МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
БРЕСТСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
КАФЕДРА ОСНОВАНИЙ, ФУНДАМЕНТОВ,
ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ И ГЕОДЕЗИИ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ЗАДАНИЯ
к контрольной работе
«ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ»
для студентов дневной и заочной формы обучения специальности Т 19.01.
«Промышленное и гражданское строительство».
Брест 1999 УДК 624. 131. 1 Методические указания рассмотрены и утверждены на заседании кафедры «Основания, фундаменты, инженерная геология и геодезия».
(протокол № 9 от 30.08.1999 г.) Составители: П.В. Шведовский, профессор, к.т.н.
Рецензенты: научно-технический центр Минстройархитектуры.
Директор: доцент, к.т.н. А.Я. Найчук © Брестский политехнический институт
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
Строительство любых объектов и вообще инженерная деятельность на Земле требует знаний инженерно-геологических условий как стройплощадок, так и регионов.Несмотря на то, что основные работы по инженерно-геологическому изучению территории проводят специалисты-геологи, за инженером-строителем остается право окончательного выбора участков, наиболее благоприятных для возведения инженерных сооружений. Инженер-строитель должен уметь правильно анализировать и использовать данные, полученные в результате инженерногеологических изысканий, что требует достаточных знаний в области инженерной геологии и смежных с ней геологических дисциплин.
Курс «Инженерная геология» студенты изучают самостоятельно в соответствии с программой. Для лучшего усвоения материала изучение курса следует вести по разделам с последующей проверкой полученных знаний путем ответов на вопросы, приведенных после каждой темы.
Предусмотренную учебным планом контрольную работу необходимо выполнять в процессе усвоения теоретической части курса.
Номер варианта контрольных заданий студент выбирает по следующей системе. Для этого необходимо:
a) написать в одну строку свои ФИО, например:
Петров Иван Иванович b) определить по нижеприведенной шифровальной таблице соответствующие числа для букв.
Имеем:
ПЕТ РОВ ИВАН ИВАНОВИЧ
760863 0315 Шифровальная таблица Числа 1 2 3 4 5 6 7 8 9 А Б В Г Д Е Ё Ж З ИЙ К Л М Н О П Р С Т
БуквыУ Ф Х Ц Ч Ш Щ Ь Ъ Э
Ю Я c) найти номера вариантов для заданий.Имеем:
№ задания 1 2 3 4 5 6 7 8 9 № варианта 7 6 0 8 6 3 0 3 1 Оформление контрольной работы должно соответствовать СТП БПИ-99.
Обязательными частями контрольной работы являются:
- титульный лист;
- реферат;
- оглавление;
- система определения вариантов заданий;
- ответы на вопросы или решения задач;
- используемая литература.
Контрольная работа должна быть написана разборчиво и содержать четкие, исчерпывающие ответы на все поставленные в ней вопросы, причем последовательность ответов должна соответствовать последовательности поставленных вопросов. Ответы должны сопровождаться поясняющими их схематическими рисунками и чертежами. Выполненную контрольную работу высылают на факультет или передают на кафедру для рецензирования.
Студенты, получившие положительную рецензию на контрольную работу, в период сессии выполняют лабораторный практикум. Экзамен по курсу может быть принят только при защите контрольной работы и после успешной сдачи зачета по лабораторным работам.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАЗДЕЛАМ КУРСА
Введение Инженерная геология как научная дисциплина является отраслью геологии науки о Земле. Геологическая наука в целом изучает состав, строение, историю развития Земли, а также различные процессы, протекающие в ее недрах и на поверхности.Следует знать, что предметом изучения инженерной геологии являются состав, строение и динамика земной коры, которые познаются в связи с инженерной деятельностью человека.
Основной задачей инженерной геологии является изучение геологических условий, которые в той или иной мере будут влиять на возведение и эксплуатацию различных промышленных и гражданских сооружений, а также прогноз изменения этих условий под влиянием деятельности человека. При этом под геологическими или инженерно-геологическими условиями понимают рельеф местности, ее геологические и гидрогеологические особенности, состав и свойства слагающих ее пород, а также геологические процессы и явления.
При разработке этой темы следует уяснить, что инженерная геология из цикла геологических дисциплин наиболее тесно связана с такими науками, как механика грунтов - наука, изучающая деформации и напряжения, возникающие в породах под действием внешних и внутренних сил; гидрогеология - наука о подземных водах; мерзлотоведение - наука, предметом изучения которой является многолетнемерзлая зона земной коры.
Студент должен получить общие сведения об инженерной геологии как науке; о ее месте в цикле геологических наук; об основных инженерно-геологических дисциплинах: грунтоведении, инженерной геодинамике, региональной инженерной геологии; о роли отечественных и зарубежных ученых в становлении и развитии этой науки.
Литература: [1, с. 10-14]; [2, c. 5-7]; [3, c. 4-7]; [4, c. 4-7].
Раздел 1. Основы общей геологии Тема 1. Строение и физические свойства Земли 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. Особое внимание нужно обратить на геологическую среду.
Литература: [1, c. 15-19]; [2, c. 7-12, 44-48]; [3, c. 8-10, 33-38].
Вопросы для самопроверки.
1. Какие существуют современные представления об образовании и строении Земли?
2. Состав и строение геосфер. Объясните их взаимодействие между собой.
3. Каково строение земной коры? Чем отличается океанический тип земной коры от континентального?
4. Как изменяется тепловой режим Земли по глубине и какие показатели его характеризуют?
5. Какое практическое значение имеет изучение теплового режима в приповерхностных частях земной коры?
Тема 2. Породообразующие минералы и горные породы В строении земной коры принимают участие различные минералы и горные породы, часто очень резко отличающиеся по составу и свойствам.
Горные породы являются одним из основных факторов инженерно- геологических условий территории, определяющих возможность и экономичность строительства в изучаемом районе, поэтому на их изучение нужно обратить особое внимание.
Необходимо рассмотреть строение и свойства основных породообразующих минералов, от которых в значительной мере зависят и свойства пород.
Следует ознакомиться с генетической и инженерно-геологической классификациями горных пород, изучить условия образования различных горных пород, их минеральный состав, структуру, текстуру, формы залегания. Необходимо четко уяснить зависимость состава и свойств пород от генезиса и пост генетических процессов.
Студенту также надо ознакомиться с методами определения относительного и абсолютного возраста горных пород, с помощью которых была составлена геохронологическая шкала. Студенту следует четко усвоить, что только знание геохронологической шкалы (возрастных единиц, выделяемых в ней, условных обозначений, индексов и т.д.) позволит понять геологические и инженерногеологические карты и разрезы.
Литература: [1, c. 21-63]; [2, c. 12-44]; [3, c. 10-33, 236-257].
Вопросы для самопроверки.
1. Что называется минералами и горными породами?
2. Дайте схематическую классификацию минералов по их химическому составу.
3. По каким физическим свойствам и внешним признакам определяют минералы? Охарактеризуйте основные породообразущие минералы.
4. Как классифицируются 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, физикомеханические свойства и объясните зависимость состава и свойств от происхождения пород. Каковы формы залегания осадочных пород?
7. Как образуются метаморфические горные породы? Назовите породы контактового и регионального метаморфизма и охарактеризуйте их минералогический состав, структурно-текстурные особенности и физикомеханические свойства.
8. Что такое абсолютный и относительный возраст горных пород и какие методы существуют для его определения?
9. На какие эры, периоды и эпохи делится история земной коры? Какова их продолжительность?
10. Какое практическое значение имеет геологическая хронология для инженерной геологии?
Раздел 2. Основы структурной и динамической геологии Тема 1. Условия и физические агенты формирования морских и континентальных отложений и их генетическая классификация При изучении этой темы необходимо ознакомиться с геологической работой ветра, рек, озер, морей, ледников. Геологическая деятельность этих процессов проявляется при разрушении горных пород, переносе продуктов разрушения и их отложении. В результате этой деятельности возникают новые породы, которые по составу и свойствам резко отличаются от материнских и часто образует новые формы рельефа.
Следует рассмотреть процессы выветривания (физического, химического и биологического), в результате комплексного воздействия которых на горные породы формируются элювиальные грунты, характеризующиеся, как правило, сравнительно низкой прочностью. Необходимо уяснить их роль в подготовке рыхлых продуктов разрушений горных пород, переносимых позже - ветром, текучими водами и т.д.
При изучении отложений, образованных в результате геологической деятельности указанных процессов, следует особое внимание обратить на закономерности их фациального изменения, состав и физико-механические свойства.
При изучении этого раздела также следует понять, что земная кора состоит из различных по форме, прилегающих друг к другу тел, сложенных горными породами. Основными 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.
Необходимо ознакомиться с современной классификацией трещиноватости горных пород, методами изучения трещин.
Студент должен понять значение трещиноватости горных пород для оценки их фильтрационных, прочностных и деформационных свойств.
Литература: [1, c. 77-155]; [2, c. 49-50, 52-62, 155-205]; [3, c. 52-67, 166-173, 196-217, 258-264].
Вопросы для самопроверки.
1. Объясните различия в строении земной коры в пределах платформ и геосинклиналей.
2. Каковы формы залегания осадочных пород? Охарактеризуйте различные 3. Каковы формы залегания магматических горных пород?
4. Каковы формы залегания метаморфических горных пород?
5. Каковы основные типы складок встречаются в земной коре и их влияние на условия строительства?
6. Перечислите формы разрывных дислокаций и охарактеризуйте их влияние на условия строительства в районах их развития.
7. Охарактеризуйте основные виды трещиноватости горных пород и их влияние на прочность оснований различных сооружений.
8. Какие существуют виды несогласного залегания горных пород?
9. Виды выветривания горных пород. Значение выветривания горных пород для практики строительства 10. Охарактеризуйте мероприятия, необходимые для защиты горных пород от 11. Как образуются делювиальные отложения? Как изменяются мощность, состав и физико-механические свойства делювиальных отложений вниз 12. Какие условия необходимы для возникновения селевых потоков? Виды селей и методы борьбы с ними. Виды пролювиальных отложений, их состав и физико-механические свойства.
13. В чем заключается геологическая деятельность рек? Как образуются речные долины? Виды аллювиальных отложений, их состав и физикомеханические свойства.
14. В чем заключается геологическая работа волн, возникающих на поверхности воды? Виды морских отложений, их состав и физико-механические свойства.
15. Объясните геологическую деятельность ледников. Как образуются ледниковые и ледниково-речные отложения? Их состав и физико-механические Тема 2. Эндогенные процессы и основы геоморфологий 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 и геосинклиналей и связанную с этим различную интенсивность проявления тектонических движений.
При рассмотрения 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.
Литература: [1, c. 78-108]; [2, c. 49-52. 61-78]; [3, c. 39-51].
Вопросы для самопроверки.
1. Какие движения земной коры приводят к возникновению разрывных и складчатых нарушений в ней?
2. Что такое магматизм? В каких структурных элементах земной коры он наблюдается?
3. Различия в характере тектонических движений и магматизме в различных структурах земной коры (платформах и геосинклиналях).
4. Перечислите и охарактеризуйте виды землетрясений. К каким геологическим структурам они обычно приурочены?
5. Каково воздействие продольных, поперечных и поверхностных волн на горные породы и сооружения?
6. Что такое элементы и формы рельефа?
7. Охарактеризуйте связь геологических процессов с геоморфологией.
8. Как определяют сейсмическое ускорение, коэффициент сейсмичности и балльность землетрясения?
9. Влияние рельефа местности, состава пород, условий залегания и обводненности их на силу землетрясения.
10. Какие мероприятия необходимы при строительстве в сейсмически активных районах?
Раздел 3. Инженерная геология массивов горных пород Тема 1. Экзогенные процессы 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, образованию4 ознакомиться с особенностями строительства в этих районах.
Литература: [1, c. 179-229]; [2, c. 205-253]; [3, c. 173-196, 295-317].
Вопросы для самопроверки.
1. Что такое оползень? Основные причины, необходимые для возникновения оползней; типы оползней и мероприятия по борьбе с ними.
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 7. Какие характерные геологические процессы и явления происходят в областях развития многолетнемерзлых пород? Особенности их влияния на инженерные сооружения.
Тема 2. Инженерно-геологические процессы и явления При изучении этого раздела прежде всего студент должен ясно представлять, что к инженерно-геологическим процессам относят геологические процессы, связанные с инженерной деятельностью человека. Необходимо ознакомиться с классификацией инженерно-геологических процессов и особенно внимательно остановиться на существенном отличии этих процессов от природных геологических процессов, выражающемся в их более быстром протекании во времени и большей интенсивности. Студент должен детально рассмотреть такие часто встречающиеся при промышленном и гражданском строительстве инженерно-геологические процессы, как уплотнение грунта в основании сооружений; просадочные явления в лессовых породах в следствие утечек воды из водопроводов, канализации и т.д.;
мерзлотных деформаций пород в основании сооружений и другие.
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 инженерно-геологических процессов при строительстве и эксплуатации различных сооружений.
Литература: [1, c. 179-237]; [2, c. 155-156, 197-201, 233-241, 251-253]; [3, c.
212-217, 295-318].
Вопросы для самопроверки.
1. Объясните различия между геологическими и инженерно-геологическими процессами.
2. Уплотнение пород в основании сооружений. Мероприятия по улучшению прочностных свойств слабых пород.
3. Сдвижение горных пород при подземных работах. Влияние геологического строения на развитие этого процесса. Основные методы борьбы со сдвижением горных пород.
4. Мерзлотные деформации пород в основании сооружений и мероприятия 5. Особенности защитных мероприятий от воздействия сезонной и вечной Раздел 4. Основы гидрогеологии Тема 1. Подземные воды и их режим Подземные воды являются как важнейшим источником водоснабжения, так и одним из факторов, определяющих инженерно-геологические условия территории. В большинстве случаев подземные воды затрудняют строительство различных сооружений. Они воздействуют непосредственно на сооружения, вызывая затопление фундаментов и коммуникаций, коррозию строительных материалов, используемых для устройства подземных частей сооружения (фундаментов).
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, вызывающих 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.
«