Контрольная работа по теме "Геология"

 

ВОПРОС 13

Виды песчаных грунтов
Виды грунтов	Распределение частиц грунта по крупности в % от массы сухого грунта
Песок гравелистый	Масса частиц крупнее 2 мм составляет более 25%
Песок крупный	Масса частиц крупнее 0,5 мм составляет более 50%
Песок средней крупности	Масса частиц крупнее 0,25 мм составляет более 50%
Песок мелкий	Масса частиц крупнее 0,1 мм составляет более 75%
Песок пылеватый	Масса частиц крупнее 0,1 мм составляет менее 75%

Примечание. Для установления наименования грунта последовательно суммируются проценты содержания частиц исследуемой породы сначала крупнее 10 мм, затем крупнее 2 мм, далее крупнее 0,5 мм и т.д. Наименование грунта принимается по первому удовлетворяющему показателю в порядке расположения наименований в таблице.

Песчаные грунты разделяются на плотные, средней плотности и  рыхлые в зависимости от значений коэффициента (плотности) пористости. По влажности песчаные грунты разделяются: на мало влажные - при заполнении водой до 50% пор; очень влажные - от 50 до 80%; насыщенные - более 80%. Эти показатели необходимы для расчета несущей способности грунтов. Песчаные грунты имеют свойство уплотняться под нагрузкой, т.е. проседать. Прочность песчаных оснований возрастает с увеличением размера частиц. Пески средней крупности при воздействии нагрузки деформируются незначительно и, как и крупные пески, слабо реагируют на увлажнение. Мелкие же пески при увеличении влажности заметно теряют несущую способность. Эти грунты фильтруют воду и промерзают без пучения.

Суглинки и супесь - грунты, занимающие промежуточное положение между песчаными и глинистыми грунтами. При содержании глины от 10 до 30% грунт относят к суглинкам, а при более низком содержании глины - к супеси.

 

ВОПРОС 14

Глинистые породы под влиянием внешнего механического воздействия  деформируются без их разрушения. Параметры деформации грунтов определяются коэффициентом Пуассона, коэффициентом  сжимаемости и консолидации, значением  модуля деформации, модулем сдвига и модулем объемного сжатия.  
Деформационные особенности дисперсных пород определяются возможностью их сжимаемостью под механической нагрузкой, и обуславливается смещением частиц грунта по отношению друг к другу и естественно изменением в меньшую сторону объема пор по причине деформации частиц породы, жидкости, газа. 
При определении модуля сжимаемости пород различают показатели, определяющие зависимость их конечной деформации от величины нагрузки и изменение величины деформации грунтов во времени при постоянной величине нагрузке. К 1й характеристике этих показателей относится коэффициент уплотнения, коэффициент компрессии и модуль осадки , ко 2й – коэффициент консолидации.  
Сцепление. Способность оказывать сопротивление сдвигу – одно из важнейших прочностных свойство грунтов, знание параметров которого обязательно для решения инженерно геологических задач. Под воздействием некой внешней механической нагрузки в определенных местах грунта между частицами разрушаются связи, и при этом происходит смещение одних частиц по отношению к другим – порода приобретает способность неограниченной деформации под воздействиями этой нагрузки. Механическое разрушение грунтов происходит в виде перемещения одной части массива породы относительно другой её части.

ВОПРОС 15

Физико-механические свойства

Под физико-механическими свойствами горных пород понимают их реакцию  на действие внешних нагрузок. Физико-механические свойства горных пород можно разделить  на деформационные и прочностные.

Деформационные свойства пород характеризуют их поведение под нагрузками, не приводящими к разрушению. В результате воздействия давления на породу она деформируется, что выражается в изменении ее объема и формы. Особенно ярко деформационные свойства проявляются во влажных пластичных глинах. В них под влиянием внешних нагрузок начинаются процессы уплотнения и существенного изменения объема. Так, при возведении и последующей эксплуатации сооружений может происходить значительная осадка пород, достигающая нескольких сантиметров, а иногда и более. Поэтому одними из главных вопросов, которые предстоит решать при строительстве на глинистых породах, являются прогноз осадки сооружения и оценка критических условий деформирования пород оснований, при превышении которых может наступить разрушение самого сооружения.

Есть несколько путей решения  такой задачи. Наиболее точно осадка породы может быть проанализирована при штамповых испытаниях, когда  на поверхность исследуемого массива  породы устанавливают металлический  штамп размером до 0,5 м2 и на него с помощью специального домкрата ступенями подают давление. Нагрузка увеличивается до тех пор, пока штамп не начинает опускаться в исследуемую породу. По данным описанного полевого эксперимента можно установить такой важный деформационный показатель, как модуль деформации, характеризующий величину осадки глинистой породы при заданном давлении.

Определение сжимаемости пород  может также проводиться и  в лабораторных условиях при компрессионных испытаниях небольших по размеру  образцов. В результате этих экспериментов  определяется модуль деформации, с  помощью которого можно рассчитать осадку глинистой породы под действием  веса сооружения.

К сожалению, знание только деформационного  поведения глинистых пород является недостаточным для решения проблемы устойчивости инженерных сооружений и  прогноза поведения пород в различных  условиях. Поэтому помимо деформационных свойств глинистых пород необходимо знать и их прочностные свойства.

Прочность пород характеризует их способность сопротивляться внешним усилиям вплоть до полного разрушения и определяется при критических (разрушающих) нагрузках, действующих на породу в момент ее разрушения.

Особую трудность представляет рассмотрение прочностных свойств глинистых пород в связи с их специфическим поведением при взаимодействии с водой. Хорошо известна потеря прочности при увлажнении глин, когда они из плотных и высокопрочных пород превращаются в пластичные или жидкотекучие тела.

Существуют различные  подходы к изучению прочности  глинистых пород. Один из них - классический, применяемый в механике грунтов. В рамках этого подхода прочностное поведение глинистых пород описывается с помощью зависимостей, используемых в механике сплошных сред. В данном случае чаще всего используется теория прочности Мора, объясняющая разрушение тела определенным предельным соотношением нормальных и касательных напряжений.

Одним из важнейших прочностных  показателей глинистых пород  является сопротивление сдвигу. В  результате действия внешнего давления на породу в ней возникают касательные  напряжения, которые при определенной величине преодолевают структурные  связи между частицами и обусловливают  их смещения или сдвиги относительно друг друга.

 

ВОПРОС 16

Деформационные свойства дисперсных грунтов.

Наиболее важным деформационным свойством дисперсных грунтов является их сжимаемость под нагрузкой, обусловленная  уменьшением объема пор вследствие смещения частиц относительно друг друга, деформацией самих частиц, а также  веды и газов, заполняющих поры.

Уплотнение водонасыщенного  грунта происходит вследствие удаления воды из пор, при этом влажность грунта уменьшается. Уплотнение не полностью  водонасыщенных грунтов до определенных давлений может происходить без  изменения их влажности.

Сжимаемость грунтов под нагрузкой происходит во времени. Поэтому при определении сжимаемости грунтов различают показатели, характеризующие зависимость конечной (равновесной) деформации от нагрузки и изменение деформации грунта во времени при постоянной нагрузке. К первой группе показателей относятся: коэффициент уплотнения а, коэффициент компрессии a_k, модуль осадки е_р; ко второй группе — коэффициент консолидации c_v и др.

Показатели сжимаемости дисперсных грунтов определяются в лаборатории при уплотнении грунтов под нагрузкой в условиях одномерной задачи, (т. е. деформация грунта происходит только в одном направлении). Такой вид испытания грунта без возможности бокового расширения называется компрессией.

При сжатии грунта в компрессионном приборе диаметр образца не меняется. Поэтому относительная вертикальная деформация грунта равна относительному изменению объема.

Так как уплотнение грунта происходит главным образом вследствие уменьшения объема пор, то деформацию сжатия грунта выражают через изменение  величины коэффициента пористости, а  в случае полного водонасыщения  и через изменение влажности.

Зная коэффициенты пористости (или относительные деформации) грунта при соответствующих ступенях нагрузки, можно построить компрессионную кривую. Результаты компрессионных испытаний  принято изображать:

1. зависимостью коэффициента пористости от давления Р, построенной либо на равномерной, либо на полулогарифмической координатной сетках;
2. зависимостью относительной вертикальной деформации е от давления Р, построенной на равномерной, или на логарифмической и полулогарифмической координатных сетках. В литологии часто принято изображать сжимаемость глинистых пород в координатах влажность W — давление P (или глубина залегания H). Способ изображения компрессионной кривой определяется целью изучения, видом грунта и диапазоном давлений. Так, компрессионную кривую сильно сжимаемого глинистого грунта удобно изображать на полулогарифмической координатной сетке, а песчаного — на логарифмической и т. д.

Компрессионную  сжимаемость грунта можно характеризовать различными показателями.

При большом уплотнении грунта под нагрузкой применение коэффициента уплотнения для характеристики сжимаемости  становится неудобным, так как величина а значительно изменяется с ростом давления.

Этот недостаток до известной  степени устраняется при изображении  результатов компрессионных испытаний  на полулогарифмической координатной сетке, которая позволяет спрямить компрессионную кривую в значительном диапазоне давлений и аппроксимировать ее.

Изображение компрессионной кривой позволяет также определять величину структурной прочности  грунта Р_стр по перелому кривой.

Величина структурной  прочности грунта Р_стр позволяет выделить при уплотнении глинистых грунтов два диапазона давлений:

1. когда внешнее давление меньше прочности структурных связей и
2. когда внешнее давление преодолело сопротивление структурных связей. В первом случае происходит незначительное уплотнение грунта, главным образом обратимого характера, а во втором — значительное уплотнение грунта, обусловливающее основные деформации оснований сооружений.

Величина е_р называется модулем осадки и представляет величину сжатия в миллиметрах столба грунта высотой в 1 м при приложении к нему дополнительной нагрузки Р.

Сжимаемость несвязных (крупнообломочных и песчаных) грунтов отлична от сжимаемости связных (глинистых и лёссовых) грунтов в связи с тем, что возникающие в них деформации при одних и тех же напряжениях имеют различный характер.

 

 

ВОПРОС 17

Любой грунт состоит из твердых, обычно минеральных частиц и пустот. Если объем этих пустот в общем  объеме грунта V обозначить V', то величина, равная их отношению, будет характеризовать  степень пустотности грунта:

n=V'/V  <1

Величина n называется пористостью. Она  измеряется в долях единицы или  в процентах. Очевидно, что чем  больше пористость породы, тем больше в ней может поместиться воды, тем больше ее влагоемкость. Однако для характеристики грунтов по отношению  к воде важна не только величина общей пористости, но и размер самих  пор. Так, в глинах, сложенных частицами  размером меньше 5*10-6 м, общая пористость достигает 0.45 и более, однако воду они  почти не пропускают. Она удерживается на поверхности частиц молекулярными силами. Пески, чья пористость обычно не превышает 0.30-0.33, напротив, очень хорошо пропускают через себя воду. Способность удерживать воду является важной водно-физической характеристикой грунтов. Если извлечь образец из водоносного горизонта, часть воды через какое-то время вытечет из него, а часть останется в порах. Будем считать, что объем исходного образца был единичным. Тогда первая называется гравитационной водоотдачей (S), вторая - максимальной молекулярной влагоемкостью (n'). Как и пористость, S и n' измеряются в процентах или долях единицы. По величине гравитационной водоотдачи можно судить о том объеме порового пространства, через который реально может двигаться вода (активная пористость).

S = n - n'

Влагоемкость и водоотдача характеризуют  емкостные свойства грунтов.

Другой, и также очень важной водно-физической характеристикой  грунта является его способность  пропускать через себя воду. Она  оценивается коэффициентом фильтрации.

Фильтрацией называется движение воды в породах под действием напора.

Коэффициент фильтрации является основной характеристикой водопроницаемости пород; он равен скорости движения воды при градиенте напора, равном 1. Для определения коэффициента фильтрации пород в лабораторных условиях имеется целый ряд приборов.

Реальные грунты редко бывают сложены чистыми песками или глинами. Как правило, в их строении принимают участие гравийные, песчаные, илистые и глинистые частицы, иногда галька и даже валуны. В зависимости от относительного содержания тех или иных частиц выделяют пески чистые, глинистые, различные категории суглинков (много глинистых частиц) и супесей (много песчаных частиц). Хорошо известно, что кроме того встречаются и скальные грунты, в которых вода содержится в основном в трещинах.