Геология и грунтоведение: Методические указания к выполнению контрольных работ

Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Хабаровский государственный технический университет»

ГЕОЛОГИЯ И ГРУНТОВЕДЕНИЕ Методические указания к выполнению контрольных работ № 1–2 для студентов специальности 310900 «Землеустройство» заочной формы обучения

Хабаровск Издательство ХГТУ 2002

УДК 549.1:53/076/ Геология и грунтоведение: Методические указания к выполнению контрольных работ № 1–2 для студентов специальности 310900 «Землеустройство» заочной формы обучения / Сост. Н. И. Горшков. – Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2002. – 11 с. Методические указания составлены на кафедре «Мосты, основания и фундаменты». Включают задания, исходные данные по вариантам, порядок выполнения и оформления заданий контрольных работ, список литературы. Печатается в соответствии с решениями кафедры "Мосты, основания и фундаменты" и методического совета дальневосточного автодорожного института.

© Издательство Хабаровского государственного технического университета, 2002

Изучение курса «Геология и грунтоведение» предполагает выполнение контрольных работ по геологии и грунтоведению. Г е о л о г и я – наука, изучающая строение, состав, историю развития Земли, а также процессы, происходящие на ее поверхности и в недрах. Основной предмет изучения геологии – горные породы. Горные породы – природные минеральные агрегаты, слагающие геологические тела, образующие земную кору. По происхождению в геологии выделяют три группы горных пород: магматические, осадочные, метаморфические. Все горные породы состоят из минералов – природных химических соединений и самородных элементов. Минералы различают по химическому составу, по кристаллической структуре и физическим свойствам. Большинство минералов представлено кристаллическими телами, реже встречаются коллоиды, твердые растворы, изоморфные смеси, а также жидкие и газообразные тела. В строительстве горные породы называют г р у н т а м и. Все грунты по характеру структурных связей подразделяются на следующие классы: природные скальные, природные дисперсные, природные мерзлые, техногенные (скальные, дисперсные, мерзлые). Инженерное развитие геология (и н ж е н е р н а я г е о л о г и я) получила в направлении исследований условий взаимодействия массивов горных пород с инженерными сооружениями. Г р у н т о в е д е н и е – наука (раздел материаловедения), изучающая строение, состав, свойства, состояние дисперсных грунтов (природных и техногенных). Дисперсные грунты – горные породы, состоящие из обломков, частиц и агрегатов (скоплений минералов), образовавшихся в разных исторических условиях, структурные связи между которыми имеют водноколлоидный и механический характер. Наука, занимающаяся изучением процессов и явлений, происходящих при целенаправленном изменении свойств грунтов, называется т е х н и ч е с к о й м е л и о р а ц и е й грунтов. Исходные данные для выполнения контрольной работы № 1 (по геологии) и контрольной работы № 2 (по грунтоведению) приведены в табл. I, II, III. Номер варианта заданий для выполнения контрольных работ соответствует последней цифре шифра. Список основной рекомендуемой литературы, необходимой для выполнения контрольных работ, представлен в конце настоящих методических указаний. Кроме этого, в процессе выполнения контрольных работ рекомендуется пользоваться энциклопедиями, энциклопедическими словарями, определителями (горных пород и минералов), а также справочниками геологической направленности: геологическими, горными, инженерно-геологическими, гидрогеологическими, геокриологическими, 3

геоморфологическими, географическими, по основаниям и фундаментам и др. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1 (к изучению курса «Основы геологии») Задание 1. Выполнить описание п о р о д о о б р а з у ю щ и х м и н е р а л о в в следующем порядке: 1. Наименование и химическая формула. 2. Класс. 3. Блеск. 4. Цвет черты. 5. Спайность (форма выражения и количество направлений). 6. Твердость. 7. Цвет. 8. Излом. 9. Форма нахождения в природе. 10. Реакция с соляной кислотой (есть – в каких условиях реагирует, нет). 11. Прочие свойства. 12. Происхождение и условия образования. 13. Устойчивость к выветриванию. 14. Применение в народном хозяйстве, включая строительство. Задание 2. Выполнить описание г о р н ы х п о р о д в следующем порядке: 1. Наименование горной породы. 2. Происхождение. 3. Условия образования. 4. Структура. 5. Текстура. 6. Минеральный состав. 7. Особенные признаки. 8. Формы залегания. 9. Устойчивость к выветриванию. 10. Особенности использования в мелиоративном строительстве в качестве: • основания фундаментов инженерных сооружений; • среды для размещения инженерных сооружений; • материала для возведения инженерных сооружений; • минерального сырья для производства материалов и строительных конструкций. Задание 3. Выполнить описание о т л о ж е н и й и з г о р н ы х п о р о д по следующей схеме: генезис; условия образования; формы залегания и рельеф местности, характерные для образования данных отложений; 4

вещественный состав, состояние и свойства отложений; особенности использования в мелиоративном строительстве. Задание 4. Выполнить описание г е о л о г и ч е с к и х п р о ц е с с о в по следующей схеме: условия возникновения; приуроченность к конкретным видам горных пород; характеристики и параметры процессов; рельефообразующая роль процессов; особенности строительства и мероприятия по инженерной защите территорий от опасных процессов и явлений. Задание 5. Выполнить описание п о д з е м н ы х в о д по следующей схеме: стратиграфическая и генетическая приуроченность подземных вод к видам горных пород; области питания, распространения и разгрузки; режим (основные характеристики и параметры); использование подземных вод для хозяйственных целей; особенности строительства и мероприятия по инженерной защите сооружений от неблагоприятных воздействий подземных вод. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 2 (к изучению курса «Грунтоведение») Для выполнения этой контрольной работы необходимо по исходным данным, результатам лабораторных исследований дисперсных грунтов (параметры физического состояния и гранулометрический состав), вычислить основные классификационные и расчетные параметры грунтов: плотность сухого грунта, пористость, коэффициент пористости, коэффициент водонасыщения, число пластичности, показатель текучести. На основе вычисленных параметров и результатов определения гранулометрического состава грунтов необходимо выполнить их классификацию по ГОСТ 25100– 95 [4], а также определить для них нормативные и расчетные характеристики по СНиП 2.02.01–83* [5]. Рекомендуемое оформление этой контрольной работы приведено после описания порядка выполнения заданий. Исходные данные для выполнения этой контрольной работы – в табл. III. Задание 1. Выполнить строительную классификацию п е с ч а н ы х дисперсных грунтов: класс, группа, подгруппа, тип, вид, разновидности (по гранулометрическому составу, по плотности, по коэффициенту водонасыщения, по относительной деформации морозного пучения). На основе выполненной классификации песчаного грунта, по таблицам прил. 1 СНиП 2.02.01–83* интерполяцией определить нормативные значения величин прочностных и деформационных характеристик этого грунта. В соответствии с указаниями п. 2.13–2.16 СНиП 2.02.01–83* вычислить расчетные значения величин прочностных и деформационных характеристик этого грунта. 5

Задание 2. Выполнить строительную классификацию г л и н и с т ы х дисперсных грунтов: класс, группа, подгруппа, тип, вид, разновидности (по числу пластичности, по гранулометрическому составу и числу пластичности, по наличию включений, по показателю текучести, по относительной деформации морозного пучения). На основе выполненной классификации глинистого грунта, по таблицам прил. 1 СНиП 2.02.01–83*, интерполяцией определить нормативные значения величин прочностных и деформационных характеристик этого грунта. В соответствии с указаниями п. 2.13–2.16 СНиП 2.02.01–83* вычислить расчетные значения величин прочностных и деформационных характеристик этого грунта. Задание 3. Выполнить строительную классификацию к р у п н о о б л о м о ч н ы х дисперсных грунтов: класс, группа, подгруппа, тип, вид, разновидности (по гранулометрическому составу, по коэффициенту водонасыщения; по относительной деформации морозного пучения). Задание 4. Выполнить описание п о ч в, слагающих почвенный покров в районе проживания студента, по следующей схеме: генезис; генетические горизонты; основные виды; вещественный и минеральный состав; структура; текстура; свойства (характеристики и параметры); почвенные флора, фауна и плодородие. Кроме этого, необходимо выполнить описание мелиоративных мероприятий, которые традиционно выполняются для почв, расположенных в данных природных условиях.

Задания 1, 2, 3 «Классификация дисперсных грунтов (песчаных, глинистых, крупнообломочных) и определение параметров их механического состояния» (макет порядка выполнения и оформления) Исходные данные (нормативные параметры физического состояния грунтов и результаты определения гранулометрического состава) Нормативные параметры физического состояния дисперсных грунтов: 1) песчаный: ρS=……..г/см3, ρ=……г/см3, w=……%. Галька Гравий >10 10-7 7-5 5-3 3-2

...

... ...

... ...

Песчаная фракция 2-1 1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,10 0,10-0,05

...

...

...

...

...

Пыль 0,05-0,005

Глина <0,005

...

...

2) глинистый: ρS=……..г/см3, ρ=…....г/см3, w=…%, wP=…..%, wL=…..%.

Галька Гравий >10 10-7 7-5 5-3 3-2

...

... ... 6

... ...

Песчаная фракция 2-1 1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,10 0,10-0,05

...

...

...

...

...

Пыль 0,05-0,005

Глина <0,005

...

...

3) крупнообл.: ρS=……..г/см3, ρ=…г/см3, w=……%, wP=…..%, wL=…..%.

Галька Гравий >10 10-7 7-5 5-3 3-2

...

... ...

... ...

Песчаная фракция 2-1 1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,10 0,10-0,05

...

...

...

...

...

Пыль 0,05-0,005

Глина <0,005

...

...

Плотность сухого грунта (г/см3) ρd =ρ/(1+0,01w) – параметр, который используется в практике проектирования грунтовых сооружений (насыпи, плотины и др.) и грунтов обратных засыпок при выборе максимальной плотности грунтов. Классификационными параметрами песчаных грунтов являются: е=(ρS-ρd)/ρd – коэфициент пористости; Sr=(0,01wρS)/(eρW) – коэффициент водонасыщения, где ρW – плотность воды, равная 1,0 г/см3. Для глинистых грунтов аналогичными параметрами являются JP=wL-wP – число пластичности, %; JL =(w-wP)/(wL-wP) – показатель текучести. Кроме этого, в практике проектирования оснований инженерных сооружений часто используется значение пористости грунта (%) n =((ρS-ρd)/ ρS))100 %. Определение напряжений в грунтовых массивах от действия объемных сил (гравитация) производится с использованием значения удельного веса грунта (кН/м3) γ=ρg , где g – ускорение свободного падения, равное 10,0 м/с2 (в строительстве). Для водонасыщенных песчаных и крупнообломочных грунтов с песчаным заполнителем (Sr > 0,80) при вычислении значения удельного веса грунта учитывается взвешивающее действие воды γSW=(γSγW)/(1+e), где γS=ρSg и γW=ρWg (удельный вес частиц грунта и воды соответственно). Все результаты вычислений с необходимой для выполнения классификации дисперсных грунтов точностью для соответствующих параметров (0.01 г/см3, 0.01, 0.1 %, 0.1 кН/м3) заносятся в табл. 1. Таблица 1 Классификационные и другие параметры дисперсных грунтов Вид грунта

ρd , г/см3

е

n, %

Sr

JP , %

JL

γ, кН/м3

γSW , кН/м3

Песчаный Глинистый Крупнообл.

Классификация дисперсных грунтов выполняется по ГОСТ 25100–95. Разновидности грунтов выделяются по прил. Б этого документа. Для песчаных грунтов определяются следующие разновидности: по гранулометрическому составу с использованием результатов его определения (п. 2.1, табл. Б.10); по коэффициенту водонасыщения (п. 2.9, табл. Б.17); по коэффициенту пористости (п. 2.10, табл. Б.18); по относительной деформации морозного пучения (п. 2.19, табл. Б.27). 7

Для глинистых грунтов определяются следующие разновидности: по числу пластичности (п. 2.3, табл. Б.11); по гранулометрическому составу и числу пластичности (п. 2.4, табл. Б.12); по наличию включений размером более 2 мм (п. 2.5, табл. Б.13); по показателю текучести (п. 2.6, табл. Б.14); по относительной деформации морозного пучения (п. 2.19, табл. Б.27). Для крупнообломочных грунтов определяются следующие разновидности: по гранулометрическому составу с использованием результатов определения гранулометрического состава (п. 2.1, табл. Б.10, см примечание к таблице); по коэффициенту водонасыщения (п. 2.9, табл. Б.17); по относительной деформации морозного пучения (п. 2.19, табл. Б.27). Результаты выполненной классификации дисперсных грунтов заносятся в табл. 2. Таблица 2 Результаты классификации дисперсных грунтов Класс

Группа

Подгруппа

Тип

Вид Пески Глинистые Крупнообл.

Разновидности

Для предварительных расчетов оснований, а также для окончательных расчетов оснований зданий и сооружений II и III классов допускается определять нормативные Хn и расчетные параметры ХI и ХII механического состояния (прочностные и деформационные) по их физическим характеристикам с использованием таблиц прил. 1 СНиП 2.02.01–83* «Основания зданий и сооружений» (см. примечания к таблицам). Нормативные значения прочностных и деформационных характеристик песчаных грунтов допускается определять по табл. 1 прил. 1; глинистых грунтов – по табл. 2 прил. 1 (прочностные характеристики) и табл. 3 прил. 1 (модуль деформации) СНиП 2.02.01–83*. Аналогичные значения характеристик для к р у п н о о б л о м о ч н ы х грунтов в учебных целях допускается определять как для г р а в е л и с т ы х песков. Для …………………… песка при e=…… значения нормативных прочностных и деформационных характеристик равны: сn=…..кПа, ϕn=…..°, Е=…..МПа. Для аллювиального, четвертичного возраста (аQIV) глинистого грунта …………………… при JL=..… и e=…… значения нормативных прочностных и деформационных характеристик равны: сn=…..кПа, ϕn=…..°, Е=…..МПа. Для …………………… грунта при e=…… значения нормативных прочностных и деформационных характеристик равны: сn=…..кПа, ϕn=…..°, Е=…..МПа. Коэффициент относительного поперечного расширения (Пуассона) грунтов ν допускается принимать по п. 10 прил. 2 СНиП 2.02.01–83*. Все расчеты оснований по предельным состояниям должны выполняться с использованием расчетных значений характеристик грунтов Х (ХI по I 8

предельному состоянию: по прочности, несущей способности и устойчивости; ХII по II предельному состоянию: по деформациям), определяемых по формуле (п. 2.13 СНиП 2.02.01–83*) Х= Хn /γg , где Хn – нормативное значение характеристики (удельного веса, удельного сцепления, угла внутреннего трения); γg – коэффициент надежности по грунту, определяемый по п. 2.16 СНиП 2.02.01–83 (зависит от изменчивости характеристики, числа ее определения и значения доверительной вероятности). Для определения расчетного значения удельного веса значения коэффициента надежности можно принять равными 1,2 и 1,0 для расчета по I и II предельным состояниям соответственно. Все результаты определений заносятся в табл. 3. Таблица 3 Расчетные значения параметров физико-механического состояния дисперсных грунтов Вид грунта

ν

I пред. состояние cI, γI, ϕI,° 3 кПа кН/м

II пред. состояние cII, ϕII,° γII, 3 кПа кН/м

Список литературы 1. Ананьев В. П., Потапов А. Д. Основы геологии, минералогии и петрографии: Учеб. для вузов. – М.: Высш. шк., 1999. – 303 с. 2. Ананьев В. П., Потапов А. Д. Инженерная геология: Учеб. для строит. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 2000. – 511 с. 3. Безрук В. М. Геология и грунтоведение. – М.: Недра, 1977. – 256 с. 4. ГОСТ 25100–95. Грунты. Классификация. - М.: Изд-во стандартов, 1996. – 29 с. 5. СНиП 2.02.01–83*. Основания зданий и сооружений / Госстрой СССР. – М.: Стройиздат, 1985. – 40 с.

9

Приложение Таблица I Исходные данные к контрольной работе № 1 (задания 1, 2) Варианты Минералы 0 Кварц, каолинит, амфиболы 1 Плагиоклазы, слюды, пироксены 2 Ортоклазы, монтмориллонит, серицит 3 Роговая обманка, кальцит, гранат 4 Авгит, доломит, пирит 5 Халцедон, гипс, микроклин 6 Кремень, ангидрит, лабрадор 7 Биотит, опал, тальк 8 Мусковит, лимонит, хлорит Нефелин, магнезит, серпентин

9

Горные породы Граниты, глины, гнейсы Диориты, суглинки, амфиболиты Сиениты, супеси, глинистые сланцы Габбро, песчаники, кварциты Базальты, аргиллиты, зеленые сланцы Диабазы, алевролиты, яшмы Порфиры, известняки, мраморы Порфириты, мергели, слюдяные сланцы Андезиты, конгломераты, кристаллические сланцы Трахиты, диатомиты, серпентиниты

Таблица II Исходные данные к контрольной работе № 1 (задания 3, 4, 5) Варианты 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

Отложения горных пород Морские Озерные Речные Болотные Элювиальные Пролювиальные Делювиальные Ледниковые Эоловые Водно-ледниковые

Геологические процессы, явления Оползни Оврагообразование Просадочные явления Карст Заболачивание Мерзлотные процессы Землетрясения Обвалы, осыпи Выветривание Суффозия

Типы подземных вод Верховодка Карстовые Трещинные Грунтовые Капиллярные Межпластовые Техногенные Мерзлотные Гравитационные Почвенные

Таблица III Исходные данные для выполнения контрольной работы № 2 – результаты лабораторных испытаний по определению зернового (гранулометрического) состава и параметров физического состояния грунтов Номер вар иан та 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11

Виды грунта

Песчаный грунт Песчаный грунт Песчаный грунт Песчаный грунт Песчаный грунт Песчаный грунт Песчаный грунт Песчаный грунт Песчаный грунт Песчаный грунт Глинистый грунт Глинистый грунт Глинистый грунт Глинистый грунт Глинистый грунт Глинистый грунт Глинистый грунт Глинистый грунт Глинистый грунт Глинистый грунт Крупнообломочный Крупнообломочный Крупнообломочный Крупнообломочный Крупнообломочный Крупнообломочный Крупнообломочный Крупнообломочный Крупнообломочный Крупнообломочный

Параметры физического состояния W, W L, WP, ρS, ρ, г/см3

г/см3

%

%

%

Галька больше 10.0

2,70 2,64 2,65 2,64 2,65 2,75 2,65 2,64 2,64 2,65 2,67 2,66 2,72 2,66 2,70 2,75 2,65 2,72 2,75 2,66 2,66 2,65 2,68 2,65 2,63 2,67 2,66 2,64 2,71 2,67

2,11 2,03 1,82 2,01 1,99 1,98 2,01 1,90 2,01 2,03 2,02 2,03 1,96 2,00 1,91 1,96 2,04 2,05 2,05 2,05 1,93 1,92 2,04 1,95 2,01 1,95 1,98 2,01 2,02 1,97

20,0 23,0 10,0 16,0 25,0 23,0 23,0 10,0 14,0 23,0 24,0 23,0 17,2 18,0 24,0 28,0 22,0 23,0 23,0 18,0 20,0 8,0 16,0 19,0 17,8 16,9 26,0 23,0 20,0 25,0

35,0 28,0 19,1 30,2 29,0 46,0 25,0 40,0 44,0 21,0 43,0 57,0

20,0 18,0 14,7 15,5 22,0 26,0 18,0 22,0 19,0 15,0 22,0 26,0

6 6 18 11 16 26 10 51 2 3 54 2 52 50

Результаты определения зернового состава (размер фракций, мм) Гравийная фракция Песчаная фракция Пыль 10-7 7-5 5-3 3-2 2-1 1-0,5 0,50,25- 0,1- 0,050,25 0,10 0,05 0,005 10 1 2 2 1 2 1 12 17 20 6 18 12 12 20 1

2 6 1 1 2 2 2 2 2 1 26 22 18 7 23 4 27 18 9

12 6 1 2 1 1 2 3 8 1 2 17 22 18 22 3 17 4 21 22 2

2 8 8 10 8 10 31 9 9 12 4 4 1 2 4 16 2 10 10 10 2 8 8 6 8 10 8 8

32 2 2 12 8 16 24 12 40 9 6 2 5 1 3 5 8 12 6 6 8 9 3 10 8

14 32 36 8 12 10 12 14 6 13 2 4 5 1 2 2 5 3 2 4 2 6 2 7 7 5

22 10 16 12 10 12 15 33 12 45 2 2 6 2 1 7 4 2 6 2 3 3 1

4 10 12 38 10 5 2 5 16 7 2 4 2 10 10 5 1 10 2 8 2 7 2 7 3 1

4 12 8 8 31 15 8 9 5 6 19 16 10 10 10 10 5 1 7 16 5 3 2 8 7 3 2 -

18 8 12 11 17 28 5 5 8 7 48 38 49 36 27 70 31 22 72 50 5 7 9 9 10 7 7 7 5

Глина меньше 0,005 2 1 2 2 2 1 2 1 13 14 11 14 33 10 39 38 11 10 1 1 1 1 -

ГЕОЛОГИЯ И ГРУНТОВЕДЕНИЕ Методические указания к выполнению контрольных работ № 1–2 для студентов специальности 310900 «Землеустройство» заочной формы обучения

Николай Иванович Горшков

Главный редактор Л. А. Суевалова Редактор Е. Н. Ярулина Компьютерная верстка Н. И. Горшкова,Е. Н. Ермишко

Подписано в печать 20.06.02. Формат 60х84 1/16. Бумага писчая. Гарнитура «Таймс». Печать офсетная. Усл. печ. л. 0,7. Уч.-изд. л. 0,6. Тираж 150 экз. Заказ С 109. Издательство Хабаровского государственного технического университета. 680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136. Отдел оперативной полиграфии издательства Хабаровского государственного технического университета. 680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136.