21958

Методы инженерно-геологических исследований

Лекция

География, геология и геодезия

Методы инженерногеологических исследований. Общая систематизация методов инженерногеологических исследований. Новые методы и способы проведения инженерногеологических исследований в РБ. Общая систематизация методов инженерногеологических исследований.

Русский

2013-08-04

1.03 MB

50 чел.

Лекция 4. Методы инженерно-геологических исследований.

1. Общая систематизация методов инженерно-геологических исследований.

2. Полевые и лабораторные методы исследований.

3. Новые методы и способы проведения инженерно-геологических исследований в РБ.

Общая систематизация методов инженерно-геологических исследований.

В ходе инженерно-геологических исследований обычно изучают набор свойств геологической среды – компонентов инженерно-геологических условий. Для этого требуется сочетать отдельные методы в едином комплексном методе. К комплексным методам принадлежат: инженерно-геологическая съемка, рекогносцировка, разведка и т.д. Частными методами следует считать такие, которые позволяют получить информацию преимущественно об одном свойстве геологической среды.

Под инженерно-геологической съемкой следует понимать выполнение комплекса полевых, лабораторных и камеральных исследований с целью получения информации об инженерно-геологических условиях территории.

В инженерной геологии используют общегеологические (наземные и аэровизуальные наблюдения, горные и буровые работы и др.) и специальные методы.

По характеру оценки свойств среды компонентов инженерно-геологических условий методы целесообразно разделить на прямые и косвенные. Прямыми следует считать методы, позволяющие непосредственно фиксировать, оценивать и измерять свойства геологической среды, косвенными – методы, применение которых позволяют получить косвенные данные. На их основании можно оценивать компоненты инженерно-геологических условий (например метод ландшафтных индикаторов или метод геологических индикаторов). Полевые и лабораторные методы исследований включают в себя: наземные и аэровизуальные наблюдения; аэрокосмофотосъемка и дешифрирование аэрокосмофотоматериалов; горные и буровые работы; полевые испытания грунтов; лабораторные методы получения данных о свойствах грунтов, геофизические методы; обследование сооружений.

2. Полевые и лабораторные методы исследований.

2.1 Наземные и аэровизуальные наблюдения.

Метод наземных визуальных геологических наблюдений — тра¬диционный общегеологический метод. Он сопровождается простей¬шими измерениями некоторых показателей свойств геологической среды (элементов залегания пород, ориентировки трещин, мощ¬ности слоев и др.). Метод  чрезвычайно информативный. В ходе наземных наблюдений, сопровождаемых описанием свойств геологической среды, изучают геоморфологический облик территории и ее геоморфологическую структуру; разрез (путем обследования обнажений) и условия залегания по¬род, их минеральный и гранулометрический состав, состояние, свойства грунтов (например, угол откоса осыпи); гидрогеоло¬гические  условия,   водопроявления,   заболоченность,   положе¬ние УГВ (в колодцах), свойства подземных вод (цвет, запах, вкус, прозрачность и др.); проявления экзогенных геологических процессов. В ходе обследования естественных обнажений пород устанавливают их стратиграфическую принадлежность — проис¬хождение (наличие фауны, характер разреза, структурно-текстур¬ные особенности, характер слоистости, наличие контактов).

Геологическое описание горных пород позволяет: составить геологический разрез, на котором можно отразить все данные, важные с точки зрения инженерно-геологической оценки изучаемой геологической системы применительно к конкретному строительству (например, показатьна разрезе тонкие прослои глин среди песчаных пород, если исследования ведут для проектирования гидротехнических сооружений и возникает сомнение в устойчивости основания напорных сооружений); расчленить исследуемый объем геологической среды на геологические тела, отвечающие таксономическим единицам классификации. Выделение таксономически определенных геологических тел различных категорий предусматривает наличие данных о возрасте и генезисе, составе горных пород и свойствах грунтов. Описание горных пород ведут в процессе наземных наблюдений (изучение обнажений, расчисток), горных и буровых работ, при отборе образцов пород, в процессе полевых и лабораторных испытаний грунтов. Описываются: выветрелые и зачищенные породы в обнажениях, расчистках;  очищенные от  шлама  куски керна, извлеченные из скважины; образцы, отобранные из горных выработок, очищенные от парафина монолиты грунта (в лабораторных условиях). Примерный порядок описания пород: название породы, цвет (в сухом и влажном состоянии), излом, минеральный и гранулометрический состав, структура и текстура, характер структурных связей минерального уровня, активные элементы и структура изучаемого геологического тела, эффективные структурные связи, включения (форма, состав, количество), пористость, наличие пустот, их размеры, пространственное размещение, трещиноватость (генезис, ориентировка трещин, их ширина, характер стенок, заполнитель, пространственное размещение, густота), размер и форма отдельностей и их размещение на поверхности, наличие флоры и фауны; наличие, состав и распределение органического вещества и легкорастворимых солей; влажность, консистенция, прочность в массиве и в образце, изменение описываемых признаков по разрезу.

При описании отмечается характер контактов геологических тел (особенно различающихся влажностью, консистенцией, прочностью), выявляются слои пород с низкой прочностью, зоны ослабления и другие компоненты разреза, которые могут оказать существенное влияние на характер и интенсивность инженерно-геологических процессов. При визуальных наблюдениях используют простейшие методы инструментальных измерений показателей, характеризующих структуру разреза (элементы залегания пород, ориентировка трещин, углы склонов и др.), а также показателей свойств грунтов (предельное напряжение сдвига, плотность, объемная влажность, относительная прочность). Для оценки показателей свойств грунтов используют микропенетрометры, гамма-гамма плотномеры, нейтронные измерители влажности, ручные искиметры и другие портативные приборы.

В процессе изучения разрезов пород в ходе инженерно-геологических исследований большое внимание уделяется трещиноватости, поскольку трещины нередко являются границами активных элементов, взаимное перемещение которых при механических взаимодействиях определяет деформирование геологического тела в целом и его устойчивость. Трещиноватостью горных пород обусловлены такие их коллективные свойства, как водопроницаемость и блочность.

В ходе наземных наблюдений изучают тектоническое строение (структуру), фиксируются тектонические нарушения, сбросы, зоны дробления, трещиноватости исследуют складчатость, измеряют элементы залегания пород.  

В процессе наземных наблюдений большое внимание обращают на гидрогеологические условия. Исследуют и описывают все водопроявления: родники, колодцы, участки высачивания подземных вод и др. Отмечается местоположение водопроявления, его геологические и геоморфологические условия; производится классификация водопроявления (группа и тип источника); измеряется дебит и описывается его режим во времени (при возможности получения данных опроса); оцениваются физические свойства и химический состав (при наличии полевой маршрутной лаборатории). В колодцах (скважинах) измеряют глубину уровня воды.

Наземные наблюдения включают изучение проявлений ЭГЩ. По признакам-условиям процесса устанавливаются примерные границы области с неустойчивой структурой, и внутри нее производится поиск признаков-индикаторов того или иного ЭГП. Все индикаторы процессов тщательно изучаются и документируются (измерение, оценка, описание, зарисовка, фотографирование).

Наблюдается, оценивается и описывается площадь проявления ЭГП, его масштаб и формы, морфологические элементы процесса, приводятся данные о режиме (по результатам опроса) и стадии ЭГП. Описываются и документируются условия процесса, его приуроченность к горным породам и геоморфологическим элементам. Оцениваются внешние и внутренние причины процесса.

Аэровизуальные наблюдения довольно широко используются при инженерно-геологической съемке и рекогносцировке, а также в ходе работ по контролю и уточнению данных дешифрирования аэрофотоматериалов. Наблюдения ведут с самолета или вертолета. Борт-наблюдатель (инженер-геолог) должен иметь топографическую или геологическую карту крупного масштаба. На карте должны быть нанесены линии маршрутов, показаны высота и скорость полета, основные ориентиры, места желательных внеаэродромных посадок. Рационально также использовать в ходе наблюдений предварительно отдешифрированные фотосхемы. Применение фотосхем позволяет уменьшить объем информации, который должен быть получен в процессе наблюдений, поскольку задача при этом сводится к дополнению и контролю информации, извлекаемой при дешифрировании АФМ [30].

Масштаб наблюдений под углом 90° в вертикальном направлении М90 подсчитывают по формуле М9о= 1 : 4Н, где Н — высота полета (в м). При наблюдениях под углом 60° М90=1 : 8Н. При небольших высоте (70—100 м) и скорости полета (до 100 км/ч) время наблюдения не превышает 25—35 с, поэтому при проведении аэровизуальных наблюдений используют диктофон, а наблюдения рекомендуется проводить одновременно нескольким наблюдателям. Например, один наблюдает и фиксирует геоморфологические признаки, второй — геотектонические, третий — проявления ЭГП [9]. После полета, в тот же день, непременно производится итоговая запись результатов наблюдений «по памяти». Аэровизуальные наблюдения дополняют перспективным

фотографирование наиболее интересных в геологическом отношении участков на трассе. Достоинство аэровизуальных наблюдений – возможность последовательного укрупнения масштаба наблюдений, позволяющая: провести типизацию территории по ландшафтному строению, выявить и пронаблюдать (или наметить к изучению наземными методами) наиболее представительные естественные обнажения пород, проявления ЭГП; наметить места расположения ключевых участков и трассы опорных съемочных маршрутов. Аэровизуальные наблюдения применяют для проверки результатов дешифрирования аэрофотоматериалов и получения дополнительных сведений о компонентах ландшафта и геологических данных, о составе пород, вскрытых в естественных обнажениях, геоморфологических условиях, проявлениях некоторых ЭГП (оврагообразования, речной эрозии, оползневого, криогенных и др.). При проведении инженерно-геологической съемки аэровизуальные наблюдения предшествуют наземным.

2.2 АЭРОКОСМОФОТОСЪЕМКА И ДЕШИФРИРОВАНИЕ АЭРОКОСМОФОТОМАТЕРИАЛОВ

Аэрокосмофотосъемка позволяет получать фотоматериалы с помощью космических (спутники, космические корабли, орбитальные станции) или воздушных (вертолеты, самолеты) носителей. В процессе съемки получают аэрофильм, с которого делают аэрофотоснимки.

Для дешифрирования используют увеличенные аэрофотоснимки и фотосхемы. Фотосхему монтируют из центральных частей фотоснимков. Различают уточненные фотосхемы, смонтированные из трансформированных фотоснимков (на них устранены искажения, обусловленные колебаниями высоты полета и наклоном оси аппарата), и приведенные фотосхемы (все использованные для фотосхемы снимки приведены к одному среднему масштабу аэросъемки или масштабу топографической карты).

Масштабы космических снимков и аэроснимков и области их применения приведены ниже.

Обзорный 1:10000000 и мельче

Мелкий

1:1000000 – 1:10000000

Средний

1:200000 – 1:1000000

1:200000 и крупнее

Составление карт и схем глобального характера

Составление обзорных карт, в том числе карт инженерно-геологического районирования

Составление инженерно-геологических карт мелкого масштаба

Составление инженерно-геологических карт среднего масштаба

Космические снимки

Аэроснимки

Обзорный

мельче 1:100000

Мелкий

1:35000 – 1:100000

Средний

1:12000 – 1:35000

Крупный

1:1000 – 1:12000

Детальный крупнее 1:1000

Региональные инженерно-геологические исследования

Составление фотосхем и предварительное контурное дешифрирование

Дешифрирование инженерно-геологических условий при съемке среднего масштаба

Уточняющее дешифрирование инженерно-геологических условий на ключевых участках

Документация строительных выемок, наблюдения за режимом ЭГП

Дешифрирование космоаэрофтоматериалов в инженерно-геологических целях — процесс получения инженерно-геологической информации. Различают прямое и индикационное дешифрирование. При прямом дешифрировании используют признаки, присущие изображению объектов дешифрирования: геометрические, оптические (тон и цвет изображения), отбрасываемые тени, структура изображения. Процесс индикационного дешифрирования основан на опознании косвенных признаков — индикаторов инженерно-геологических условий. В качестве индикаторов чаще всего используют физические компоненты ландшафта. Под ландшафтом понимают природно-территориальный комплекс, который сформировался на обособленном едином в генетическом и историко-геологическом отношении участке территории и обладает: 1) более или менее одинаковым геологическим строением, однотипным рельефом, климатом  почвенным и растительным покровом, общим характером, поверхностных и подземных вод; 2) определенной структурой, выраженной закономерным сочетанием в пространстве динамически сопряженных природно-территориальных комплексов низких рангов. Ландшафтные    индикаторы   инженерно-геологических условий относятся к группам  признаков геоморфологических, геоботанических,   гидрологических,   почвенных,   искусственных (антропогенных). Наряду с перечисленными группами признаков при дешифрировании используют комплексные индикаторы и прежде всего структуру ландшафтной оболочки и физиономические компоненты различных категорий. При количественной индикации компонентов инженерно-геологических условий целесообразно представлять комплексные индикаторы в аналитической форме (регрессии, дискриминантные функции). В процессе прямого дешифрирования оценивают проявления экзогенных геологических процессов, морфологическое строение (частично), элементы  тектоники,   характер   горных   пород   (при  наличии крупных обнажений). Другие компоненты инженерно-геологических условий выявляют по ландшафтным индикаторам. Наряду с фотографическими в последние годы интенсивно разрабатываются телевизионная, инфра-красная, многозональная, радиофизическая и другие виды съемок, которые позволяют существенно усовершенствовать методику оценки компонентов инженерно-геологических условий дистанционными методами.

2.3 ГОРНЫЕ И БУРОВЫЕ РАБОТЫ

При проведении инженерно-геологических исследований прибегают к проходке горных выработок. Горные выработки проходят с целью: 1) изучения геологического строения, проявлений тектонических процессов и трещиноватости пород; 2) проведения полевых опытных работ; 3) отбора образцов пород с ненарушенной структурой и проб воды; 4) организации наблюдений за режимом подземных вод и экзогенных геологических процессов (например, выветривания). Типы горных выработок и их целевое назначение рассмотрены ниже.

Закопушка. Изучение пород, залегающих под почвенным слоем, под приповерхностным слоем  других  пород небольшой мощности (до 0 5 и)  Прослеживание контактов. Отбор образцов пород.                                                                                                           

Расчистка. Изучение пород на склонах, залегающих под осыпями или делю вием, изучение пород под выветрелым слоем. Отбор образцов.                           

Канава. Изучение пород с крутым сечением, вертикальной трещиноватостью, приповерхностных зон дробления на глубину до 3 м. Проведение наблюдений за выветриванием. Отбор монолитов. Проведенеие опытных работ.

Шурф. Изучение геологического строения и состава горизонтально или пологозалегающих необводненных пород на глубину до 20 м. Проведение полевых опытных работ. Отбор монолитов. Проведение режимных наблюдений.

Штольня. Изучение строения пород, залегающих в склоне, кор выветривания, делювиальных и осыпных отложений, трещиноватости пород в зоне разгрузки. Проведение опытных работ в режимных инженерно-геологических наблюдений. Отбор монолитов.

Горные выработки предпочтительнее буровых скважин. С их помощью можно наблюдать разрез горных пород и, следовательно, выявлять все детали его строения, важные в инженерно-геологическом отношении. Из них можно более качественно, с меньшими нарушениями отобрать монолиты. Недостатком горных выработок следует считать трудоемкость их проходки (особенно глубоких шурфов), необходимость в крепежном материале, специальных средствах проходки, средствах водоотлива и т. д. Вследствие этого альтернативные буровым скважинам горные выработки (шурфы, дудки, шахты) нередко заменяются буровыми скважинами. В ходе инженерно-геологических исследований применяют способы бурения: 1) дающие керн в виде столбика грунта с относительно ненарушенной структурой (колонковый, пневмоудар-ный, ударно-канатный с кольцевым забоем, шнековый с кольцевым забоем, вибрационный способы); 2) дающие керн, представляющий собой грунт нарушенного строения (медленно-вращательный, шнековый и ручной ударно-вращательный способы); 3) позволяющий получать полностью разрушенный грунт в виде шлама (ударно-канатное бурение сплошным забоем и роторное).

В процессе бурения инженерно-геологических скважин должна быть обеспечена возможность: полного изучения разреза горных пород и установления положения границ слоев с высокой точностью; отбора образцов грунта требуемого диаметра, сохраняющих ненарушенное сложение и естественную влажность; проведения опытных испытаний грунтов. Колонковым способом можно бурить скважины глубиной до 100 м, диаметром до 168 мм практически во всех породах. Колонковый способ не позволяет получать образцы пород с ненарушенной структурой из рыхлых несвязных и сильно выветрелых пород. В процессе бурения наблюдается их истирание и разрушение обломков.

2.4 ДИНАМИЧЕСКОЕ, УДАРНО-ВИБРАЦИОННОЕ И СТАТИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ, ПЕНЕТРАЦИОННО-КАРОТАЖНЫЙ МЕТОД

Методы относятся к специальным инженерной геологии. Они основаны на том, что песчано-глинистые породы в зависимости от их состава и свойств оказывают различное сопротивление режущему профилю, чаще всего коническому наконечнику.

По способу погружения конуса (забивка, вдавливание) различают динамическое и статическое зондирование. Динамическое зондирование предназначено для исследования песчано-глинистых пород; содержащих не более 40 % крупнообломочного материала, на глубину до 20 м. С помощью этого метода можно расчленить разрез пород на слои, отличающиеся сопротивлением динамической пенетрации с высокой точностью (до 0,05 м); установить их степень однородности, определить показатели некоторых свойств и глубину забивки свай.

Зонд, включающий штанги и наконечник, забивают в грунт ударами молота, падающего с фиксированной высоты. При забивке зонда фиксируют число ударов и глубину погружения зонда от одного залога, который устанавливают в зависимости от сопротивления грунта. Сопротивление, оказываемое грунтом зонду, называется динамическим сопротивлением пенетрации. Оно включает сопротивление грунта прониканию наконечника и силу трения по боковой поверхности зонда (между грунтом и штангами). Динамическое сопротивление пенетрации выражают в виде относительной величины, числа стандартных ударов на 10 см погружения зонда, N=10n/s, где п — число ударов в залоге; s — осадка зонда от залога. В процессе зондирования с увеличением глубины испытаний увеличивается масса зонда (навинчивание новых штанг) и трение по боковой поверхности зонда. Вследствие этого в величину N вносится поправка N1 = Nk, где N1 — исправленный показатель динамической пенетрации, k — коэффициент, учитывающий приращение массы зонда и трение между зондом и стенками зондировочной скважины.

Вибрационное зондирование основано на погружении зонда в грунт вибромолотом массой 350 кг с частотой ударов 300-1200 в минуту. В процессе зондирования измеряют скорость погружения зонда. Условное динамическое сопротивление вычисляют по формуле

PA=(240*Ka)/V, где

 

V – скорость зондирования,

Ka – коэффициент учета потери энергии.

Статическое зондирование основано на вдавливании зонда в грунт статической нагрузкой. Оно применяется для испытания немерзлых и талых песчано-глинистых грунтов, содержание не более 25% частиц крупнее 10 мм.

Сопротивление, оказываемое грунтом вдавливанию зонда называют общим сопротивлением пенетрации (R). Общее сопротивление пенетрации включает статическое сопротивление пенетрации (Q), часть общего сопротивления, обусловленную силами реакции грунта на вдавливания наконечника и трение по боковой поверхности зонда (F).

R=Q+F

Интенсивность статического сопротивления пенетрации, т.е. сила, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения наконечника зонда, называется удельным статическим сопротивлением пенетрации (Pq). Интенсивность трения, т.е. сила трения, приходящаяся на единицу площади боковой поверхности зонда, называется удельным трением (Pj).

По величине Pq определяют плотность сложения песков, консистенции глинистых грунтов, устанавливают нормативное давление на грунт, по   Pq  и Pj определяют несущую способность свай.

Пенетрационно-каротажный метод основан на совмещении статического зондирования с радиоизотопным каротажем, что позволяет одновременно с показателями статической пенетрации получить информацию о других свойствах грунтов без бурения скважин. В процессе вдавливания зонда, оснащенного соответствующими датчиками, получают в виде непрерывных записей распределения по глубине данных о естественном гамма-фоне, плотности грунта (по γ-γ-каротажу), объемной влажности (по нейтрон-нейтронному каротажу), пористости, об удельном сопротивлении   пенетрации,  о  трении  по  боковой  поверхности зонда. С помощью этих данных можно расчленить  разрез  песчано-глинистых пород на слои, выбрать по нормативам характеристики свойств грунтов основания, нужные для проектирования сооружений. При проведении испытаний грунтов пенетрационным   каротажем   применяют станции     пенетрационного     каротажа (СПК), в том числе станции для проведения испытаний на акваториях (ПСПК).

При проведении инженерно-геологических исследований наряду с глубинным используют и поверхностное зондирование. Для этого применяют разные конструкции ударников и пенетрометров (ДОРНИИ, ПРОКТОРА, РОКОСА, ДИИТ). Наиболее распространен микропенетрометр ВСЕГИНГЕО МВ-2. Он предназначен для опробования пород в обнажениях, выделения грунтов с низкой прочностью. По данным испытаний определяют величину предельного напряжения сдвига

pm = Pk/h,

 где Р — нагрузка на конус; h — глубина погружения конуса; k — коэффициент, зависящий от угла раскрытия конуса.

2.5 ИСПЫТАНИЯ ГРУНТОВ СТАТИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ В ШУРФАХ И СКВАЖИНАХ

Испытания грунтов жесткими штампами проводят с целью определения деформационных характеристик песчано-глннистых  и крупнообломочных грунтов.

Сущность метода заключается в натурном моделировании процесса деформирования  (уплотнения)  достаточно большого (по сравнению с лабораторной пробой) объема грунта под нагрузкой, отвечающей нагрузке проектируемого сооружения. Испытания проводят в шурфах, скважинах и при строительстве ответственных сооружений — в котлованах. Сведения о форме и размерах штампов содержит табл. 18.

После монтажа установки в шурфе или скважине штамп нагружают ступенями до стабилизации осадки от каждой ступени нагрузки. Условная стабилизация считается достигнутой, если приращение осадки штампа за время не превышает 0,1 мм.

Наблюдения за осадкой штампа в первый час после приложения нагрузке ведут через 10+10+ 10+ 15 + 15 мин, далее через 30 мин. Минимальная точность измерения осадки 0,1 мм. Число  ступеней нагрузки не более 5. Первую ступень нагрузки принимают равной природному давлению на отметке заложения штампа (не менее 0,05 МПа), предпоследняя ступень должна отвечать проектной нагрузке. В отдельных случаях, предусмотренных проектом штампа нагружают до предела несущей способности, который устанавливается по появлению валика вытирания или образованию трещин вокруг штампа. В ходе проведения испытаний на каждой ступени график S=f(t), где S – осадка штампа, мм; t – время. После испытаний строят график S=F(P), где P – нагрузка. По результатам определяют модуль деформации, например по формуле Буссинеска:

E=(1- µ2)*P/Sd, где

Е – модуль деформации;

Р – полная нагрузка на штамп. Берется по прямолинейному участку графика P=f(s);

d – диаметр штампа;

S – конечная осадка, соответствующая нагрузке Р;

µ - коэффициент Пуассона для грубообломочных грунтов – 0,27; песков и супесей – 0,30; суглинки – 0,35; глины – 0,42.

2.6. ЛАБОРАТОРНЫЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ДАННЫХ О СВОЙСТВАХ ГОРНЫХ ПОРОД И ГРУНТОВ

Методы получения инженерно-геологической информации включают обширный комплекс лабораторных методов определения физико-механических свойств пород изученных ранее.

A. Основные методы лабораторных определений физико-механических свойств песчано-глинистых пород включают определение:

- гранулометрического состава связных и несвязных пород;

- плотности и объемной массы пород, расчет пористости;

- влажности и максимальной молекулярной влагоемкости;

- пластичности, липкости, набухания, водопрочности;

- коэффициента фильтрации;

- угла естественного откоса;

- сжимаемости и сопротивления сдвигу.

Б. Методы определения физико-механических свойств скальных пород.

Многие физико-механические показатели скальных пород определяются в лабораторных условиях аналогично связным группам. Ниже рассматриваются только важнейшие, рекомендуемые для выполнения массовых испытаний:

1) определение  водно-физических свойств пород: плотности, объемной массы, влажности, водонасыщенности, водопоглащения, пористости;

2) определение прочностных свойств: предел прочности на растяжение, сжатие и изгиб;

3) определение упругих свойств, твердости, пластичности, хрупкости.

Рассмотрим основные положения, на которых базируются требования к методам определения показателей свойств грунтов в лабораторных условиях. Набор показателей свойств и объем лабораторных испытаний должны быть оптимальными и точно отвечать инженерной задаче. Наборы показателей свойств и число определений некоторого свойства грунтов изменяются на различных этапах хозяйственной деятельности в зависимости от цели, для достижения которой используются показатели.

А) При составлении схем размещения и развития отраслей промышленности ТЭО, которые в геологическом отношении базируются на результатах государственной инженерно-геологической съемки, показатели свойств грунтов используются в процессе составления средне- и мелкомасштабных карт инженерно-геологических условий для уточнения названий горных пород, выявления закономерностей пространственной изменчивости и установления главных направлений; проверки правильности отнесения геологического тела к некоторой таксономической единице классификации и характеристики его свойств; сравнительной оценки свойств грунтов, распространенных в разных частях изучаемой территории. С целью решения перечисленных задач достаточно иметь в распоряжении главным образом показатели, характеризующие состав пород, и показатели свойств, называемые классификационными. Оценки показателей могут быть подсчитаны с вероятностью, не превышающей 0,7—0,8.

При проведении инженерно-геологических исследований на стадии проекта должны быть получены данные о показателях свойств, достаточные для расчленения геологической среды внутри контуров строительной площади на глубину сферы взаимодействия наиболее тяжелого сооружения на геологические тела; выбора на основании оценок классификационных показателей нормативных значений показателей сжимаемости и прочности грунтов, необходимых для предварительного расчета оснований, выполняемого в рамках компоновки сооружений; составления проекта проведения строительных работ и проекта защитных мероприятий.

В процессе инженерно-геологических изысканий на стадии рабочей документации показатели свойств должны обеспечить расчленение геологической среды внутри предполагаемой сферы взаимодействия на геологическое тело; выделение инженерно-геологических элементов; получение для них оценок прочностных и деформационных свойств грунтов, необходимых для окончательного расчета основания сооружения.  В соответствии со СНиП оценки показателей свойств должны быть получены с вероятностью 0,85 при расчете по деформациям и 0,95 при расчете оснований по несущей способности. Для сооружений I класса и уникальных вероятность увеличивается до 0,99.

Таким образом, по мере детализации инженерно-геологических исследований увеличивается разнообразие методов лабораторных испытаний грунтов, возрастает роль модельных испытаний грунтов при определении показателей их прочности и деформационных свойств, становятся более жесткими требования к точности и доверительной вероятности оценок показателей свойств.

ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПРИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

С помощью геофизических методов можно решить ряд важных инженерно-геологических задач. При проведении инженерно-геологических исследований часто используют электроразведочные методы — вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) и электропрофилирование, а также сейсморазведку по методу преломленных волн (МПВ). Геофизические методы позволяют обнаружить крупные аномалии в строении геологической среды
(пустоты, зоны трещин, погребенные эрозионные врезы) выявить реологическое и гидрогеологическое строение исследуемой области геологической среды; оценить ее некоторые коллективные свойства (пористость, трещиноватость, водонасыщенность упругие свойства).

Методом ВЭЗ устанавливают положение границ между геологическими телами, различающимися электрическим сопротивлением и поляризуемостью. В процессе инженерно-геологических съемок, для определения положения границ в латеральной плоскости применяют электрическое профилирование. Нередко в ходе решения какой-либо задачи сочетают ВЭЗ и электрическое профилирование (например, при выявлении оконтуриваний переуглублений в речных долинах).

Для установления положения границ между геологическими телами, выявления и трассирования зон тектонических нарушений и зон трещиноватости, определения положения уровня грунтовых вод (УГВ) применяется сейсморазведка МПВ. С ее помощью устанавливают границу между рыхлыми поверхностными отложениями и коренными породами, выявляют древние эрозионные врезы (погребенные речные долины, озерные котловины и др.), приближенно определяют мощность площадной коры выветривания и выявляют границы линейных кор. Таким образом, применение геофизических методов наиболее часто преследует цель получения геометрических моделей исследуемой области геологической среды, гидрогеологического и геологического строения и др. Электроразведочные методы применяют и в ходе изучения ЭГП, главным образом карстового и оползневого.

При наличии протяженных карстовых полостей электроразведочные профили располагают в нескольких сечениях перпендикулярно к длинной оси полости и при корреляции данных измерений на профилях оконтуривают полость. Для выявления элементов ориентировки зон карстовых полостей можно применять круговое электрическое зондирование. Простирание зоны, к которой; приурочены карстовые полости, выявляется с помощью круговых диаграмм, на которых оно соответствует длинной оси

Тело оползня и несмещенные породы за пределами поверхности отделения различаются электрическими и сейсмическими свойствами, что определяет возможность применения геофизических методов при изучении оползневого процесса. Задачи, решаемые при этом, можно сформулировать следующим образом.

  1.  Картирование оползневых отложений.

Установление положения поверхности отделения и скольжения.

  1.  Определение положения УГВ.
  2.  Выявление структуры поля влажности.

Изучение режима влажности тела оползня и оползневых
накоплений.

Задачи 1, 2, 3 решаются методами сейсморазведки МПВ и ВЭЗ. Задачи 4 и 5 могут быть решены методами сопротивлений, естественных потенциалов и термометрии. С точки зрения прогноза оползневого процесса чрезвычайно важно изучение режима оползневого склона в стадию подготовки оползневого смещения. Уменьшение прочности пород при подготовке оползня сопровождается увеличением скорости продольных и поперечных волн и коэффициентов их затухания. Это обстоятельство позволяет использовать сейсморазведку МПВ для получения данных о режиме свойств пород оползневого склона и в итоге — о режиме коэффициента устойчивости.

В процессе инженерно-геологических исследований используют радиоизотопные методы.

Метод поглощения γ-излучения применяют для определения плотности грунта. В основе метода лежит зависимость между долей поглощаемого грунтом γ-излучения, проходящего через него, и массой грунта. Плотность грунта определяется с точностью ±0,01 г/см3.

Рис 4.1. Схема приборов определения плотности грунта методом поглощения γ-излучения: а – в параллельных скважинах; приборы типа; б – щуп; в – вилка.

1 – источник γ-квантов; 2 – детектор; 3 – пучок γ-квантов; 4 – вилка; 5 – штанга с источником излучения; 6 – радиометр.

Рис 4.3. Схема гамма-плотномера.

1 – источник излучения; 2 – экран; 3 – детектор; 4 – корпус; 5 – зона измерения  (полевая проба грунта)

методом определения плотности является метод рассеянного γ-излучения. Интенсивность рассеянного γ-излучения зависит от плотности среды, энергии потока γ-частиц и расстояния
между источником γ-лучей и детектором. Измеряется интенсивность рассеянного γ-излучения. В условиях стабилизации двух последних факторов можно определять плотность грунта.

ОБСЛЕДОВАНИЕ СООРУЖЕНИЙ

Известно, что сооружение и некоторая область геологической среды, называемая сферой взаимодействия, реагируют между собой. Их взаимодействие реализуется в форме инженерно-геологических процессов и процессов, происходящих в сооружениях (наклоны, перекосы, прогибы, образование трещин и др.).

Вследствие этого обследование сооружений, а точнее ПТГ, проводимое в ходе строительства и в период эксплуатации с целью установления их состояния анализа причин, представляет собой важный метод получения информации, используемой для составления прогноза и разработки мероприятий по оптимальному управлению ПТГ. Состояние сооружений зависит не только от свойств геологической среды, но и от качества проекта и качества строительства. Установление причин процессов, происходящих в сооружениях, практически всегда очень ответственно, особенно когда сооружение находится в аварийном состоянии и требуется дать экспертное заключение о причинах его деформации. Задачи обследования сооружений заключаются в выявлении инженерно-геологических процессов, с которыми связаны их деформации, в оценке эффективности конструктивных мероприятий по борьбе с инженерно-геологическими процессами.

Обследованию предшествует сбор и изучение инженерно-геологических материалов, а также материалов о типах и конструкциях сооружений, типах фундаментов, нагрузках, условиях проведения строительных работ по вскрытию котлованов, организации водопонижения и др. Обследуются сооружения, находящиеся в аварийном состоянии, испытавшие существенные деформации, наиболее крупные и ответственные, расположенные в неблагоприятных геологических условиях (сложное гидрогеологическое строение, склоны, участки распространения слабых и сильно изменчивых в пространстве пород); имеющие усиленную жесткость, обеспечивающую устойчивость сооружений; однотипные, расположенные на разных геоморфологических элементах; любого класса в малозастроенных районах.

Обследование заключается в осмотре сооружений и оценке состояния стен, перекрытий, внутренних помещений, подвальных помещений оконных и дверных проемов, отмосток, откосов. Сопровождается оно описанием, зарисовками, фотографированием (документация). Особое внимание обращается на трещины в сооружениях и на анализ причин их возникновения. Осматривается местность вокруг сооружения, описываются и документируются искусственные изменения природных условий (распашка земли, уничтожение растительности, изменение рельефа путем подрезки склона, подсыпки, планировки, устройство водоотвода, проявления инженерно-геологических процессов — оседание поверхности, выпирание, разжижение пород и др.). В случае необходимости в процессе обследования вблизи фундаментов сооружения закладывают выработки, вскрывают фундамент, отбирают образцы для проведения лабораторных испытаний. По результатам обследования составляют заключение о причинах деформации (аварии)  сооружения  (дефекты проекта строительных работ, неправильная эксплуатация сооружения или плохое качество инженерно-геологических исследований).