Тема 2. 6 инженерно-геологические изыскания

Проблемную ситуацию можно рассмотреть при изложении учебного материала по определению плотности рыхлых песча­ных грунтов методом зондирования. Действительно, для плот­ных и средней плотности песчаных грунтов это не представляет большого затруднения, так как отбор монолитов вполне возмо­жен. Что касается рыхлых песков и песчаных грунтов, находя­щихся ниже уровня грунтовых вод, определение их плотности сопряжено с большими трудностями. Дело в том, что в таких грунтах отбор монолитов с природной плотностью практически невозможен ввиду отсутствия между частицами какой-либо связности. В то же время прочностные и деформационные харак­теристики песчаных грунтов в основном определяются их плот­ностью.

Создается проблемная ситуация, выход из которой следует искать с участием самих обучающихся. Здесь следует обратить­ся к примерам из жизни, постараться нарисовать истинную кар­тину и вместе с тем возможное состояние песков вообще и их крайние состояния по плотности — плотное и рыхлое. Если на­полнить (предположим) какие-то емкости плотным и рыхлым песчаным грунтом и попросить любого из присутствующих дать оценку плотности этих песков, то, наверное, это можно сделать, используя какие-либо подручные средства — гвоздь, любой штырь и т. д. Обязательно следует вовлечь в обсуждение этого вопроса всю аудиторию и активизировать мышление каждого из обучающихся. Задавая наводящие вопросы и направляя их мысль, можно прийти к выводу об определении плотности песков с помощью обычного штыря путем внедрения его в грунт.

При  этом сопротивление внедрению будет намного больше в плотных песках, чем в рыхлых. Если теперь опытным путем протарировать зависимость между плотностью песков и сопротивлением внутреннего зонда (штыря) в грунт, то это и будет решением поставленной задачи. Дальше можно перейти к описанию само­го метода зондирования песчаных грунтов с учетом его особен­ностей.

Рекомендуются следующие технические средства обучения. Большинство рисунков настоящей главы приводится как иллю­страция существующего оборудования для проведения инженер­но-геологических изысканий или метода производства работы. Такие рисунки не следует вычерчивать на доске, так как они отнимут много времени.

К тому же характер их таков, что изо­бражение некоторых из них на доске становится просто невоз­можным. Поэтому их можно демонстрировать с помощью слай­дов презентации и, если есть возможность, в сочетании с раздаточным мате­риалом. К ним можно отнести рисунки: буровой инструмент, схема электроразведочных работ, схема ис­пытаний грунтов штампами, схема опытов с крыль­чаткой. Что касается   графика  зависимости осадки  штампа от нагрузки и схема определения границ ме­сторождения, то их следует выполнять на доске в процессе изложения материала.

Учитывая значительный объем информации, можно также рекомендовать тестирование  для  проверки  усвоения  учеб­ного материала.

При изложении учебного материала можно рекомендовать следующие межпредметные и внутрипредметные связи:

а) при рассмотрении геофизических методов исследований полезно освежить в памяти обучающихся сведения из курса физики. В частности, излагая сейсмические методы, можно вспомнить о распространении волн в упругих материалах. Характеризуя исследования грунтов методом электроразведки, надо вспом­нить раздел физики по электричеству и остановиться на элек­трическом сопротивлении материалов. То же самое можно ска­зать и при изложении магнитных методов геофизических иссле­дований, основанных на оценке магнитных свойств горных пород, методов ядерной физики, базирующихся на измерении есте­ственных и искусственных излучений;

 б) излагая стадийность проведения инженерно-геологических изысканий, необходимо связать это со стадийностью проектирования зданий и сооруже­ний,

 рассматриваемых в курсе строительных конструкций, архи­тектуре;

в) рассматривая инженерно-геологические изыскания для различных видов строительства, необходимо остановиться и дать краткую характеристику самих объектов строительства.

Особенно это относится к дорожному строительству, где прихо­дится иметь дело с трассированием дороги в различных районах со сложными геоморфологическими и геологическими условия­ми, проектированием мостовых переходов и т. д. Довольно слож­ные инженерные сооружения предусматривает гидротехническое строительство  (гидроэлектростанции, плотины и др.).

Материал настоящей темы  имеет важное профессиональное значение.

Если технически грамотно и экономически обоснован­но решать задачи по проектированию и строительству зданий и сооружений, то инженерно-геологические изыскания играют ве­дущую роль. Действительно, как можно создать рациональные конструкции фундаментов, не имея достаточно четкого представ­ления о физико-механических свойствах пород основания, физи­когеологических явлениях, характерных для районов строитель­ства.

Это особенно важно  при проектировании  зданий и соору­жений в сложных инженерно-геологических условиях — при наличии  лёссовых  просадочных, вечномерзлых, слабых водонасыщенных и заторфованных  грунтов  и др.

В  таких условиях  ин­женерно-геологические изыскания приобретают особое  значение, так как учет  всех особенностей слабых грунтов и использование новейших  достижений в области  фундаментостроения  позволя­ют в конкретных условиях найти решения, обеспечивающие  устойчивость сооружений на длительный  период эксплуатации.

Немаловажное значение имеют и изыскания месторождений не­рудных полезныхископаемых. При прочих равных условиях ис­пользование для строительства местных строительных матери­алов всегда приводит к снижению стоимости строительства.

Все эти вопросы должны найти освещение в процессе изло­жения учебного материала.

 

Вопросы для самопроверки

1. Что входит в задачу инженерно-геологических изысканий?

2. Что изучается в процессе геологической съемки?

3. Какие существуют виды механического бурения?

4. Что относится к геофизическим методам исследований?

5. Какие опытные работы проводятся при инженерно-геологических иссле­дованиях?

6. Каковы особенности инженерно-геологических изыскании для жилищ­ного

 и промышленного строительства?

7. Какие изыскания проводятся при проектировании дорожного строи­тельства?

8. В чем особенности инженерно-геологических изысканий при проекти­ровании гидротехнических сооружений?

9. Что называют нерудными полезными ископаемыми?

10. Какие работы проводятся в процессе поиска и разведки месторож­дений?

11.Какие изыскания проводятся при проектировании  водоснабжения?

 

 Основные обозначения

А -  площадь;

а - коэффициент уплотнения грунта;

а _{z ,} b -амплитуда вынужденных вертикальных колеба­ний, ширина подошвы фундамента;

с - удельное сцепление грунта;

c_v -  коэффициент консолидации грунта;

с _z -  коэффициент упругого равномерного сжатия (по­стели);

d -  диаметр;

D -степень  плотности  песка;

d_jn - нормативная глубина промерзания грунтов;

е -    коэффициент пористости грунта; эксцентриситет силы;

e (t) - относительная деформация скелета грунта;

  е_р - модуль осадки;

Е -    модуль общей деформации грунта;

Еа, Еп -  активное давление и пассивный отпор грунта;

f -   коэффициент  трения, расчетное сопротивление

сдвигу боковой поверхности сваи по грунту;

F - расчетное значение силы;

F_n - сила предельного сопротивления основания;

q - равномерно распределенная вертикальная пригрузка;

G -   собственный вес фундамента;

h -   толщина  слоя грунта;

Н^Н_т - нормативная глубина сезонного оттаивания;

i -  перекос здания, относительная льдистость;

I_b  - момент инерции площади сечения;

I_L -  показатель текучести;

I _р -  число пластичности;

К_о, К _с - угловые коэффициенты;

К_ф - коэффициент фильтрации;

l - длина;

L - длина дрены;

М -  момент сил;

п - пористость грунта;                                               

N - сила, нормальная к подошве фундамента, рас­четная нагрузка на сваю;

p - среднее давление по подошве фундамента;

Р_тах, Р _min - максимальное и минимальное краевое давление под подошвой фундамента;

  p_se - начальное  просадочное давление

р ɛ -  давление связности;

r - радиус;                                    

Q - водоприток в строительные котлованы;

R -  расчетное сопротивление грунта;

R _сж - предел прочности на одноосное сжатие скаль­ных грунтов;

16

s - осадка основания;

S_r - степень влажности грунта;

t - время, температура;

Т - сдвигающая сила;

u - периметр;

U - степень консолидации грунта;

V - объем;

w - влажность грунта;

w_L w _p - влажность на границе текучести и раскатыва­ния;

x, у, z - координаты;

γ - удельный вес грунта;

γ _cI, γ _cII - коэффициенты условий работы;

γ _d - удельный вес сухого грунта;

γ _s - удельный вес частиц грунта;

Ɛ _se - относительная просадочность;

Ɛ _sw - коэффициент устойчивости откоса;

θ- угол отклонения;

v - коэффициент относительной поперечной дефор­мации;

(коэффициент Пуассона);

ξ- коэффициент бокового давления грунта;

 σ - напряжения, нормальные к рассматриваемым площадкам;

τ- касательное напряжение;

φ - угол внутреннего трения грунта;

ω - круговая частота вращения машины.

 

Заключение

В данном пособии  рассматриваются следующие вопросы: определение состава, строения, состояния и свойств горных пород (грунтов), их условные залега, их распространения; изучение природных геологических процессов в результате строительства и эксплуатаций зданий и сооружений, мероприятия по обеспечению устойчивости последних и охране окружающей среды; исследования закономерности пространственного изменения нженерно-геологических условий и их оценка.

Пособие содержит список нормативных документов и источники с нормативными документами, определяющими требования к оформлению и содержанию методических разработок.

Само пособие является образцом оформления различных разделов методических разработок и уроков.

В дальнейшем пособие может дорабатываться при возникновении замечаний, дополнении со стороны преподавателей и методических работников; перерабатываться при изменении Федеральных государственных образовательных стандартов и требований к содержанию и оформлению методических разработок.