Сжимаемость.
Глинистые породы под влиянием нагрузки деформируются не разрушаясь. Свойства деформации характеризуются модулем деформации, коэффициентом Пуассона, коэффициентами сжимаемости и консолидации, модулями сдвига и объемного сжатия.
Деформационные свойства дисперсных грунтов определяются их сжимаемостью под нагрузкой, обусловленной смещением частиц относительно друг друга и соответственно уменьшением объема пор, вследствие деформации частиц породы, воды, газа.
При определении сжимаемости грунтов различают показатели, характеризующие зависимость конечной деформации от нагрузки и изменение деформации грунта во времени при постоянной нагрузке. К первой характеристике показателей относятся коэффициент уплотнения, коэффициент компрессии, модуль осадки, ко второй – коэффициент консолидации.
Сцепление. Сопротивление грунтов сдвигу – их важнейшее прочностное свойство, знание которого необходимо для решения инженерно-геологических задач. Под действием некоторой внешней нагрузки в определенных зонах грунта связи между частицами разрушаются, и происходит смещение одних частиц относительно других – грунт приобретает способность неограниченно деформироваться под данной нагрузкой. Разрушение грунта происходит в виде перемещения одной части массива относительно другой.
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ
В процессе проведения инженерно-геологических изысканий изучению подлежат грунты как основания, среда или материал будущих сооружений, заключенные в грунтах подземные воды, различные физико-геологические процессы во всех формах их проявления.
1. БУРОВЫЕ РАБОТЫ.
Наиболее трудоемким, дорогостоящим и длительным по времени видом работ при инженерно-геологических изысканиях являются буровые работы.
1.1. Назначение буровых работ.
К буровым работам относятся сооружение скважин инженерно-геологического назначения любого диаметра и глубины, которое осуществляется преимущественно механическим способом. Сооружение скважин помимо основного процесса – бурения скважин – включает в себя ряд вспомогательных работ: планировка площадки, монтаж и демонтаж вышки или мачты и другого бурового оборудования, приготовление промывочного агента, погружение и извлечение обсадных труб и др.
Под буровой скважиной понимается горная выработка, имеющая цилиндрическую форму и значительную длину при сравнительно малом диаметре. При инженерно-геологических изысканиях отношение длины к диаметру находится в пределах 0,2 – 0,001.
Буровые скважины на изысканиях проходятся для изучения геологического разреза, отбора образцов грунта с целью определения его состава, состояния и физико-механических свойств.
Задачи, решаемые с помощью бурения, определяют ряд специфических требований к этому процессу. Эти требования существенно отличаются от поисков и разведки полезных ископаемых, изучения и освоения подземных вод.
Сопоставляя геологоразведочное и инженерно-геологическое бурение, необходимо отметить, что техническая база для них общая. Однако, располагая общей технической базой, инженерно-геологическое и геологоразведочное бурение преследуют различные цели и решают различные задачи. Эти различия сводятся к следующему.
Объектом инженерно-геологического бурения является верхняя часть земной коры, находящаяся в зоне взаимодействия с инженерными сооружениями, для проектирования которых и осуществляется это бурение. Средняя глубина инженерно-геологических скважин составляет 10-15 метров. При геологоразведочном бурении средняя глубина скважин на порядок выше. Поэтому основной объем инженерно-геологического бурения осуществляется в нескальных грунтах, геологоразведочного – в скальных.
Образцы (керн), извлеченные в процессе геологоразведочного бурения, изучаются в основном с точки зрения их состава, при инженерно-геологическом бурении в равной мере является важным состав поднятых образцов, их состояние и свойства.
Перечисленные особенности предъявляют к технологии бурения инженерно-геологических скважин дополнительные требования. В результате инженерно-геологического бурения необходимость определения показателей состава, состояния и свойств массива грунта определяет широкое применение грунтоносов для отбора монолитов, что совершенно нехарактерно для геологоразведочного бурения. Сравнительно небольшая глубина при инженерно-геологическом исследовании делает возможным применение здесь методов зондирования, которые принципиально не отличаются от бурения. При геологоразведочных работах эти методы практически не применяются.
Основными требованиями к скважинам инженерно-геологического назначения являются: 1) получение исчерпывающих сведений о геологическом и гидрогеологическом строении исследуемых территорий, 2) получение достаточных и достоверных данных о физико-механических свойствах грунтов, 3) обеспечение возможности производства опытных работ с должным качеством как в процессе, так и по окончании бурения.
К наиболее важным особенностям инженерно-геологических скважин могут быть отнесены следующие:
· небольшая глубина (определяется видом проектируемого сооружения и геологическими условиями);
· незначительное различие в диаметрах скважин; диаметр скважин определяется только видом и характером опробования;
· из скважин производится непрерывный отбор керна, при этом должен обеспечиваться 100%-ный выход керна;
· из скважин должен производится непрерывный или поинтервальный отбор образцов (монолитов) грунта со сложением, близким к природному;
· в скважинах проводятся различные опытные работы, которые по времени бывают более продолжительные, чем сам процесс бурения;
· по завершении работ в обязательном порядке должен производится тампонаж скважин с целью ликвидации искусственных каналов и пустот для циркуляции грунтовых вод;
· чрезвычайное разнообразие условий бурения скважин, разбросанность объектов изысканий.
Это особенности являются необходимыми исходными предпосылками при разработке специализированных технических средств, технологических приемов бурения и организации буровых работ.
1.2. Типовые конструкции инженерно-геологических скважин.
Требования к конструкции инженерно-геологических скважин состоят в следующем:
1) конструкции скважин должны отвечать современному состоянию производства изысканий и возможному их техническому прогрессу. В частности, следует учитывать более широкие применения в изысканиях полевых методов, возможное совершенствование техники и технологии отбора монолитов за счет внедрения нормального ряда грунтоносов, более широкое использование каротажных методов, нового опытно-фильтрационного оборудования.
2) конструкции скважин должны учитывать существующие нормативно методические документы (стандарты, СНиПы, инструкции, указания и рекомендации). В соответствии с ГОСТ 12071-72 должны использоваться грунтоносы с внутренним диаметром не менее 90мм. Следовательно, диаметр скважин, предназначенных для отбора монолитов, должен быть не менее 127 мм. В соответствии с ГОСТ 12374-77 площадь штампа для испытаний грунтов статической нагрузкой должна быть равна 600см2. поэтому минимальный диаметр скважин для производства таких испытаний должен быть не менее 325мм.
3) конструкции скважин должны учитывать современное техническое оснащение изысканий буровыми станками и другим оборудованием.
4) конструкции скважин должны учитывать возможность применения прогрессивных способов бурения.
1.3. Классификация буровых скважин.
Основная задача классификации состоит в обоснованном и рациональном выделении таких групп скважин, которые требуют единых технических способов и средств для их проходки, методов и средств их опробования.
На выбор конструкции скважины, способа бурения, типа бурового станка, инструмента и режима проходки скважины решающее влияние оказывают следующие основные факторы:
- назначение буровых скважин;
- проектная глубина бурения;
- крепость пород и их устойчивость против обрушения стенок;
- географические условия проведения буровых работ.
Назначение буровых скважин.
По назначению скважины подразделяются на а) зондировочные, б) разведочные, в) гидрогеологические, г) специального назначения.
Назначение инженерно-геологических скважин, их диаметры и правила отбора образцов представлены в таблице.№1
| Тип скважин по назначению | Диаметр скважины, мм | Назначение скважины | Цель отбора образцов и виды работ в скважинах | Правила отбора образцов при бурении |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
Зондировочные | 33-127 | Для предварительного изучения геологического разреза, для установления границ между нескальными и скальными грунтами, границ распространения насыпных и заторфованных грунтов, а также границ залегания мерзлых грунтов, для определения уровня грунтовых вод и др.Зондировочные скважины являются преобладающими на начальных этапах изысканий. | Ориентировочная геологическая документация. Опытные работы в скважинах, как правило, не производятся. | Образцы нарушенного сложения отбираются непрерывно или через определенные интервалы. |
Разведочные | 108-219 | Для детального изучения геологического разреза. | Образец грунта (керн), извлекаемый из скважины, служит для определения всех особенностей геологического разреза: последовательности в залегании слоев грунта, их мощности и положения контактов, структурных и текстурных особенностей грунта (слоистость, отдельность, дисперсность, тип структуры, наличие примазок, гнезд, включений, тонких слабых прослоев), плотности и консистенции грунта. Производятся простые по трудоемкости и непродолжительные по времени инж.-геологические опытные работы. | Образцы нарушенного сложения отбираются непрерывно. Допускается отбор образцов через определенные интервалы (при большом числе скважин на площадке). |
| Тип скважин по назначению | Диаметр скважины, мм | Назначение скважины | Цель отбора образцов и виды работ в скважинах | Правила отбора образцов при бурении |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
Технические | 127-325 | Технические скважины являются разновидностью разведочных. Основное их назначение заключается в отборе образцов грунта с ненарушенным природным сложением (отбор монолитов). К техническим также относятся скважины, в которых производятся трудоемкие и продолжительные по времени опытные работы (штамповые опыты, испытания на срез и др.). | Определение физико-механических свойств. | Монолиты отбираются по всему интервалу бурения либо с определенных участков. Опытные работы проводятся на предусмотренных заданием интервалах скважины. |
Гидрогеологические | 108-426 | Для изучения геологического и гидрогеологического разреза, но главным образом для изучения фильтрационных свойств грунтов. | Ориентировочная геологическая документация. Опытные работы – в основном откачки, наливы, нагнетания воды, воздуха. | Образцы нарушенного сложения отбираются через определенные интервалы.Опытные работы производятся после окончания бурения скважины. |
Специального назначения | 600-2000 | Для проведения специальных работ в скважинах, а также для обеспечения возможности спуска в них человека. К этой группе скважин относятся также выработки, характер опытных работ в которых требует использования специального оборудования или особой технологии для их проходки. | Определение физико-механических свойств грунтов. В скважинах данной группы чаще всего ставятся штамповые опыты, испытания на сдвиг, отбираются монолиты большого размера. | Правила отбора образцов определяются специальными требованиями. |
Глубина скважин.