Инженерная геология как наука. Классификация и строительные свойства грунтов. Показатели физико-механических свойств грунтов

Инженерная геология – наука, изучающая современное состояние и динамику поверхностных слоев Земли, связи с инженерной деятельностью человека. В ее задачу входит изучение тех процессов и явлений (осыпи, карст, наледи), которые определяют условия возведения инженерных сооружений (мостов, зданий, дорог) и характер мероприятий, обеспечивающий устойчивости земляных масс.

Грунты – горные породы, частью превращенные в почву, частью являющиеся подстилающими почву слоями, расположенную в зоне выветривания, которые могут служить естественными основаниями или материалом для инженерных сооружений.

В зависимости от степени разрушения и других важных в строительном отношении свойств, грунты могут быть разделены на:

1. Скальные – магматические, метаморфические или осадочные породы с жесткой связью между кристаллами залегающие в виде спайного или трещинного слоя.

2. Крупнообломочные – несцементируемые грунты, содержащие более 50% по массе частиц кристаллических или осадочных пород, размером более 2 мм.

3. Песчаные – сыпучие в сухом состоянии грунты, не обладающие пластичностью (<1) и содержащие менее 50% по массе частиц, размером более 2 мм.

4. Глинистые – связные в сухом состоянии грунты с числом пластичности >1.

Почвы – поверхностный слой грунтов, обогащенный органическими веществами, т.е. обладающий плодородием.

Полускальные - сильновыветрелые скальные грунты и такие осадочные грунты как гипс и мергель.

Искусственный грунт – грунт, созданный в результате производственной деятельности человека или грунт, свойства которого человеком улучшено.

Грануло-метрический состав грунта – относительное (%) содержание в нем группы частиц или фракций грунта различной крупности по отношению к абсолютно сухой массе.

К основным физико-механическим свойствам грунтов относятся:

· Плотность – отношение массы твердой фазы грунта к массе воды равного объема при t=4°С.

· Влажность – отношение массы, содержащейся в грунте воды к массе абсолютно сухого грунта. Величина переменная. Чем грунт более мелкозернистый тем более широких пределах может изменяться его влажность.

· Объемная масса – масса единицы объема грунта, включая воду, содержащ в его парах. Является переменной величиной и зависит от влажности и плотности грунта.

· Пластичность – способность грунта изменять свою форму под нагрузкой без разрыва сплошности массы и сохраняя форму после снятия деформации. Характерно для глинистых пород.

Она появляется в определенном диапазоне влажности, называется числом пластичности

Wт – границы текучести или влажность при которой грунты из пластичного состояния переходят в текучее.

Wр – границы раскатывания (влажность) при которой грунты из пластичного состояния переходят в твердое.

В зависимости от числа пластичности глинистые породы можно разделить на:

· Супеси ( )

· Сугленки ( )

· Глина ( )

Липкость – способность грунта прилипать к предметам (г/см2). Оценивают усилие необходимое для отрывания прилипшего предмета от грунта.

Набухание – способность грунта увеличивать свой объем при впитывании воды. Зависит от содержания в грунте колоидных частиц, которые притягивают молекулы воды.

Усадка – способность грунта уменьшаться в объеме при высыхании. Таким образом усадка – свойство противостоять набуханию

35. Инженерно-геологические процессы и явления. Карст, суффозия и плывуны.

Инженерно-геологические процессы - процессы, развитие которых связано с возведением сооружений и с наличием в земной коре пород определяемого состава и состояния (доуплотнение рыхлых пород под нагрузками - осадки; доуплотнение лессов при замачивании - просадки; выщелачивание хорошо растворимых. пород - карст; смещение глинистых пород на склонах - оползни и другие).

Карст (от нем. Karst, по названию известнякового плато Крас в Словении) — совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью воды и выражающихся в растворении горных пород и образовании в них пустот, а также своеобразных форм рельефа, возникающих на местностях, сложенных сравнительно легко растворимыми в воде горными породами (гипсами, известняками, мраморами, доломитами и каменной солью).

Развитие карста.

Наиболее характерны для карста отрицательные формы рельефа. По происхождению они подразделяются на формы, образованные путём растворения (поверхностные и подземные), эрозионные и смешанные. По морфологии выделяются следующие образования: карры, колодцы, шахты, провалы, воронки, слепые карстовые овраги, долины, полья, карстовые пещеры, подземные карстовые каналы. Для развития карстового процесса необходимы следующие условия: а) наличие ровной или слабо наклонной поверхности, чтобы вода могла застаиваться и просачиваться внутрь по трещинам; б) толща карстующихся пород должна иметь значительную мощность; в) уровень подземных вод должен стоять низко, чтобы было достаточное пространство для вертикального движения подземных вод; г) минерализация воды на входе в грунт, должна быть меньше растворимости породы.

Виды карста.

По глубине уровня подземных вод различают карст глубокий и мелкий. Различают также «голый», или средиземноморский карст, у которого карстовые формы рельефа лишены почвенного и растительного покрова (например, Горный Крым), и «покрытый» или среднеевропейский карст, на поверхности которого сохраняется кора выветривания и развит почвенный и растительный покров.

Карст характеризуется комплексом поверхностных (воронки, карры, желоба, котловины, каверны и др.) и подземных (карстовые пещеры, галереи, полости, ходы) форм рельефа. Переходные между поверхностными и подземными формами — неглубокие (до 20 м) карстовые колодцы, естественные туннели, шахты или провалы. Карстовые воронки или иные элементы поверхностного карста, через которые в карстовую систему уходят поверхностные воды, называются поноры.

Псевдокарст - существуют также формы, внешне очень похожих на карст. Они называются псевдокарстовыми формами. Одной из разновидностей псевдокарста является термокарст. Термокарст связан с таянием погребенного льда или протаиванием мерзлых пород в областях распространения вечной мерзлоты. Другой разновидностью является глинистый карст. Это глубокие подземные ходы и провалы, очень напоминающие настоящий карст, возникающие в сильно карбонатных суглинках и глинах при условии хорошо развитой трещиноватости.

Суффозия (от лат. suffosio — подкапывание) — вынос мелких минеральных частиц породы фильтрующейся через неё водой. Процесс близок к карсту, но отличается от него тем, что суффозия является преимущественно физическим процессом и частицы породы не претерпевают дальнейшего разрушения. Суффозия приводит к проседанию вышележащей толщи и образованию западин (суффозионных воронок, блюдец, впадин) диаметром до 10 и даже 100 метров, а также пещер. Другим следствием может быть изменение гранулометрического состава пород как подверженных суффозии, так и являющихся фильтром для вынесенного материала.

Наиболее широкое развитие суффозия получает в области распространения лёссов и лёссовидных суглинков, под склонами долин рек, часто по ходам роющих животных. Одним из необходимых условий суффозии является наличие в породе как крупных частиц, образующих неподвижный каркас, так и вымывающихся мелких. Вынос начинается лишь с определенных значений напора воды, ниже которых происходит только фильтрация. В карбонатных и гипсоносных песчано-глинистых отложениях и мергелях карст и суффозия могут проявляться одновременно. Это явление носит название глинистый карст или глинистый псевдокарст.

Плыву́н — насыщенный водой грунт (обычно пески или супеси), который способен разжижаться под механическим воздействием на него, при вскрытии их котлованами и другими выработками.