Отбор проб грунтов для лабораторных исследований

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. Происхождение грунтов.

2. Составные части грунтов.

3. Виды воды в грунтах и их свойства.

4. Физико-механические свойства грунтов.

ИНЖЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ.

Буровые работы.

1.1. Назначение буровых скважин.

1.2. Типовые конструкции инженерно-геологических скважин.

1.3. Классификация буровых скважин.

1.4. Особенности и область применения различных способов бурения скважин.

1.5. Рекомендации по рациональному использованию различных способов бурения.

1.6. Общие положения о геологической документации и отборе образцов при проведении буровых работ.

Статическое зондирование.

Отбор проб грунтов для лабораторных исследований.

3.1 Правила отбора проб.

3.2 Консервирование монолитов.

ЛИТЕРАТУРА.

ВВЕДЕНИЕ

Происхождение грунтов.

Магматические горные породы образовались в результате остывания магмы, а также в результате горнообразовательных процессов. Вследствие физического и химического выветривания они постепенно превращались в рыхлые горные породы. Раздробленные частицы горных пород перемещались в пониженные части поверхности земли, где откладывались, образуя осадочные горные породы. Если в процессе горообразования они оказались близко к поверхности земли, то под воздействием химического выветривания образовывали крупноскелетные или мелкодисперсные грунты.

Грунтами строители называют верхние слои коры выветривания литосферы и относят к ним скальные, полускальные и рыхлые горные породы.

В большинстве случаев верхние слои земной коры сложены крупнообломочными, песчаными, пылевато-глинистыми, органогенными и техногенными грунтами. Ниже поверхности земли эти дисперсные грунты имеют почти повсеместное распространение. Большая часть дисперсных грунтов образовалась в результате накопления продуктов физического и химического выветривания. Некоторые грунты возникли вследствие отложения органических веществ (например, торф), а также в результате искусственной отсыпки или намыва различных материалов (техногенные отложения). В процессе физического выветривания образовались крупнообломочные и песчаные грунты. Результатом химического и частично биологического выветривания являются минералы, составляющие мелкодисперсную часть пылевато-глинистых грунтов.

Составные части грунтов.

В большинстве случаев грунты состоят из трех компонентов: твердых частиц, воды и воздуха (или иного газа), т. е. составные части грунта находятся в трех состояниях: твердом, жидком или газообразном. Соотношение этих компонентов обусловливает многие свойства грунтов.

Если грунт состоит из твердых частиц, все поры между которыми заполнены водой, то он является двухфазной системой. В большинстве случаев в грунте кроме твердых частиц и воды имеется воздух или иной газ, либо растворенный в воде, либо находящийся в виде пузырьков. Такой грунт является трехфазной системой.

В мерзлом грунте, кроме того, содержится лед. Он придает грунту специфические свойства, которые приходится учитывать, особенно при строительстве в районах распространения вечномерзлых грунтов. Мерзлый грунт является четырехфазной системой.

В некоторых грунтах присутствуют органические вещества в виде растительных остатков или гумуса. Наличие даже сравнительно небольшого количества таких веществ в грунте существенно отражается на его свойствах.

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.

БУРОВЫЕ РАБОТЫ.

Наиболее трудоемким, дорогостоящим и длительным по времени видом работ при инженерно-геологических изысканиях являются буровые работы.

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.

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.

Проектная глубина скважин наряду с ее значением определяет тип и мощность выбираемого бурового станка, основные параметры бурового оборудования и инструмента, отчасти начальный диаметр скважины и др.

В соответствии с глубиной бурения скважины условно подразделяются:

· до 10 м (неглубокие);

· от 10 до 30 м (средней глубины);

· от 30 до 100 м (глубокие);

· свыше 100 м (весьма глубокие).

Рекомендации по рациональному использованию различных способов бурения.

Вид и способ бурения следует выбирать в зависимости от свойств проходимых грунтов, назначения и глубины скважины, а также условий производства инженерных изысканий. Выбранный способ бурения должен обеспечивать удовлетворительное качество инженерно-геологической информации и грунтах и достаточно высокую производительность.

При незначительных объемах буровых работ следует ориентироваться на универсальные способы, которые обеспечивают бурение скважин в большинстве разновидностей грунтов. При наличие больших объемов работ примерно в однотипных условиях следует выбирать такие способы, которые обладают высокой производительностью (вибрационный, пневмоударный, вибрационно-вращательный).

Роторный и ударно-канатный способы бурения следует применять только при бурении гидрогеологических скважин.

Общие положения о геологической документации и отборе образцов при проведении буровых работ.

К числу наиболее важных задач проходки буровых скважин при инженерных изысканиях относятся изучение геологического разреза и определение физико-механических свойств грунтов.

Образцы, отбираемые для изучения геологического разреза, должны отражать все структурные, текстурные и прочие особенности грунта: последовательность в залегании слоев, мощность слоев и положение контактов, наличие включений, гнезд, примазок, тонких прослоев, консистенцию и водоносность грунтов.

Основным методом изучения таких образцов в полевых условиях является визуальный. При этом используются лупа, нож, кислота. Материалом для изучения является извлекаемый и скважин керн, перемятые комки грунта, в отдельных случаях шлам.

Физико-механические свойства грунта определяются по отбираемым из скважин монолитам и с помощью опытных работ в скважинах.

Отбираемые из скважин монолиты должны обеспечивать максимальное соответствие их свойств свойствам слоев, из которых эти образцы отбирают. Основным методом оценки монолитов является выполняемый с высокой точностью лабораторный анализ.

Для отбора образцов с целью геологической документации могут быть использованы практически все способы бурения, которые обеспечивают получение керна или перемятых комков грунта. В качестве бурового инструмента применят колонковые трубы, зонды, стаканы, шнеки, спиральные и ложковые буры. Чаще всего используются скважины диаметром 108-168 мм.

Для отбора монолитов используются специальные устройства – грунтоносы. Размеры отбираемых монолитов, способы и режимы погружения строго регламентированы. Процесс отбора монолита – специальная операция и она не может быть отнесена к процессу углубления скважин.

В изыскательских организациях Украины скважины для геологической документации составляют 60-70 %, технические скважины – не более 30-40 %.

СТАТИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ.

Статическое зондирование является одним из наиболее эффективных методов исследования грунтов в условиях их естественного залегания.

В соответствии с ГОСТ 20069 – 74 метод статического зондирования в сочетании с другими видами инженерно-геологических исследований (динамическое и ударно-вибрационное зондирования) следует применять для определения:

· инженерно-геологических элементов (мощности, границы распространения грунтов различного состава и состояния);

· однородности грунтов по площади и глубине;

· глубины залегания кровли скальных и крупнообломочных грунтов;

· приближенной количественной оценки характеристик свойств грунтов (плотность, угол внутреннего трения, модуль деформации);

· сопротивления грунта под сваей по ее боковой поверхности;

· степени уплотнения и упрочнения во времени искусственно сложенных грунтов.

Зондирование следует выполнять по программе, составляемой согласно требованиям СНиП II-9-78 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения».

Глубина зондирования должна быть, как правило, не менее 10 м. Она может быть менее 10, но не менее 5 м при изысканиях под застройку сравнительно легкими сооружениями. Глубина зондирования может также быть менее 10 м при близком залегании к поверхности коренных пород, а также твердых глинистых или плотных несвязных грунтов высокой несущей способности. При этом необходимо убедиться, что под конусом зонда находится несущий слой достаточной мощности. Убедиться в это можно, пробурив хотя бы одну скважину и заглубив ее в плотный слой минимум на три метра.

Статическое зондирование осуществляется циклами, в состав которых входит:

· равномерное вдавливание зонда с периодической - через 20 см – регистрацией величин сопротивления грунта вдавливанию или непрерывной автоматической записью на диаграммных лентах.

· поднятие штока домкрата в верхнее положение или наращивание следующего звена штанг;

Испытание заканчивается после достижения конусом зонда заданной глубины или предельных усилий на конус или на зонд в целом.

При использовании результатов статического зондирования для определения физико-механических свойств грунтов необходимо иметь в виду следующее. Поскольку данные статического зондирования используют для определения нормативных характеристик грунтов, при обработке результатов зондирования следует определять вначале среднеарифметическое значение для выделенного инженерно-геологического слоя по данным одного зондирования, а затем среднеарифметические значения для данного слоя по данным всех относящихся к рассматриваемой площадке точек зондирования.

Правила отбора проб.

Для лабораторных исследований физико-механических свойств грунтов отбирают пробы с нарушенной или ненарушенной (монолиты) структурой. Вид пробы зависит от целей исследования горной породы и ее состояния, а способ отбора – от типа разведочной выработки из которой отбирают пробу. При инженерно-геологических изысканиях применяют три метода отбора проб: точечный, бороздовой и валовый. Точечный метод заключается в том, что слой породы характеризуют одним или несколькими образцами относительно небольшого размера. При бороздовом методе по всему опробуемому пласту вкрест его простирания делают борозды, из которых отбирают грунт для пробы. Валовый метод состоит в исследовании всего извлеченного из выработки грунта. Два последних метода обычно применяют при разведке строительных материалов

Физико-механические свойства грунтов при инженерно-геологических изысканиях исследуют для следующих целей:

· классификация пород и выделение литологических слоев, пластов и других элементов геологического разреза;

· определение расчетных характеристик физико-механических свойств грунтов, слагающих основание проектирующих сооружений, естественный и искусственный откосы;

· определение характеристик грунтов, предназначенных для использования в качестве строительных материалов.

Монолиты отбирают для определения расчетных характеристик физико-механических свойств связных пород. Для рыхлых песчаных пород монолиты можно заменить пробами с нарушенной структурой, но в этом случае надо определять плотность грунтов в естественном залегании полевыми методами.

При отборе проб необходимо соблюдать следующие основные правила:

· проба должна быть характерной для того слоя, из которого она взята, и не содержать случайных включений и загрязняющих примесей;

· каждая проба должна быть немедленно упакована, снабжена этикеткой по установленной форме, занесена в журнал разведочной выработки и помечена зарисовке горной выработки;

· после упаковки и регистрации проба должна быть туту же отправлена в полевую лабораторию или в соответствующее место хранения.

Объем отбираемых проб должен быть достаточным для выполнения всех определений. Объем проб с нарушенной структурой для скальных и крупнообломочных должен быть не менее 2000 см², для песчаных – не менее 1000см², для глинистых – не менее 500см².

Монолиты, отбираемые из горных выработок, могут иметь форму куба или цилиндра (отобранные из скважин).

Консервирование монолитов.

После извлечения из грунтоноса монолит очищают от шлама и немедленно консервируют для сохранения структуры и естественной влажности грунта. Существуют два способа консервации: парафинированием и упаковкой в жесткую тару. При упаковке монолита следует отметить его верх и в случае необходимости дать ориентировку по странам света.

Монолит, отобранный из жесткой тары, покрывают слоем туго обматывают марлей, предварительно пропитанной расплавленным парафином. Затем поверх марли его покрывают еще одним слоем парафина, вновь обматывают марлей и покрывают третьим слоем парафина. До парафинирования на верхнюю грань образца кладут этикетку, завернутую в кальку, которую также покрывают парафином. Второй экземпляр этикетки смачивают расплавленным парафином, прикрепляют к поверхности запарафинированного образца и также покрывают тонким слоем парафина.

Монолиты грунта, отбираемые в жесткую тару (обойму) или специально изготовленные металлические или деревянные ящики, упаковывают в той же таре. На верхнюю грань образца между резиной и крышкой кладут этикетку, а вторую этикетку прикрепляют к поверхности жесткой тары.

Для парафинирования монолитов применяют смесь, состоящую из двух частей парафина и одной части гудрона, которую подогревают до температуры 60-65 градусов. Перевозить монолиты надо в деревянных ящиках. Во избежание повреждений упаковки промежутки между монолитами засыпают опилками. Образцы талых пород необходимо предохранять от замораживания, а мерзлых – от оттаивания, так как при этом они теряют структуру.

ЛИТЕРАТУРА

1. Л.Д. Белый. Инженерная геология. – М.: Высшая школа, 1985г.

2. Толстунов В. Л. Методические указания по составлению инженерно-геологического разреза. Запорожье, ЗИИ, 1985г.

3. Б. И. Далматов. Механика грунтов, основания и фундаменты. Л.: Стройиздат, 1988г.

4. Ребрик Б. М. Справочник по бурению инженерно-геологических скважин – М.: Недра, 1983г.

5. Арипов Н. Ф. и др. Инженерно-геологические изыскания. Справочное пособие. – М.: Недра, 1989г.

6. Ю. Г. Трофименков, Л. Н. Воробков. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов. – М.: Стройиздат, 1981г.