53. Порядок построения геологического разреза.
54. Методы, состав и объем инженерно- геологических работ.
55. Техническое задание и программа на проведение изысканий.
56. Зональные и региональные элементы инженерно- геологических условий.
57. Просадочные грунты.
58. Способы ликвидации просадочности грунтов.
Задания на контрольную работу
Задание№1
Составить характеристики свойств минералов, взятых из таблицы 1 и представить их в
таблице, составленной по форме 1.
Таблица1
Номер
Минерал
варианта
Микроклин, кальцит
1
Номер
Минерал
варианта
Кварц, доломит
6
2
Ортоклаз, ангидрит
7
Кальцит, магнетит
3
Биотит, опал
8
Мусковит, гипс
4
Галит, альбит
9
Лабрадор, сидерит
5
Авгит, магнетит
10
Роговая обманка, лимонит
Форма1
Минерал
Класс
Химический состав
Цвет
Цвет черты
Блеск
Твердость (по шкале М)
Спайность
Излом
Реакция с НСI
В каких породах
встречается в качестве
породообразующего
Устойчивость к
выветриванию
Применение в
строительстве
Задание№2
Составить характеристики свойств горных пород, взятых из таблицы 2 и представить их в
таблице, составленной по форме 2.
Номер
Порода
варианта
Диорит, мергель,
1
мрамор
Базальт, песок, гнейс
2
Таблица2
Номер
Порода
варианта
Габбро, глина, сланец
6
7
3
Гранит, щебень, яшма
8
4
Габбро, конгломерат,
лесс
Липарит, известняк,
кварцит
9
5
10
Андезит, глинистый сланец,
кварцит
Пегматит, серпентинит,
гравий
Диабаз, суглинок,
графитовый сланец
Базальт, гипс, мрамор
Форма2
Порода
Тип (по происхождению)
Группа (по
происхождению)
Минералогический состав
Структура
Текстура
Окраска
Устойчивость к
выветриванию
Реакция с НСI
Формы залегания
Применение в
промышленности и
строительстве
ЗАДАНИЕ № 3.
ПОСТРОЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРЕЗА ПО
ДАННЫМ БУРОВЫХ РАБОТ
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
БУРЕНИЕ СКВАЖИН
Для
обеспечения безопасности сооружений необходимо составить
полное
представление о геологическом строении участка, литологическом составе горных
пород и, тем более, о режиме подземных вод. Поэтому важной частью инженерногеологических изысканий является проходка и документирование горных выработок,
особенно буровых скважин.
Буровая
скважина - это цилиндрическая вертикальная (или наклонная,
горизонтальная)
горная
выработка
малого
диаметра, выполняемая
буровым
инструментом вручную или механизированными способами. Начальную точку бурения
называют ýстьем скважины, а конечную - забόем, пόлость, образованную буровым
инструментом в недрах земли - стволόм скважины. Буровой инструмент крепится и
приводится в движение при помощи бурильных труб (рис. 1):
Рис. 1 Буровая скважина
1. Бурильная труба.
4. Буровая коронка.
2. Переходник.
5. Керн.
3. Колонкόвая труба.
Если бурение ведётся в рыхлых или обводнённых породах, возникает необходимость
крепления стенок скважины обсадными трубами, это позволяет защитить буровой
инструмент от завала, а скважину от проникновения в неё подземных вод. Образцы пород
извлекаемых из скважины, называют кéрном (если они представляют собой монолиты
цилиндрической формы) или шлáмом (если порода раздроблена), их сохраняют и
изучают. Наличие проб грунта даёт возможность определить их физические и прочностные
характеристики, установить пригодность для использования в качестве строительного
материала.
Основным геологическим документом разведочных работ является
журнал
документации буровых скважин (рис. 2).
В журнале, по мере выполнения работ, подробно описывают состав и состояние
вскрываемых пород, указывают глубину отбора проб воды, приводят результаты
наблюдений за появлением уровня грунтовых вод, выходом керна, качеством изоляции
водоносных горизонтов и т. д. После общей характеристики выработки выполняется
послойное описание пород, где учитывается
 мощность слоёв и отметки их границ;
 номера взятых проб и глубина их отбора;
 литологическое описание пород, наименование грунта, его цвет, структура, наличие
включений;


уровень подземных вод (глубина наблюдаемого уровня грунтовых вод и прогноз
возможного его изменения, направление движения и интенсивность притока воды);
приводится оценка пройденных пород с точки зрения возможности их
использования в качестве основания сооружений.
Скважина №1
Абсолютная отметка устья 80,6 м
Номер Геологич.
слоя индекс
1
Q4
Глубина
залегания
от
до
0,0
0,8
2
eJ2
0,8
3
eJ2
4
J1
Мощность
слоя, м
УГВ
Описание пород
0,8
Почвенно-растительный слой
4,4
3,6
Щебень с дресвой
4,4
10,0
5, 6
10,0
28,0
18,0
7,6
(73)
Щебень гранитный, обводнённый,
проба 1
Сланец глинистый сильно
трещиноватый
Рис. 2 Фрагмент журнала документации буровых скважин
По результатам буровых работ составляют колонки отдельных скважин.
Данные
нескольких
колонок
объединяют
в
инженерно-геологические
или
гидрогеологические разрезы, имеющие большое значение при общей геологической
оценке районов строительства и отдельных их участков, выборе слоев в качестве
несущих оснований, изучении водоносных горизонтов и т. д.
МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАЗРЕЗОВ И
КОЛОНОК
Построение геологических колонок
Построение геологических колонок рекомендуется производить на миллиметровке в
следующей последовательности.
1. Вычерчиваются необходимые для построения колонки столбцы: 1- глубина; 2- номер
слоя; 3- возраст породы; 4- мощность слоя; 5- абсолютная отметка подошвы слоя; 6колонка;7- абсолютная отметка подземных вод;8- описание пород (см.рис. 2.1)
2. Принимается вертикальный масштаб.
3. В столбце 1 наноситься в принятом масштабе шкала глубин.
4. На шкале глубин отмечается мощность (толщина) первого слоя и проводиться тонкая
горизонтальная линия.
5. В графах 2,3,4, указывается по данным описания буровой скважины, соответственно ,
номер слоя, возраст породы и мощность слоя.
6. Высчитывается абсолютная отметка подошвы (низа) слоя, которая равна разности
отметки устья скважины и мощности слоя.
В средней части графы 6 вычерчивается условно в центральной части скважина, а остальная
часть заштриховывается в соответствии с условным обозначением данной породы (по
приложению 6.3)
7. В графу 7 заносится отметка подземных вод.
8. В графе 8 производиться описание породы.
9. Производиться построение и описание второго и последующих слоев породы.
10. По окончанию построения геологической колонки дается ее описание.
11.
Пример построения геологической колонки
Пусть требуется построить и дать описание геологической колонки №6
по описанию буровой скважины данной в таблице 2.1.
№
скваж.
и абс.
отмет.
устья,
м
1
6
116,7
№
Геолослоя гический
возраст
2
Глубина
залегания
подошвы
слоя, м
4
5
1
Суглинок бурый
плотный
4,7
2
Супесь желтая
13,9
3
Песок средней
крупности
Известняк
трещиноватый
Аргиллит серый
20,8
Гранит
трещиноватый
67,0
4
5
6
3
Описание
горных пород
Глубина залегания уровня воды, м
появившегося
установившегося
6
7
15,8
(13.03)
16,2
(18.09)
65,2
(18.03)
1,3
(19.03)
45,4
65,2
Масштаб колонки принимаем 1:500. В графе 1 проставляем в заданном масштабе шкалу
глубин, считая началом устье скважины (точку пересечения ствола скважины с
поверхностью земли). Затем из данных по скважине откладываем в графе 5 глубину
залегания подошвы каждого слоя и через полученные точки проводим горизонтальные
линии. Абсолютные отметки (графа 5) подошв слоев определяем как разность абсолютной
отметки устья скважины и глубины залегания подошвы соответствующего слоя (слой 3:
116,7 – 20,8=95,9). После записи в графе 5 можно сделать проверку: разность абсолютных
отметок подошв соседних слоев равна мощности слоя (слой 3: 102,8-95,9=6,9). Графы 2 и 3
заполняем по описанию скважин. Мощность первого слоя (графа 4) равна глубине залегания
его подошвы. Мощность остальных слоев вычисляем как разность глубин залегания подошв
последующего и предыдущего слоев (слой 3: 20,8-13,9=6,9). В середине графы 6 двумя
тонкими линиями обозначаем ствол скважины и с обеих сторон ствола показываем
условными обозначениями литологический состав пород каждого слоя. Эти обозначения
берем из стратиграфической колонки к соответствующей карте. Стволы скважин в
интервалах развития водоносных слоев затемняем. В графе 7 проводим абсолютные отметки
установившегося уровня грунтовых вод (вертикальной линией со стрелкой в конце).
Пример геологической колонки.
Геологическая колонка №6 карты 1.
Геологическая отметка устья 116,7 м.
Абсолютная отметка забоя 49,7 м.
Методика построения геологического разреза
по данным буровых работ
1. В таблице вариантов найти номера скважин, по которым нужно построить
геологический разрез, а в приложении А – их характеристики. Предложенная в задании
очерёдность скважин должна строго соблюдаться при выполнении работы.
2. Задание составлено так, чтобы готовая работа поместилась на листе бумаги
формата А4, расположенном горизонтально. Для этого можно использовать двойные
тетрадные листы в клетку или миллиметровую бумагу соответствующего размера.
В нижней части листа во всю его длину построить таблицу, включающую в себя 5
граф: номер скважины, абсолютная отметка устья, абсолютная отметка забоя, уровень воды в
скважине, расстояние между скважинами.
3. Выбрать для разреза горизонтальный и вертикальный масштабы.
Слева от предполагаемого разреза построить шкалу, отображающую вертикальный
масштаб. Длина шкалы будет зависеть от глубины скважин. Нужно сравнить параметры всех
задействованных скважин и выбрать из них минимальную отметку забоя и максимальную
отметку устья. Нижняя отметка шкалы должна находиться на 1-2 см ниже минимальной
отметки забоя, а верхняя – на столько же выше максимальной отметки устья. Например, если
минимальная отметка забоя 42 м, а максимальная отметка устья 63 м, то для построения
разреза необходима шкала, включающая высотные отметки от 40 до 65 м включительно.
Нумерацию на шкале рекомендуется начинать снизу вверх по возрастанию абсолютных
отметок.
При работе с пластами большой мощности масштабы могут быть одинаковыми. В
других случаях, а так же в целях уменьшения длины разреза, горизонтальный масштаб
можно принять в несколько раз меньше вертикального, но с таким расчетом, чтобы не
получилось слишком большого искажения рельефа местности, обычно Мг 1:500 или 1:1000;
Мв 1:100.
4. На расстоянии 1,5-2 см от шкалы провести жирную прямую вертикальную линию,
изображающую ствол первой по порядку скважины. Ограничить её снизу коротким
горизонтальным штрихом – так обозначают забой скважины.
Аналогично изобразить остальные скважины с учетом абсолютных отметок устья и
забоя, а так же расстояния между скважинами.
Устья скважин соединить плавной линией для получения топографического
профиля участка.
5. На линиях горных выработок, каждый раз начиная от устья, отложить в заданном
масштабе границы пластов горных пород, отвечающие записям в журнале. Справа от ствола
скважины подписать значения абсолютных отметок подошв пластов.
6. Границы одинаковых отложений в соседних скважинах соединить плавными
линиями, которые будут являться графической интерполяцией положения пластов горных
пород между выработками.
Если порода, имеющаяся в одной скважине, отсутствует в соседней, то её следует
выклинивать на середине расстояния между выработками.
7. Если подземные воды достигнуты горными выработками, то в каждой скважине
отображают положение их уровня синим цветом. Самые верхние отметки (УГВ – уровень
грунтовых вод) соединить плавной синей линией, аналогично границам пластов.
8. Окончательно оформить разрез штриховкой пород однородного состава и
одинакового возраста общепринятыми условными обозначениями.
9. Справа от разреза указать расшифровку условных обозначений. Масштабы
изображения записать под заголовком работы.
ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ
На участке вдоль прямой линии пробурено 3 скважины на расстоянии 75
метров друг от друга. Построить геологический разрез по данным журнала
документации буровых скважин, используя горизонтальный масштаб 1:1000,
вертикальный масштаб 1:1000.
Номер
варианта
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
Номера
скважин
1, 2, 3
1, 3, 2
1, 4, 3
1, 3, 4
1, 4, 2
1, 2, 4
2, 1, 3
2, 1, 4
2, 3, 1
2, 3, 4
2, 4, 1
2, 4, 3
3, 4, 2
3, 4, 1
3, 2, 1
3, 2, 4
3, 4, 1
3, 1, 2
4, 1, 2
4, 1, 3
4, 2, 1
4, 2, 3
4, 3, 2
4, 3, 1
5, 6, 7
5, 7, 8
5, 8, 7
5, 6, 8
5, 7, 6
5, 8, 6
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Ананьев В. П., Потапов А. Д.
Инженерная геология: Учеб. для строит. спец. вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.:
Высш. шк., 2000. – 511 с.: ил.
Войлошников В. Д.
Полевая геология для техника-геолога. Справочное пособие. – М.: Недра, 1984. – 184 с.,
илл.
Кейльман Г. А., Болтыров В. Б.
Основы геологии: Учебник для геологоразведочных техникумов. – М.: Недра, 1985. – 264
с., ил.
Мамина С. Е., Терехина Г. М., Паушкин Г. А.
Руководство к практическим занятиям по инженерной геологии. – М.: Высшая школа,
1965. – 118 с., илл.
Пешковский Л. М., Перескокова Т. М.
Инженерная геология: Учебник для вузов. 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Высшая школа,
1982. – 341 с., илл.
Фролов А.Ф., Коротких И.В.
Инженерная геология. Учеб. пособие для геологоразведочных техникумов. М., Недра,
1983. 333 с.
Чернышев С.Н., Ревелис И.Л., Чумаченко А.Н.
Задачи и упражнения по инженерной геологии. – М.: Высшая школа, 1984. - 204 с.
Якушова А. Ф. и др.
Общая геология: Учебник для вузов. – М.: Изд-во МГУ, 1988. – 448 с.