32-тб Урок 17-18. Розділ ІІІ.  ІНЖЕНЕРНА ГЕОЛОГІЯ.

Тема: Інженерно-геологічна класифікація гірських порід

Тема уроку: Скельні і великоуламкові породи, види залягання.

Мета: вивчити скельні породи, види залягання. Великоуламкові породи, види уламкових порід.

 

Питання:

1. Предмети та задачі інженерної геології.

2. Класифікація ґрунтів за будівельними властивостями і їх характеристика як основ під будівлі і споруди

1. Предмети та задачі інженерної геології

Інженерна геологія – прикладна галузь геології, що вивчає верхні шари земної кори, фізико-механічні властивості порід (ґрунтів), зв'язки із зведенням будівель та інженерних споруд. Крім того, інженерна геологія вивчає процеси і явища, що відбуваються у верхніх шарах земної кори і впливають на стійкість будівель та інженерних споруд.

До основних завдань прикладної (будівельної) інженерної геології відносяться: вибір місця, найбільш сприятливого в геолого-гідрогеологічному відношенні для даного будівництва; встановлення фізико-механічних властивостей ґрунту для вибору найбільш раціонального типа і конструкції фундаменту; вивчення природних екзогенних та інженерно-геологічних

процесів і явищ для боротьби з ними й поліпшенню території будівництва.

 

2. Класифікація ґрунтів за будівельними властивостями і їх характеристика як основ під будівлі і споруди

Грунт в інженерно - геологічному розумінні – це будь-яка гірська порода, що вивчається як основа будівель та інженерних споруд або як матеріал для зведення будівель і інженерних споруд.

Розділ інженерної геології, що вивчає фізико-механічні властивості ґрунтів називається

ґрунтознавство.

Залежно від генезису, наявність структурних зв'язків, складу і будівельних властивостей ґрунти, підрозділяються на 2 класи: клас скельних ґрунтів та клас нескельних ґрунтів.

Скельні грунти – це магматичні, метаморфічні і деякі осадові гірські породи з жорстким зв'язком між частками: граніти, базальти, гнейси, мармур, піщаники, конгломерати, вапняки та ін.

Скельні ґрунти залягають у вигляді суцільного масиву або тріщинуватого шару. Вони володіють високою міцністю, практично водонепроникні і нестискувані. Вода в скельних грантах може пересуватися лише по тріщинах, якщо вони є.

Тріщинуваті скельні ґрунти виділяють в підгрупу напівскельні ґрунти. Для цієї підгрупи скельних ґрунтів найбільш вагомою характеристикою, що впливає на стійкість будівель і інженерних споруд, є коефіцієнт порожнистості тріщини (Ктр):

Ктр= Fтр/ F_ог

 

де  Fтр - сумарна площа тріщин в оголенні: Fтр = F1+F2+ F3+...+Fn,

 

F_ог - площа всього оголення.

 

Напівскельні ґрунти діляться на:

-слабко тріщинуваті (<2%),

-середньотріщинуваті (2-5%),

-сильнотріщинуваті (5-10%),

-весьматріщинуваті (10-20%),

-виключно сильнотріщинуваті (>20%).

В цілому скельні грунти мають, як правило, високу міцність і стійкість, і є надійною підставою для будівель і інженерних споруд.

Нескельні ґрунти (крупноуламкові, піщані, пилувато-глинисті, біогенні, рослинні шари, техногенні) – це ґрунти без жорстких структурних зв'язків.

 

Крупноуламкові, піщані, пилувата-глинисті ґрунти є основними і підрозділяються за гранулометричним складом.

Крупноуламкові ґрунти – це осадові незцементовані скупчення уламків розміром більше 2 мм. Для них характерна повна відсутність структурних зв'язків. За гранулометричним складом крупноуламкові ґрунти поділяються на:

-валуни– маса часток більше 200 мм складає 50 %;

-галечникові – маса часток 200-40 мм складає більше 50%;

-гравієві – маса часток 2-40 мм складає більше 50%.

 

Міцність крупноуламкових порід залежить від мінералогічного складу уламків і від щільності їх укладання. Найміцніші мають уламки магматичних порід. Ці ґрунти володіють часто великою водопроникністю і не піддаються ущільненню. У водонасиченому стані слабо чинять опір сейсмічним явищам.

Вони, як правило, є надійною основою будівель і споруд, але часто потрібні заходи щодо дренажу підземних вод.

Піщані ґрунти – це сипкі в сухому стані ґрунти, що містять менше 50% по масі часток більше 2 мм і не володіють пластичністю. Розмір піщаних часток вагається від 2 до 0,05мм. За гранулометричним складом піщані ґрунти поділяються на:

- гравелисті – маса часток більше 2 мм складає 25%;

-грубозернисті – маса часток більше 0,5 мм складає більше 50%;

-середньозернисті – маса часток 0,25 мм складає більше 50%;

-дрібнозернисті – маса часток більше 0,1 мм складає більше 75%;

-тонкозернисті – маса часток більше 0,1 мм складає 75%.

 

Піщані ґрунти володіють високою водопроникністю і під тиском трохи ущільнюються. Найбільшою міцністю володіють піски, що складаються з кварцу, польових шпатів і слюди. В більшості своїй піщані ґрунти – надійна підстава будівель і споруд. Але часто обводнюються і вимагають заходи щодо дренажу.

Пилувато–глинисті ґрунти – це осадові незцементовані зв'язні ґрунти, для яких число пластичності більше або рівне 1. У глинистих ґрунтах переважає глинисті та пилуваті частки, які обумовлюють їх зв'язність.

 

Виділяють два різновиди:

-пилувата (0,05-0,005мм) – ліс, лісоподібний суглинок;

-глиниста (<0,005 мм) – глина, суглинок, супісок.

 

Ці ґрунти можуть досить значно міняти свої фізико-механічні властивості залежно від їх вологості. До специфічних властивостей глинистих ґрунтів відносять: пластичність, набухання, усадка, розмокання, клейкість, стисливість, міцність і корозійну активність.

У розглянутій класифікації виділені в самостійні види: мули, сапропелі, заторфовані грунти.

Мули мають специфічні особливості котрі різко погіршують їхні інженерно-геологічні властивості та знижують їхню несучу спроможність.

До мулів відносять перезволожені, глинисті утвори на початковій стадії формування глинистих ґрунтів за участю мікробіологічних процесів.

Мули - це переважно морські відклади.

 Вони відрізняються:

-високою стисливістю;

-повільним протіканням ущільнення під навантаженням;

-реологічними властивостями (повзучістю);

- надто низькою міцністю;

-анізотропією міцностних, деформаційних, фільтраційних, реологічних

характеристик;

- здатністю перетворюватися в рідоту при динамічних діяннях (удари, рух транспорту, сейсмічні впливи).

Безпосередньо на мули обпирати будинки та споруди не можна, вони за своїми властивостями не можуть служити природними основами.

Застосовують палі, піщані подушки та ін.

Сапропелі - це прісноводні мули, які утворились на дні озерних водоймищ за рахунок продуктів розпаду рослинних та тваринних організмів і вміщують більше 10% органічної речовини у вигляді гумусу та рослинних залишків.

Коефіцієнт пористості сапропелів зростає із збільшенням вмісту органічної речовини і змінюється від 3 до 30 одиниць, показник текучості більше одиниці. Вміст фракцій більше 0,25 мм не перевищує 5%.

До заторфованих відносяться піщані та глинисті ґрунти, які вміщують у своєму складі від 10 до 50% органічних речовин.

 

Серед осадових незцементованих ґрунтів виділяють тип органічних, основним представником яких є торф.

Торф - органічна гірська порода, що утворюється внаслідок відмирання і неповного розпаду болотних рослин в умовах підвищеної вологості при недостачі кисню. Це волокнистий сильно стислий грунт буро-чорного кольору здатний утримувати в собі велику кількість води.

У торфах повільно продовжується мінералізація органіки.

Заторфовані ґрунти та торфи відрізняються великою і тривалою стисливістю (внаслідок продовження процесів мінералізації та повзучості скелета), суттєвою мінливістю та анізотропією міцносних, деформаційних та фільтраційних характеристик.

Торфи, як і мули, не можуть служити природними основами будинків та споруд. При будівництві на торфах необхідно здійснювати спеціальні заходи для забезпечення пожежної безпеки і з метою ліквідації несприятливих для фундаментів умов (вибирання торфу, палі, піщані палі-дрени і т. ін.).

Рослинні шари (поверхневі ґрунти) - це особливі природні утвори, які відрізняються від інших осадових гірських порід за умовами утворення.

У них завжди присутня органічна речовина, виділяються певні генетичні горизонти з різною структурою.

Рослинні шари за зерновим складом є суглинками або супісками.

За визначенням В. В. Обручева, рослинні шари слід розглядати як зовнішні (або денні) горизонти гірських порід, які змінились під сумісним впливом води, повітря та різного роду організмів. Потужність рослинного шару, як правило, складає 40-50 см.

Рослинні шари внаслідок розмокання, невеликої міцності не використовуються як основи за винятком похованих рослинних шарів, які залягають у товщі інших порід. Оскільки поховані рослинні шари значний час знаходяться під тиском, вони за своїми властивостями близькі до суміщуючих їх порід.

 

Клас техногенних (штучних) ґрунтів підрозділяється в залежності від характеру діяння людини:  

 - змінені в природному заляганні,

- насипні

- намивні ґрунти.

За способом перетворення ґрунтів у природному заляганні виділяють грунти, змінені фізичним впливом (ущільнення піщаних ґрунтів трамбуванням, укоченням, осушенням, вібрацією, кольматацією та ущільнення глинистих ґрунтів і рослинних шарів за допомогою електроосмосу, поверхнево-активних речовин, розморожування) та грунти, змінені фізико-хімічним впливом (закріплення грунтів ін’єкцією хімічних речовин).

Насипні ґрунти можуть спеціально створюватися у будівельних цілях (ґрунтові подушки, насипи, дамби та ін.) або утворюються внаслідок виробничої та культурно-побутової діяльності людини.

Значне розповсюдження мають культурні шари, накопичення яких відбувається у відвалах при благоустрої територій, проведенні земляних робіт та ін.

Можливість використовування насипних ґрунтів як основ споруд повинна розглядатись у кожному випадку конкретно в залежності від потужності шару, щільності, складу і т.д. Що стосується звалищ, то зводити на них споруди частіше за все неможливо.

Гідравлічний спосіб улаштування намивних ґрунтів забезпечує високу щільність, близьку до природної. Такі ґрунти, як правило, надійні основи будинків та споруд.

Контрольні запитання.

1.     Що таке грунт?

2.     Які грунки належать до скельних?

3.     Які грунти належать до нескельних?

4.     Для яких цілей використовують насипні грунти?

5.     На які види грунтів поділяються штучні грунти?

6.     Чи можуть мули служити природньою основою для будівництва будинків?

7.     Чи є скельні грунти мають високу міцність і стійкість, і є надійною підставою для будівель і інженерних споруд?