Анализ инженерно-геологических условий участка строительства

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

Кафедра геоэкологии и инженерной геологии

 

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ

Анализ инженерно-геологических условий участка строительства

Задание № 16

 

 

 

 

 

Студентка 4 курса

 группы З/10-1                                                                                        

 

Преподаватель                                                                                       Рудченко Э.Г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н.Новгород

2013г.

Содержание

 

Введение ……………………………………………………………………………..3

Пояснительная записка……………………………………………………………...4

1.1. Климатические условия, орография, гидрография …………………………. 4

1.2. Геоморфология ………………………………………………………………... 6

1.3. Геологическое строение………………………………………………………. 6

1.4. Гидрогеологические условия ………………………………………………… 8

1.5. Физико-геологические процессы и явления ………………………………… 9

1.6. Инженерно-геологическая характеристика грунтов ………………………. 11

1.7. Геолого-экологическая характеристика района ………………………... 12

1.8. Перспективность застройки территории района сооружениями промышленного и гражданского назначения ……………………………….. 13

2. Инженерно - геологическая оценка участка, предназначенного для строительства ……………………………………………………………………... 13

2.1. Физико - географические условия ………………………………………….. 13

2.2. Геологическое строение ……………………………………………………... 14

2.3. Гидрогеологические условия ……………………………………………….. 14

2.4. Инженерно – геологическая характеристика грунтов …………………….. 15

2.5. Физико – геологические процессы и явления ……………………………... 17

2.6. Выводы и рекомендации ……………………………………………………. 17

Литература ………………………………………………………………………... 19

 

 

 

Введение

Курсовая работа предусматривает составление инженерно-геологического разреза и его интерпретацию, в том числе анализ рельефа, горных пород и их свойств, подземных вод, инженерно-геологических процессов. Она заключается в построении для участка строительства инженерно-геологического разреза и составлении пояснительной записки, с указанием инженерно-геологических особенностей участка строительства.

В курсовой работе рассматриваются рельеф и геоморфология участка строительства, геологическое строение и  гидрогеология, геологические процессы. Анализируются физико-механические свойства грунтов.

Геологический разрез – это вертикальное сечение участка земной коры с изображением на нем геологических факторов: возраст, состав, мощность, условия залегания пород. В тех случаях, когда разрез показывает физико-геологические явления и свойства пород, его называют инженерно-геологическим разрезом. В данной работе инженерно-геологический разрез содержит 4 скважины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка

 

1.1.  Климатические условия, орография, гидрография

 

Основные различия в климате Нижегородской области проявляются по линии север-юг, между лесным Заволжьем и северным Правобережьем.

Область находится  в зоне умеренно-континентального климата. За год выпадает 600-650 мм осадков в Заволжье и 500-550 мм в Правобережье, две третьи которых выпадает в виде дождя. С сентября по май преобладают южные и юго-западные ветра, а в летние месяцы северо-западные. Среднегодовая скорость ветра составляет 3-4 м/с.

Зима длится с начала ноября по конец марта. Абсолютные минимальные температуры воздуха составляют -47, -48 ˚С на севере и -42, -44˚С на юге области. Максимальная температура зимних месяцев может достигать положительных значений до 3-6 ˚С.  В зимний сезон по области выпадает около 160-200 мм осадков.

Весна протекает относительно быстро. Повышение температуры воздуха от марта к апрелю составляет обычно 9-10 ˚С.  Сход снежного покрова происходит обычно 12-15 апреля на юге и 20-25 апреля на севере. Количество осадков весной составляет по области 70-90 мм.

Началом лета считается переход суточной температуры воздуха через 15 ˚С.  Лето в Нижегородской области довольно короткое и умеренно теплое, длится около 70-90 дней. Июль – самый теплый месяц года. Максимальные дневные температуры повышаются до 25-30 ˚С, а иногда до 35-37 ˚С. Осадки в течении года выпадают неравномерно. Наибольшее количество осадков, 75-80 мм приходится на июль.

Осенний период начинается с заморозков в воздухе и на почве, после перехода среднесуточной температуры воздуха через 15 ˚С в сторону понижения. Среднемесячная температура сентября составляет 10-11 ˚С, а к ноябрю снижается до -3 - -4 ˚С. За осенний сезон выпадает 110-130 мм осадков.

Преобладающими являются ветра юго-западного и северо-западного направлений. Среднегодовая скорость ветра – 3,1 м/сек.

Орография – описание и классификация форм рельефа поверхности, систематизация по внешнему признаку и происхождению рельефа.

Рельеф – это совокупность всех форм земной поверхности: возвышений, равнин и углублений.

Рельеф находится в состоянии непрерывного изменения.

По своему происхождению формы рельефа различают:

1. Тектонические – возникают в процессе движения земной коры, крупных форм (горные хребты, равнины. Океанические понижения);

2. Эрозионные формы рельефа – связанные с разрушительной работой текучих вод (атмосферных, речных, подземных);

3. Аккумулятивные – речные террасы, дюны, днища долин.

Типы рельефа определяемые сочетаниями форм рельефа:

1. Равнинный (поверхность ровная или слабо волнистая). Равнины бывают:

- отрицательные (ниже уровня моря);

- низменные (высота не превышает 200 м над уровнем моря);

- возвышенные (с высотой отметок до 200÷500 м над уровнем моря).

2. Холмистый – чередование возвышенностей и понижений. Высота холмов не превышает 200 м.

3. Горный – чередование крупных возвышенностей, более 200 м.

Нижегородская область находится в восточной части Русской равнины. Для нее характерен сложный и расчлененный рельеф, образованный сочетанием различных по конфигурации и высотам возвышенностей и низменностей. Южная половина Нижегородской области находящаяся между реками Окой и Волгой с запада и с севера, является частью Приволжской возвышенности. Особенностью этого района является густое и глубокое расчленение рельефа, что определяет сильную дренированность поверхностных толщ горных пород и глубокое залегание уровня грунтовых вод.

Гидрография – раздел гидрологии, посвященный описанию водных объектов и их отдельных частей.

Речная сеть области густа и включает свыше 9000 рек и ручьев. По ее территории протекают крупнейшие реки европейской части России – Волга и ее правый приток Ока. В нижегородском заволжье протекают левые притоки Волги – Ветлуга, Керженец, Узола, Линда. Густота речной сети 0,20-0,23 км на 1 км2.

 

1.2. Геоморфология

 

Геоморфология изучает  рельеф Земли, образование и развитие форм рельефа и связанных с рельефом  условий залегания пластов.

В пределах нашего района будем различать водно-ледниковую равнину. Район преимущественного распространения флювиогляциальных отложений. Флювиогляциальные отложения днепровского оледенения представлены преимущественно крупно-, средне- и мелкозернистыми кварцевыми песками с примесью гравия и гальки, занимают достаточно обширные площади. Пески имеют высокую пористость: у мелких песков пористость составляет 40-46%. В естественном залегании коэффициент плотности песков изменяется от 0,10 до 0,85. Чаще пески имеют среднее сложение.

Мощность флювиогляциальных отложений в среднем 2-10 м. Отложения содержат пресные грунтовые воды глубиной залегания от 1 до 13 м.

Инженерно-геологические условия района в целом благоприятны для наземного строительства. Отрицательным фактором, осложняющим строительство и эксплуатацию объектов, является приуроченность территории к карстовой области с активным проявлением карстовых процессов.

 

1.3. Геологическое строение.

 

Большое значение имеет установление возраста горных пород. Это необходимо для оценки свойств пород и определения их положения  среди других пород.

Возраст пород выражается в годах, то есть определяется сколько лет прошло с момента образования породы. Относительный возраст позволяет определить возраст пород относительно друг друга, то есть установить какие породы старше, какие моложе.

Описываем выделенные литолого-петрографические слои горных пород по генетическим типам, тектоническому строению. Для Нижегородской области характерно широкое распространение сложного комплекса четвертичных отложений, почти повсеместно покрывающих дочетвертичные.

№	Геологический индекс	Возраст и генезис	Литолого-петрографический состав	Мощность, м	Условия залегания
1	fQII	Флювиогляциальные отложения среднего отдела четвертичной системы	Песок кварцевый мелкий	1,1-6,3	Слабонаклонные
2	gQII	Моренные отложения среднего отдела четвертичной системы	Суглинок бурый с включениями щебня, песка	1-11,8	Слабонаклонные
3	J3	Озерно-аллювиальные отложения среднего отдела четвертичной системы	Глина буровато-серая, темно-серая, известковистая серая	3-8	Слабонаклонные

 

На данной территории по возрасту преобладают четвертичные породы. Это слои плотных глин и песка.

Первый слой  четвертичных ледниковых отложений представлен  светло-серым и светло-желтым песком средней и мелкой крупности, с включениями кварца и прослойками суглинка.

Второй слой -четвертичные моренные отложения среднего отдела состоит из суглинка бурого с прослойками песка влажного и включением щебня.

Третий слой - озерно-аллювиальные отложения среднего отдела четвертичной системы состоит из глины буровато-серой с прослоями крупного песка.

 

 

 

1.4. Гидрогеологические условия

 

Гидрогеология – наука о подземных водах, их происхождении, условии залегания, о законах движения подземных вод, о физических и химических свойствах подземных вод, о физических и химических свойствах подземных вод, о связи с атмосферными осадками, и поверхностными водами. Гидрология – наука о поверхностных водах. Для строительства подземные воды в одних случаях являются источником водоснабжения в других случаях затрудняют строительство, ухудшают качество пород являющиеся несущим основанием здания, могут выступать как агрессивная среда по отношению к строительным материалам, могут затапливать котлованы и т.д.

Подземные воды образуются путем инфильтрации. Атмосферные осадки, речные и другие воды под действием силы тяжести просачиваются по крупным порам и трещинам пород. Так создаются водоносные горизонты.

Водоносный горизонт – это пласт, или часть пласта (слоя) насыщенного водой.

По условию залегания, воды подразделяют на верховодку, грунтовые и межпластовые.

Грунтовые воды имеют свободную поверхность, т.е. сверху не перекрыта водоупорным слоем. Свободная поверхность грунтовых вод называется зеркалом. Водоупор, на котором залегает водоносный слой называется ложем. Расстояние от водоупора до зеркала грунтовых вод называется мощность грунтового водоносного горизонта. Грунтовые воды залегают на глубине чаще до 20 м, редко до 50 м и более. Питание грунтовых вод происходит за счет атмосферных осадков, а так же за счет поверхностных водоемов, рек, озер, морей.

Межпластовые воды – водоносные горизонты залегающие между двумя водоупорными слоями. Если заполнен частично, то это межпластовые безнапорные воды, если полностью, то – межпластовые напорные.

Верховодка – ближайшие к земной поверхности безнапорные подземные воды, не имеющие сплошного распространения; периодически накапливаются и затем исчезают за счет испарения или перетекания в более глубокие горизонты. Представляет значительную опасность для строителей, может затапливать котлованы, вызывает подтопление подземных частей зданий и сооружений.

В зависимости от литологии и состоянии водовмещающих пород выделяют следующие типы подземных вод:

- поровые (галечники, пески, супеси, суглинки);

- трещинные (трещиноватые породы);

- карстовые воды (подземные воды, циркулирующие по трещинам и пустотам, карстам)

- воды вечной мерзлоты (содержатся в толще многолетних мерзлых породах).

Наиболее широким распространением на территории Нижегородской области пользуются грунтовые воды четвертичных отложений. Глубина залегания зеркала грунтовых вод в среднем 0,2-30 м, преобладает 0,5-6 м. Моренные глины, как правило водоупорны, прослои песков содержат слабо напорные воды.

На данном разрезе грунтовую безнапорную воду содержит песок. Глубина появления водоносного слоя – 1,22 м. Содержащиеся в этих породах грунтовые воды не влияют на условия строительства и эксплуатации наземных объектов.

 

1.5. Физико-геологические процессы и явления

 

Геологические процессы: эндогенные, вызывающие внутренними силами земли и экзогенные силами земли, и проходящие на поверхности в самых верхних частях литосферы, на поверхности. Экзогенные геологические процессы (ЭГП) и явления значительно усложняют условия строительства, либо требуют огромных материальных затрат на проведение мероприятий и строительство сооружений защитного характера от ЭГП.

Денудация – медленное смещение выветрелых пород по склонам. Денудация начинает происходить при крутизне поверхности 2˚ и выше. Скорость смещения 1-2 м в год – формирующаяся порода образует делювий. Основные меры борьбы  с денудацией: устройство лотков-перехватчиков и ливневых колодцев; одернование и облесение склонов.

Оползни – смещение пород под воздействием силы тяжести, при нарушении устойчивого состояния склонов.

Основные противооползневые сооружения и мероприятия:

1 – группа - защита берегов от размыва, устройство дренажа, штольни, насыпные набережные у оснований склонов, уполаживание крутых склонов до углов устойчивости равновесия;

2 – группа - дренажи глубокого заложения, лотки-быстротоки, лотки-перехватчики, террасирование, планировка, одернование.

Для нашей территории применяют классификацию Гулакяна-Кюнтцеля. Оползни выдавливания – мощность смещения пород до 10 м; высота стенки срыва 8-20 м; длина  от 40 до 100 м; ширина от 50 до 100 м; смещение внезапное, длится 1-3 минуты; иногда за 2-3 дня образуются горизонтальные трещены; основной фактор – предельная крутизна ската. Причины: раздавливание и последующее выдавливание пород, наиболее слабых в разрезе (глины, мергели). Эти оползни случаются редко от 1оползня в 100 лет, наносит огромные разрушения.

Оползни выплывания: мощность от 6-12 м, выплывают обводненные глинистые и песчанные, тонкозернистые, глинистые; признаки оползня срывы стенки; длина 10-40 м, ширина 20-50 м, основной фактор подземные воды.

Оползни скольжения: захватывают выветрелую зону коренных пород и покрывающие их четвертичные отложения; стенки срыва наклонные, рельеф тела бугристый или не явно выраженные террасы; основной фактор воды грунтовые 20-50 м ширина 20-40м.

Для всех оползней первой группы необходимы критические состояния устойчивости склона.

Оползни второй группы захватывают только четвертичные отложения. Они могут быть при крутизне скатов 8˚ и более. Выделяют:

Оползни проседания: образуются в лессовидных породах; длина 5-10 м, ширина 10-20 м, глубина захвата смещения 4-12м.

Оползни течения: длина 10-20 м, ширина 10-30 м, глубина смещения 3-8 м.

Оползни разжижения: только в лессовидных породах, напоминает селевые потоки; длина 10-20 м. Причина – переувлажнение подземными или поверхностными водами

Суффозия – оседание поверхности в следствии выноса мелких пылеватых и песчаных частиц. Могут быть механическими и химическими, развивается в суглинках неогенового возраста.

Овражная эрозия: рост оврагов начинается с промоин скорость роста промоин 0,2-0,5 в год в коренных породах, 1-2 м в год в четвертичных породах, особенно подвержены к размыву лессовидных суглинков.

Речная эрозия: глубина и боковая скорость эрозии 0,1-0,2 м в год. Боковая эрозия происходит за счет оползней и эрозионного сноса 0,1-0,3 м; заболачивание за счет подземных, а иногда за счет поверхностных вод.

На строительной территории наблюдается равная местность. Вблизи строительной территории отсутствуют овраги, оползни и заболоченные территории. Каких либо мер по изменения ситуации не требуется.

 

1.6. Инженерно-геологическая характеристика грунтов

 

По схеме инженерно-геологического районирования территории Нижегородской области изучаемый район принадлежит II-Б-а.

В пределах Нижегородской области район занимает относительно небольшую площадь.

Комплекс флювиоглянциальных отложений днепровского оледенения (fQII) относится к виду песчаных несвязных грунтов, сложен кварцевыми мелко- и среднезернистыми, реже пылеватыми среднеплотными песками, часто с включениями гравия.

Мощность песков, 2-10 метров; глубина залегания зеркала грунтовых вод 1,2 … 13 метров.

 

Геологический индекс	ИГЭ	Наименование грунта	Разрез	Мощность слоя, м	Уровень подземных вод, м	Характеристика грунтов
						С, кПА	φ˚	Е, МПа
	1	Песок кварцевый, мелко-, тонкозернистый с тонкими прослоями суглинка		5,7	1,22-2,6	2-4	30-32	15-22
gQII	2	Суглинок бурый с включениями щебня, песка		11,4	1,6-3,6	18-50	11-19	15-18
J3	3	Глина буровато-серая, темно-серая, известковистая серая		10		19-47	25-75

 

Инженерно-геологические условия района благоприятны в целом для всех видов наземного строительства.

 

1.7. Геолого-экологическая характеристика района

 

Изучаемый район принадлежит Правобережной зоне. Правобережная зона - промышленно-сельскохозяйственная, с загрязнением воздуха и вод в промышленных центрах, повышенным загрязнением и обмелением рек, сильной обезлесенностью территории и смывом почв, применением ядохимикатов и удобрений в сельском хозяйстве, нарушением земель при добыче полезных ископаемых, с очагами развития карста. Для данной зоны характерно широкое развитие просадочных лессовых пород проблематичного и элювиально-делювиального генезиса.

На территории Нижегородской области протекают активные инженерно-геологические процессы, осложняющие процессы строительства и эксплуатации объектов промышленного и гражданского назначения.

 

1.8. Перспективность застройки территории района сооружениями промышленного и гражданского назначения

 

Инженерно-геологические условия изучаемого района благоприятны в целом для всех видов наземного строительства на данной территории.

Но рядом  с этой зоной происходят экзогенные процессы, главным из которых является карст.  Из-за этого при строительстве или эксплуатации могут возникнуть осложнения. Карстовые участки являются неблагоприятными местами для возведения зданий и сооружений.

К изысканиям, проектированию, строительству и эксплуатации промышленных и гражданских зданий и сооружений в районах распространения карста предъявляют особые требования. Соблюдение этих требований – необходимое условие успешного строительства освоения закарстованных территорий.

 

2. Инженерно - геологическая оценка участка, предназначенного для строительства

 

Инженерно - геологическая характеристика приводится на основе инженерно-геологического разреза, построенного по 4 скважинам, глубина которых от 10 м до 14 м.

 

2.1. Физико - географические условия

 

Геоморфологически участок расположен на междуречном пространстве рек Велетьма и Виля. Наибольшая абсолютная отметка поверхности составляет 121,6 м, наименьшая – 117,00 м. Поверхность участка не ровная, характеризуется значительным уклоном. Грунт включает в себя отложения проблематичного генезиса.

 

2.2. Геологическое строение

 

В геологическом строении участка принимают участие породы четвертичной и пермской системы. Характеристика слоев приводится в следующей таблице.

№ слоя	Возраст и генезис	Литология	Высотное положение в абс. отм.		Глубина залегания от поверхности		Мощ ность слоя
			кровля	подошва	кровля	подошва
1		Песок	117.00-121.60	111.30-119.20	0.00	5.70-1.10	5.70-1.10
2		Суглинок	111.30-119.20	105.40-115.60	5.70-1.10	6.00-13.00	1.14-11.90
3		Глина	105.40-115.60	111.60-104.40	10.00-13.00	10.00-14.00

 

2.3. Гидрогеологические условия

 

Скважинами вскрыт один водоносный горизонт. Тип горизонта –без напорный.  Водосодержащими породами служит песок мелкой и средней крупности мощностью  3,7-4,5м  и глина.  Зеркало грунтовых вод лежит на глубине 1,22-2,60 м от поверхности земли. Положение поверхности подземных вод в абс.отм. 115,78-116,40 м.

Уклон поверхности подземных вод (J),

J =

где  - разность положения уровня в абс.отм. по скважинам;

                  - расстояние между скважинами, м.

J = = 0,23

Уклон поверхности подземных вод равен 0,23>0 , значит подземные воды образуют поток.

Основным источником питания являются атмосферные осадки, закономерно распределяемые в течение года и в многолетнем цикле в соответствии с климатическими условиями местности. Подземные воды питаются в местах выхода водосодержащих пород на поверхность. Минералогический состав водосодержащих пород представлен песками и глинами, которые являются растворимыми. Для данных пород коэффициент фильтрации > 1 м/сут  и <0,001 м/сут соответственно. Горизонт защищен, предполагаемый тип подземных вод – гидрокарбонатный кальциевый. Минерализация составляет <1 г/л. Воды могут быть неагрессивные или  слабоагрессивные. Наименьшее положение уровня подземных вод отмечается в летние и зимние периоды. Наивысший уровень подземных вод фиксируется в весенний период.

 

2.4. Инженерно – геологическая характеристика грунтов

№ слоя	Класс	Группа	Подгруппа	Тип	Вид
1	Дисперстные	Несвязные	Осадочные	Минеральные	Пески
2	Дисперстные	Связные	Осадочные	Минеральные	Суглинки
3	Дисперстные	Связные	Осадочные	Карбонатные	Глинистые грунты

 

Согласно классификации грунты подразделяются на классы, группы, типы, виды и разновидности.

 В разделе выделено 6 Инженерно-геологических элементов. Далее в таблице приводится подробная характеристика грунтов, вскрытых скважинами.

 

 

 

№ ИГЭ	Возраст и генезис	Литология	Высотное положение		Глубина		Мощность слоя, м	Коэф-т пористости, е	Консистенция
			кровля	подошва	кровля	подошва
1-а		Песок светло-серый, средней крупности, кварцевый	117,00-119,00	111,30-112,70	0,00	5,70-6,30	5,70-6,30	<0,55
1-б		Песок светло-желтый, мелкий с прослойками суглинка	119,00-121,60	112,30-119,2	0,00	6,30-2,40	6,30-2,40	0,60
2-а		Суглинок бурый, с прослоями песка, включением щебня	111,30-117,00	110,16-114,00	5,70-8,50	6,84-6,50	1,14-0,90	0,55-0,65
2-б		Суглинок бурый опесчаненный	119,20-117,30	115,60-105,40	2,40-1,10	6,00-13,00	4,40-11,90	0,55-0,65
3-а		Глина буровато-серая, опесчаненая, известковистая, твердая	110,16-111,00	107,00-108,00	6,84-5,84	10,00-9,00	3,20-3,70	0,55-0,65	0-0,25
3-б		Глина темно серая, с прослоями песка, плотная	105,40-115,6	104,4-111,60	6,00-13,00	10,00-14,00	1,00-4,00	0,55-0,65	0-0,25