Нұсқаулар Методические указания к изучению дисциплин Геотехника 1, Геотехника 2 для студентов специальности

Таблица 1.1 – Выписка из учебного плана

Геотехника – сравнительно новое понятие, охватывающее в настоящее время такие науки, как инженерная геология, механика скальных пород, механика грунтов, на которых базируется фундаментостроение.

Геотехника 1 обычно входит в перечень обязательных дисциплин, овладение которых определяет квалификацию и академическую степень бакалавра по специальности 050729 «Строительство».

Целью преподавания дисциплины является овладение основами теоретических и практических знаний в области инженерной геологии применительно к инженерно-строительному делу. Это позволит правильно оценивать инженерно-геологические условия строительной площадки, прогнозировать процессы и явления, возникшие при взаимодействии сооружений с природой обстановкой и поведение грунтов под действием нагрузок; степень устойчивости грунтовых массивов; улучшать строительные качества грунтовых оснований.

Задачей изучения дисциплины является применение этих знаний для решения практических вопросов при анализе геологических условий и выборе основания здания и сооружения, сборе исходных материалов для решения задач механики грунтов и фундаментостроения.

По окончании изучения данной дисциплины студенты должны знать:

Математика 1; Архитектура 1; Инженерная механика.

Геотехника 2; Строительные конструкции 1,2; Технология строительного производства 1; Строительные машины и оборудование 1; Экономика и менеджмент в строительстве 1; Технология и организация ремонтно-строительных работ; Обследование, испытание и реконструкция зданий и сооружений.

1.3 Краткое описание дисциплины

В процессе изучения дисциплины будущий специалист должен получить знания о горных породах и основных породообразующих минералах, процессах внутренней и внешней динамики Земли, основах гидрогеологии, природных геологических и инженерно-геологических процессах и явлениях, в частности, связанных со строительством и эксплуатацией сооружений.

Введение

1 Основы геологии

2 Минералы

3 Горные породы

4 Эндогенные процессы

5 Экзогенные процессы

6 Основы гидрогеологии

7 Основы грунтоведения

1.5 Список рекомендуемой литературы

1 Ананьев В.П., Потапов А.Д. Инженерная геология.

– М. : Высшая школа, 2002. – 511 с.

2 Ананьев В.П., Передельский Л.В. Инженерная геология и гидрогеология. – М. : Высшая школа, 1980. – 271 с.

3 Маслов Н.Н., Котов М.Ф. Инженерная геология. – М. : Изд-во по строительству, 1971. – 341 с.

4 Пешковский А.М., Перескокова Т.М. Инженерная геология.

– М. : Высшая школа, 1982. – 391 с.

Дополнительная

5 Белый Л.Д. Инженерная геология. – М. : Высшая школа, 1985. – 231 с.

6 Добров Э.М. Инженерная геология: учебное пособие.

– М. : Издательский цент «Академия», 2008. – 224 с.

7 Павлинов В.Н и др. Пособие к лабораторным занятиям по

общей геологии. – М. : Недра. - 149 с.

8 Передельский Л.В., Приходченко О.Е. Инженерная геология : учебник. – Ростов н/Д: Феникс, 2006. – 448 с.

9 Сергеев Е.М. Инженерная геология. – М. : МГУ, 1978. – 228 с.

10 Чернышев С.Н. и др. Задачи и упражнения по инженерной геологии. – М. : Высшая школа, 2001. – 254 с.

2 Методические указания к изучению Геотехники 1

Введение

Содержание темы. Основные понятия и определения. Состав курса и его связь с другими дисциплинами. Основные задачи курса и особенности их решения. Краткий исторический обзор развития наук о инженерной геологии, гидрогеологии и грунтоведения. Значение курса в современном строительстве.

2.1 Основы геологии

Содержание темы. Гипотезы происхождения Земли. Физические свойства и строение Земли. Состав земной коры. Гравитация и тепловой режим Земли. Геосферы, их взаимодействие.

Рекомендации по изучению темы. При изучении этой темы необходимо рассмотреть строение Земли как сложного тела, состоящего из ряда геосфер, резко отличающихся по составу и свойствам. При этом особое внимание следует обратить на строение и состав земной коры – литосферы как среды жизни и деятельности человека.

Необходимо получить представление о тепловом режиме Земли (об изменении температуры по мере увеличения глубины) и влиянии изменения этого режима на условия строительства в различных климатических зонах.

2 Какие существуют современные представления об образовании и строении Земли?

3 Назовите основную гипотезу происхождения Земли?

4 Состав и строение геосфер. Объясните их взаимодействие между собой.

5 Каково строение земной коры? Чем отличается океанический

тип земной коры от континентального?

6 Назовите основные физические свойства Земли.

7 Какими источниками обеспечивается тепловой режим Земли?

8 Как изменяется тепловой режим Земли по глубине и какие показатели его характеризуют?

9 Какое практическое значение имеет изучение теплового режима в приповерхностных частях земной коры?

Необходимо рассмотреть процессы образования, строение и свойства основных породообразующих минералов, от которых в значительной мере зависят и свойства горных пород.

2 Что лежит в основе современной классификации породообразующих минералов?

3 Дайте схематическую классификацию минералов по их химическому составу.

4 По каким физическим свойствам и внешним признакам определяют минералы? Охарактеризуйте основные породообразующие минералы.

Студенту надо ознакомиться с методами определения относительного и абсолютного возраста горных пород, с помощью которых была составлена геохронологическая шкала (возрастных единиц, выделяемых в ней, условных обозначений, индексов и т.д.), что позволит понять геологические и инженерно-геологические карты и разрезы.

2 Что такое абсолютный и относительный возраст горных пород и какие методы существуют для его определения?

3 На какие эры, периоды и эпохи делится история земной коры? Какова их продолжительность?

4 Как классифицируется горные породы по условиям образования?

5 Как подразделяют магматические горные породы по условиям образования и кислотности (по содержанию SiO₂)? Назовите представителей глубинных и излившихся пород и охарактеризуйте их минералогический состав, структурно-текстурные особенности, физико-механические свойства. Объясните зависимость состава и свойств пород от условий образования. Каковы формы залегания магматических пород?

6 Как образуются осадочные породы? Назовите представителей пород обломочного, химического и смешанного происхождения. Охарактеризуйте их минералогический состав, структурно-текстурные особенности, физико-механические свойства и объясните зависимость состава от происхождения пород. Каковы формы залегания осадочных пород?

7 Как образуются метаморфические горные породы? Назовите породы контактного и регионального метаморфизма и охарактеризуйте их минералогический состав, структурно-текстурные особенности и физико-механические свойства.
2.4 Эндогенные процессы

Содержание темы. Эндогенные процессы – процессы внутренней динамики Земли. Понятие о магматизме. Виды магматизма. Тектонические движения земной коры и формы дислокаций горных пород. Сейсмические явления. Виды землетрясений и сейсмических волн. Оценка силы землетрясений. Принципы учета влияния землетрясений на устойчивость грунтовых массивов, зданий и сооружений. Метаморфизм. Типы метаморфизма.

Рекомендации по изучению темы. При изучении этого раздела следует понять, что земная кора состоит из различных по форме, прилегающих друг к другу тел, сложенных разными горными породами. Основами структурными элементами земной коры являются платформы и геосинклинали. Студент должен четко уяснить различия в их строении и развитии.

При рассмотрении форм залегания горных пород (структурных форм) необходимо помнить, что первичные структурные формы (слой, пласт и т.д.) образуются одновременно с образованием горных пород, а вторичные – возникают в результате деформации первичных структурных форм. Особое внимание следует обратить на изучение разнообразных форм складчатых и разрывных дислокаций и влияние их на условия строительства различных сооружений.

При изучении этой темы следует понять значение тектонических процессов в формировании крупнейших форм рельефа Земли, в возникновении землетрясений, разрывных и складчатых нарушений в массивах горных пород. Необходимо уяснить различия в строении земной коры в пределах платформ, геосинклиналей и связанную с этим различную интенсивность появления тектонических движений.

При рассмотрении новейших и современных тектонических движений следует оценить их влияние на развитие геологических процессов и устойчивость сооружений.

Студент должен ознакомиться с двумя видами магматизма в земной коре и сравнить интенсивность проявления этих процессов в пределах платформ и геосинклиналей.

При изучении землетрясений необходимо получить представление об их энергии, о приуроченности их к определенным геологическим структурам. Студенту следует разобраться в принципах сейсмического районирования и особое внимание обратить на инженерно-геологические критерии для оценки сейсмического районирования в равнинных и горно-складчатых областях.

2 Какие движения земной коры относятся к тектоническим?

3 Объясните различия в строении земной коры в пределах платформ и геосинклиналей.

4 Каковы формы залегания осадочных пород? Охарактеризуйте различные виды несогласий.

5 Каковы формы залеганий магматических горных пород?

6 Каковы формы залеганий метаморфических горных пород?

7 Какие основные типы складок встречаются в земной коре и их влияние на условия строительства?

8 Перечислите формы разрывных дислокаций и охарактеризуйте их влияние на условия строительства в районах их развития.

9 Какие движения земной коры приводят к возникновению

разрывных и складчатых нарушений в ней?

10 Что такое магматизм? В каких структурных элементах земной коры он наблюдается?

11 Различия в характере тектонических движений и магматизме в различных структурах земной коры (платформах и геосинклиналях).

12 Перечислите и охарактеризуйте виды землетрясений. К каким геологическим структурам они обычно приурочены?

13 Каково воздействие продольных, поперечных и поверхностных волн на горные породы и сооружения?

14 Как определяют сейсмическое ускорение, коэффициент сейсмичности и балльность землетрясения?

15 Влияние рельефа местности, состава пород, условий залегания и обводненности их на силу землетрясения.

16 Какие мероприятия необходимы при строительстве в сейсмически активных районах?
2.5 Экзогенные процессы

Содержание темы. Экзогенные процессы – процессы внешней динамики Земли. Виды выветривания горных пород и его значение. Элювий. Характеристика процесса. Эоловые отложения: дюны, барханы. Лессы, их образование и строительные свойства. Солончаки, их происхождение и распространение. Делювиальные процессы и их роль в развитии оползневых явлений. Пролювий. Аллювиальные отложения. Эрозионная деятельность рек. Строение речных долин. Характеристика речных террас. Борьба с эрозией рек. Геологическая деятельность ледников. Ледниковые образования-морены и флювиогляциальные отложения. Движение горных пород на склонах и в строительных котлованах. Характеристика осыпей, курумов и обвалов. Оползни, сели, лавины. Причины возникновения и формы нарушения устойчивости склонов и откосов. Противодеформационные мероприятия. Явления суффозии и карста. Горные породы, подверженные карстовым и суффозионным процессам. Карстовые формы – кары, воронки, пещеры. Особенности строительства в карстовых и суффозионных районах. Плывуны. Их характеристика и виды. Борьба с плывунами. Процессы на застроенных и подрабатываемых территориях, связанные с эксплуатацией зданий и сооружений: подтопление, просадки, суффозионно-карстовые провалы, термокарстовые провалы, повышение агрессивности подземных вод в связи с повышением температуры и химическим загрязнением.

Рекомендации по изучению темы. При изучении этой темы следует ознакомиться с классификацией экзогенных геологических процессов, рассмотреть зависимость их видов и интенсивности от типов пород, подземных вод, рельефа и других условий. Особое внимание следует обратить на гравитационные явления на склонах (оползни, обвалы), имеющие, как правило, катастрофический характер. Необходимо получить представление о классификации оползней, об основных факторах и поводах для их возникновения, мероприятиях по борьбе с ними. Эти знания помогут правильно прогнозировать вероятность возникновения оползней в конкретных условиях природного склона или искусственного откоса.

Следует уяснить исключительно важную роль подземных вод в возникновении таких геологических процессов, как суффозия, карст, плывунность и просадки лессовых пород.

Необходимо знать, что воздействие гидродинамического давления потока подземных вод на природные склоны, борта карьеров и откосы котлованов не только уменьшает их устойчивость, но и в определенных случаях приводит к суффозии – механическому выносу потоком подземных вод мелких частиц, образованию пустот, вследствие чего еще более нарушается устойчивость склона.

При изучении карста – процесса химического растворения горных пород и образования пустот – надо особое внимание обратить на условия, факторы и различную скорость развития этого процесса в карбонатных, сульфатных и соляных породах.

Следует ознакомиться с методами оценки устойчивости территории в карстовых районах.

Необходимо разобраться в природе плывунного состояния песчаных и глинистых грунтов. Важно уяснить роль гидродинамического давления в формировании ложных плывунов, состава грунта и биогенного фактора в образовании истинных (тиксотропных) плывунов.

Студент должен детально рассмотреть такие часто встречающиеся при строительстве инженерно-геологические процессы, как уплотнение грунта в основании сооружений; просадочные явления в лессовых породах в следствие утечек воды из водопроводов, канализации и другие.

При изучении просадочных лессовых пород наряду с выяснением природы этого явления следует особое внимание обратить на их развитие при различных видах обводнения пород, возведении сооружений, строительных работах и хозяйственном использовании территорий. Необходимо ознакомиться с основными направлениями по борьбе с просадочностью лессовых пород (предварительное замачивание, обжиг, силикатизация, механическое уплотнение и т.д.).

Надо рассмотреть, на процессы, связанные с сезонным промерзанием и оттаиванием. Необходимо ознакомиться с особенностями строительства в этих районах.

Следует четко усвоить, что для нормальной эксплуатации и сохранности сооружений необходим правильный количественный прогноз возможного развития инженерно-геологических процессов и что недоучет влияния этих процессов крайне опасен и очень часто вызывает разрушение сооружений. Студенту необходимо ознакомиться с существующими современными мероприятиями, исключающими или уменьшающими вредные воздействия иженерно-геологических процессов при строительстве и эксплуатации различных сооружений

2 Перечислите меры борьбы с обвалами и осыпями.

3 Какие причины необходимы для возникновения суффозии? Мероприятия по борьбе с суффозией.

4 Что является причиной просадочности лессовых пород? Какие существуют методы определения просадочности лессовых пород и какими показателями она количественно оценивается? Основные мероприятия по борьбе с просадочностью лессовых пород.

5 Что такое карст? Причины возникновения и условия развития карста в различных геологических условиях.

6 Назовите причины возникновения плывунного состояния грунтов. Чем отличаются истинные плывуны от ложных? Мероприятия по борьбе с плывунами.

7 Какие характерные геологические процессы и явления происходят в областях развития многолетнемерзлых пород? Особенности их влияния на инженерные сооружения.

8 Объясните различия между геологическими и инженерно-геологическими процессами.

9 Уплотнение пород в основании сооружений. Мероприятия по улучшению прочностных свойств слабых пород.

10 От каких факторов зависит скорость переработки берегов водохранилищ? Мероприятия по борьбе с этим инженерно-геологическим процессом.

11 Движение горных пород при подземных работах. Влияние геологического строения на развитие этого процесса. Основные методы борьбы со сдвижением горных пород.

12 Мерзлотные деформации пород в основании сооружений и мероприятия по борьбе с ними.

Динамика подземных вод. Основной закон фильтрации. Понятие о коэффициенте фильтрации, напорном градиенте и скорости движения воды. Общие сведения о плоском и радиальном потоке. Производительность плоского потока ненапорных вод в однородных пластах при горизонтальном и наклонном водоупорах. Приток воды к совершенной и несовершенной скважине, заложенной в ненапорных и напорных водах. Понятие об одиночной и кустовой откачках. Полевые и лабораторные определения коэффициента фильтрации грунтов. Взаимодействующие скважины. Дренажи.

В результате взаимодействия подземных вод и горных пород в основании сооружений происходит изменение физико-механических свойств пород, как правило, приводящее к уменьшению их прочности. Подземные воды являются одной из причин, вызывающей такие геологические процессы, как просадки лессовых пород, пучение, оползни, карст, суффозию и т.д., в районах развития которых строительство сооружений связано со значительными трудностями.

Следует изучить виды воды, содержащиеся в грунтах в зонах аэрации и насыщения, и их влияние на физико-механические свойства горных пород.

Необходимо уяснить условия образования различных типов подземных вод и особенности их режима, причем особое внимание следует обратить на верховодку и грунтовые воды. Подземные воды первых от поверхности водоносных горизонтов чаще всего влияют на инженерно-геологические условия местности.

Следует ознакомиться с методами стационарных наблюдений за режимом подземных вод, а также с составленными на основании этих наблюдений картами гидроизогипс, гидроизопьез, гидроизобат, с помощью которых можно устанавливать направление и скорость движения подземных вод, глубину их залегания и другие параметры водоносных горизонтов.

Необходимо также рассмотреть вопросы, посвященные химическому составу подземных вод, их жесткости и агрессивности.

В процессе изучения динамики подземных вод необходимо получить представление о коэффициенте фильтрации как основном показателе, характеризующем степень водопроницаемости горных пород; об основных видах и законах движения подземных вод.

Следует ознакомиться с классификацией подземных потоков и их гидродинамическими параметрами.

При изучении плоских потоков подземных вод рекомендуется рассмотреть методы подсчета расхода при горизонтальном и наклонном залеганиях водоупора. Особое внимание необходимо обратить на усвоение полевых и лабораторных методов определения коэффициента фильтрации, методов расчета водопритока как к отдельным скважинам и котлованам, так и к взаимодействующим вертикальным и горизонтальным дренам.

Рекомендуемая литература: [1, с. 248 - 300], [2, с. 61 - 150], [3, с. 69 – 95], [4, с. 191 - 237].

В результате изучения темы студент должен знать основы гидрогеологии и основные методы проведения гидротехнических расчетов.

В результате изучения темы студент должен уметь выполнить гидротехнические расчеты по водно-влажному режиму работы оснований.

Вопросы для самоконтроля
1 Какие виды воды находятся в грунте? Каково влияние различных видов воды на свойства грунтов?

2 Сущность конденсационной и инфильтрационной теорий образования подземных вод.

3 Какие типы подземных вод выделяют по условию их образования?

4 Что такое верховодка? Ее режим и влияние на условия строительства.

5 Какие воды называются грунтовыми? Объясните их образование, распространение, условия питания и влияние на условия строительства.

6 Какие межпластовые воды называются артезианскими?

7 Что такое режим подземных вод и какие факторы влияют на него? Виды и цели стационарных наблюдений за режимом подземных вод.

8 Каковы принципы составления гидрогеологических карт (гидроизогипс, гидроизопьез, гидроизобат)? Какие задачи решают с их помощью?

9 Сформулируйте основной закон фильтрации и напишите его математическое выражение.

10 Методы определения коэффициента фильтрации и факторы, влияющие на его величину.

11 Какие виды подземных потоков наиболее часто встречаются

при гидрогеологических расчетах?

12 Как определяют расход плоского потока при горизонтальном и наклонном залеганиях водоупоров?

13 Какие скважины (колодцы) называются совершенными?

14 Что такое радиус влияния скважины?

15 Как определяются дебит совершенных скважин в безнапорных и напорных подземных водах?

16 Какие скважины называются взаимодействующими? Объясните возможность их использования для понижения уровня грунтовых вод.

17 Какие колодцы называются поглощающими и с какой целью их применяют?

2 Какие показатели относятся к показателям состава и состояния грунтов?

3 Каковы методы определения гранулометрического состава грунтов?

4 Что означает коэффициент неоднородности грунта?

5 Какие бывают виды грунтов по гранулометрическому составу?

6 Каковы характерные влажности глинистых грунтов и методы их определения?