Т е о р е т и ч е с к а я ч а с т ь

 

П О Л Е В Ы Е Р А Б О Т Ы

 

Полевые работы – наиболее ответственная часть инженерно-геологических исследований (а, значит, и учебной геологической практики). Успех всей работы зависит от правильно собранного и тщательно проверенного материала полевых наблюдений.

Для окончательного выяснения всех вопросов по практике, перед началом полевых работ проводится обзорная экскурсия. Вся учебная группа проходит по всему участку работ, где студенты видят результаты геологических и инженерно-геологических процессов и меры борьбы с ними, принятые строителями.

В ходе экскурсии руководитель практики отмечает точки наблюдения, на которые следует обратить особое внимание при обследовании участка. Это делается для того, чтобы полевые работы бригады осуществляли совершенно самостоятельно, в соответствии с настоящими методическими указаниями, с привлечением ранее полученных знаний и с учетом рекомендаций руководителя практики.

В тот же день участок разбивается на отрезки по количеству бригад. Протяженность отрезков зависит от сложности трассы и количества объектов, подлежащих исследованию. В учебных целях выбирается участок с максимальной обнаженностью грунтов.

Многолетний опыт проведения учебной геологической практики позволяет рекомендовать проведение полевых работ не в июне-июле (по плану практики), а в конце апреля – начале мая, до начала паводка и зарастания склонов.

 

Рекогносцировка

Инженерно-геологическая р е к о г н о с ц и р о в к а – это обследование местности с целью получения данных об основных чертах ее инженерно-геологических условий. В ходе рекогносцировки собирают сведения о геологических и геоморфологических особенностях территории, об основных типах грунтов и их физико-механических свойствах, об основных водоносных горизонтах, о развитии физико-геологических процессов и явлений и масштабах их проявления.

Инженерно-геологическая рекогносцировка осуществляется по маршрутам, намеченным после предварительного осмотра территории с господствующих высот или после ознакомления с нею при помощи воздушного, водного или наземного транспорта. Маршруты рекогносцировочного обследования располагают, по возможности, вкрест (поперек) простирания геологических контактов (см. практ. раб. «Работа с геологической картой»).

 

Для глазомерной оценки расстояния между предметами надо

Знать, что расстояние между телеграфными столбами

Равно 100 метрам.

Человек с нормальным зрением может четко видеть:

· лица людей – с расстояния 150 м,

· голову человека – с расстояния 400 м,

· отдельные деревья – с расстояния 2 км,

· отдельные дома – с расстояния 5 км,

· деревни и большие дома – с расстояния 9 км,

· ветряные мельницы – с расстояния 11 км,

· колокольни и башни – с расстояния 15 – 20 км.

Маршрутные наблюдения

а) м а р ш р у т н а я с ъ ё м к а заключается в визуальных и инструментальных исследованиях, измерении, нанесении на карту всех природных и искусственных факторов, определяющих инженерно-геологические условия на площадке.

Основной метод съёмки - глазомерный (см. рис. 11), проводимый, обычно, в полосе шириной от 200 до 1000 м (в учебных целях ширину полигона можно сократить до нескольких десятков метров). Маршрутная съёмка производится по ходовой линии. По пути обозначаются предметы, угодья, находящиеся слева и справа от маршрута, насколько видно на открытой местности. Расстояния могут измеряться мерной лентой (см. рис. 11в).

 

б)

а) в)

Рис. 11 Составление плана местности способом глазомерной съемки

а - планшет, готовый к работе; б - визирование; в – мерная лента со шпильками

 

Съёмка может производиться при наличии готовой топографической карты или без неё. Масштаб съёмки (от 1:200000 до 1:1000) зависит от вида строительства и стадии проектирования, а так же от изученности исследуемой территории и сложности условий.

Документирование маршрута начинается с его номера, даты, направления и назначения. Все точки наблюдения нумеруются, ориентируются на местности при помощи компаса или каким-либо другим способом и наносятся на карту.

Общие приёмы работы:

1. Подготовить планшет (см. рис. 11а).

2. Определить участок, объекты, исходную точку.

3. Ориентировать планшет. Стрелка компаса и стрелка С–Ю на планшете показывает одно направление – на север.

4. Произвести визирование на предмет и определить расстояния до него (см. рис. 11б, в).

5. Обозначить объекты условными знаками.

6. Окончательно оформить план (см. рис. 12):

 

Рис. 12 План маршрутной съёмки местности

Часто при проведении инженерно-геологической съемки пользуются не обычным, а более универсальным - г о р н ы м к о м п а с о м. Он, в отличии от обычного, имеет лимб с градуировкой, нанесенной против часовой стрелки, при этом стороны света (восток и запад) переставлены. Кроме того, горный компас снабжен отвесом со специальной шкалой (см. рис. 13):

При замере азимута горным компасом направляют компас «севером» (С) на визируемый предмет, совмещают длинную сторону основания компаса (С-Ю) с направлением измеряемой линии и на лимбе непосредственно берут отсчет по северному концу.

Все наблюдения фиксируют в пикетажных книжках, записи производят аккуратно простым карандашом на правой стороне разворота, а левую оставляют для зарисовок.

 

Наибольшее внимание уделяют участкам с наличием опасных геологических и инженерно-геологических процессов, слабоустойчивых и других специфических грунтов, участкам с близким залеганием подземных вод, пёстрым литологическим составом грунтов, высоким расчленением рельефа и т.п. В последнем случае обязательно приводится характеристика склона:

· по крутизне:

- крутые (α=35);

- средней крутизны (α=35-15);

- отлогие (α=15-5);

- очень отлогие (α=5-1);

- почти горизонтальная поверхность (α=1-0);

· по длине:

- длинные (l >500м);

- средней длины (l <50м);

- короткие (l <50м);

· по форме:

- прямые;

- выпуклые;

- вогнутые;

- выпукло-вогнутые (изменяют форму сверху вниз);

- ступенчатые;

· по происхождению:

- тектонические(возникают в результате складчатых и разрывных дислокаций);

- вулканические (образуются при застывании лавовых потоков, грязевых масс и т.п.);

- экзогенные;

· по особенностям склоноформирующих процессов.

 

Дополнительно выявляют дефекты планировки территорий, развитие заболоченности, подтопления, просадочности, степень полива газонов и древесных насаждений.

Анализ всех данных инженерно-геологической съемки позволяет выделить в пределах исследуемого района и показать на карте:

- участки, благоприятные для предполагаемого вида строительства;

- участки, условно благоприятные, где необходимо проведение тех или иных простейших защитных мероприятий;

- участки неблагоприятные, требующие сложных предварительных мероприятий.

По результатам вышеперечисленных работ намечают размещение ключевых участков для более детального исследования, составления опорных разрезов, определения состава, состояния и свойств грунтов, гидрогеологических параметров водоносных горизонтов с выполнением горнопроходческих, геофизических и лабораторных работ.

б) описание обнажений, их зарисовка и отбор проб грунта.

Первую задачу при работе в поле составляет описание о б н а ж е н и й (выходов на земную поверхность) горных пород.

Обнажения бывают естественные и искусственные. Естественные обнажения возникают без вмешательства человека и бывают весьма многообразны. Чаще всего это выходы коренных и рыхлых пород в обрывах склонов речных долин, в руслах рек, ручьев, в промоинах, в кастовых воронках, провалах и оползневых обвалах, каменные россыпи и т.д. Искусственными обнажениями называют всякие следы деятельности человека, приводящие к вскрытию горных пород - шурфы, канавы, штольни, шахты, карьеры, колодцы, котлованы, траншеи и т. д.

Детальному изучению обнажения часто мешают рыхлые массы, перекрывающие слои горных пород. Поэтому необходимо тщательно расчистить поверхность обнажения лопатой. Рациональнее будет расчистка уступами (см. рис. 14), т. к. во-первых, это позволяет определить истинную мощность слоёв, а во-вторых, уступы могут использоваться для передвижения по склону.

Рис. 14 Расчистка обнажения уступами

1 – аргиллит; 2 – глина; 3 – супесь; 4 – суглинок; 5 – осыпи и

оплывины; 6 – контур расчистки

 

Документация обнажения начинается с его порядкового номера и указания точного местоположения (привязка ведется по отношению к элементам рельефа и приметному объекту). Указывается тип обнажения (естественное или искусственное; скала, обрыв берега, выемка у дороги и т.д.). Размер обнажения измеряется рулеткой.

После внимательного осмотра обнажения определяют общий характер залегания горных пород. С течением времени под влиянием геологических и гидрогеологических процессов изначально горизонтальные пласты горных пород могут менять свое положение в пространстве. В строительной практике часто бывает важно установить и нанести на карту действительное положение слоёв. Для этого надо знать элементы залегания пластов и уметь пользоваться горным компасом (см. рис. 15):

 

Рис. 15 Измерение горным компасом элементов залегания слоя

Пластинка компаса в горизонтальном (Г) и вертикальном (В) положениях (угол наклона отсчитывается по отвесу)

 

Л и н и я п а д е н и я - это линия, лежащая на поверхности слоя и направленная в сторону его падения. В полевых условиях эту линию легко обнаружить, проследив за движением дробины или круглой гальки по поверхности пласта или за струёй воды, текущей сверху.

У г о л п а д е н и я - это угол между линией падения и ее проекцией на горизонтальную плоскость. Для определения его величины горный компас в вертикальном положении прикладывают длинной стороной основания к линии падения. Затем нажимают кнопку фиксирования отвеса - освобождают, и снова фиксируют его. Значение, указанное стрелкой на шкале, и будет величиной угла падения пласта. Оно не превышает 90 градусов.

А з и м у т п а д е н и я - угол между линией падения пласта и северным направлением. Короткую сторону основания компаса, находящегося в горизонтальном положении, совмещают с направлением линии падения (северный сектор лимба направлен в сторону падения) и производят отсчет по северному концу стрелки.

Л и н и я п р о с т и р а н и я - любая горизонтальная линия на поверхности пласта. Она перпендикулярна линии падения.

А з и м у т п р о с т и р а н и я - угол между линией простирания и северным направлением. Он измеряется обязательно при вертикальном залегании пород и в случае, когда падение не ясно, а простирание заметно. В остальных случаях на практике нередко измеряют лишь азимут и угол падения, а азимут простирания находят прибавлением или вычитанием 90 градусов из значения азимута падения.

Записи элементов залегания в пикетажную книжку производят в магнитных азимутах (так, как было обозначено на лимбе горного компаса), а во время камеральной обработки для получения истинного азимута необходимо вводить поправку на величину магнитного склонения. Оно обусловлено несовпадением магнитного и географического полюсов и указывается на географических картах. В случае восточного магнитного склонения поправки к значению магнитного азимута прибавляются, а в случае западного - вычитаются из него.

Запись в пикетажной книжке, характеризующая пласт с азимутом простирания 25° в северо-восточном направлении и азимутом падения 115° в юго-восточном направлении, расположенный под углом 35° к горизонтальной плоскости, выглядит так: Аз. прост. СВ 25; аз. пад. ЮВ 115 < 35 (значки градусов не ставятся, так как могут быть спутаны с нулями).

 

Даётся общая характеристика разреза в обнажении, при этом указывается порядок описания пород: сверху вниз или снизу вверх (приемлемы оба варианта, но второй правильнее).

Горные породы визуально подразделяются на слои с использованием различных признаков (состав, окраска и др.). Осуществляется описание выделенных слоёв по плану:

1) определяют название слоя по преобладанию в нем того или иного материала;

2) указывают основные особенности внешнего вида породы (грубозернистость, разнозернистость, наличие пόлостей и т. д.);

3) определяют мощность, форму, размеры, элементы залегания слоя (если они отличаются от элементов залегания всего обнажения);

4) отмечают цвет горной породы на свежем сколе, на выветрелой поверхности, в сухом и влажном состоянии, изменение цвета породы в пределах пласта;

5) устанавливается крепость породы: слабые разламываются рукой; породы средней крепости рукой не разламываются, но легко разбиваются молотком; очень крепкие - с трудом разбиваются молотком;

6) выясняют структуру породы: форма, размеры, степень окатанности зёрен, состав и тип цемента;

7) устанавливают текстуру породы: массивная, пористая, слоистая;

8) изучают органические и неорганические включения: их состав, величина, форма, сохранность, обильность, закономерность расположения в слое;

9) жилы и прожилки осматривают, измеряют и ориентируют;

10) исследуют сланцеватость, трещиноватость: расположение трещин, их длину и глубину, степень зияния или ширину (закрытые едва видны, только угадываются; открытые шириной менее 0,25мм являются капиллярными, при ширине более 0,25мм - некапиллярные), характер трещин, их густота или частота, характер заполнения трещин (полностью или частично заполнены, в каких частях), состав заполнителя (гипсовый, глинистый, железистый и др.), свойства заполнителя (твердость, пластичность, пористость, комковатость и т.д.);

11) изучают характер контакта с другими слоями: постепенный или резкий переход, согласное или несогласное залегание, наличие следов размыва, изменения цвета, минералогического состава и зернистости по сравнению с выше- и нижележащими слоями.

 

Каждое обнажение обязательно зарисовывают.

Полевые зарисовки представляют собой эскизы, на которых второстепенные детали не вырисовываются, зато подчеркиваются основные. Зарисовку обнажения производят при помощи нескольких условных вертикальных линий, а при сложном строении его делят на квадраты, используя мел, верёвочную сеть и т.д. (см. рис. 16):

Рис. 16 Зарисовка обнажения с помощью вертикальных

Разметочных линий

 

На зарисовке указываются:

· номер обнажения;

· его ориентировка по сторонам света;

· точки замера элементов залегания;

· места отбора и номера образцов;

· места находок флоры и фауны;

· участки минерализации; выходы подземных вод.

Задернованные участки оставляют пустыми.

 

Рис. 17 Зарисовка стенки и дна канавы

Зарисовка является неотъемлемой частью работы, а по возможности обнажение или его фрагменты фотографируют. Как при зарисовке все детали воспроизводятся в определённом масштабе, так и при фотографировании необходимо к объектам прикладывать предметы, размер которых известен (рейка, линейка, кайло с градуированной ручкой, горный компас и т.д.)

 

Одновременно с изучением обнажения отбирают образцы пород и, особенно тщательно, остатки флоры и фауны, позволяющие определить возраст пород. В качестве образцов выбирают свежую, неизмененную выветриванием породу и отделяют куски размером 4×6, 9×12 см и более. Взятые образцы сразу на месте отбора снабжают этикетками со следующим текстом:

 

 

 

Упаковку образцов обычно производили в мешочки из плотной ткани или в обёрточную бумагу. Но практика подтвердила целесообразность использования пластиковых коробочек из-под пищевых продуктов. Это позволяет избежать необходимости шить мешочки, а главное - даёт возможность сохранить природное залегание и влажность грунта.

Для сохранения естественной влажности, отобранные монолиты и пробы подлежат немедленной консервации способом п а р а ф и н и р о в а н и я. Для этого готовится специальная паста: 20-25% технического воска, 5-10% канифоли, 3-5% минерального масла, остальное - парафин. Смесь кипятят на водяной бане, тщательно перемешивают и доводят до однородного состояния при температуре 60º С.

Монолит обматывают двумя слоями марли, крупнозернистые и пористые грунты заворачивают в полиэтилен. Первый слой пасты наносят кистью, потом монолит погружают в пасту до образования слоя толщиной 2-3 миллиметра. Сверху наклеивают второй экземпляр этикетки и еще раз смачивают пастой.

Нарушенные образцы отправляют в лабораторию в тех же жёстких обоймах (металлических или пластмассовых банках), в которые они были отобраны. Открытые грани образцов закрывают герметичными крышками, положив внутрь этикетку в кальке. Второй экземпляр этикетки прикрепляют на поверхность и горловину банки парафинируют.

Вес ящика с отобранными пробами не должен превышать 30 кг, укладка плотная, свободное пространство заполняют стружкой и т.п. Ящики нумеруют, подписывают «верх» и «не кантовать». В ящик кладут регистрационный журнал отбора проб, второй экземпляр журнала остается у руководителя.