Слайд 1
Техника и технологии инженерно-геологических изысканий
Слайд 2Разведочные и полевые опытные работы являются Важнейшие в составе инженерно-геологических
изысканий
Слайд 4КОЛОНКОВОЕ БУРЕНИЕ
Данный способ характеризуется тем, что грунт разрушается по кругу,
очерчивая контуры диаметра будущей скважины. Когда осуществляется бурение колонками, внутренняя
часть отверстия остаётся целой. Этот керн в последующем извлекается на поверхность.
Слайд 5Особенности
Буровые станки самоходные или передвижные.
Коронки рассчитаны для разной степени твердости
пород – алмазные и твердосплавные
Большая глубина скважин и небольшой диаметр.
Станки
колонкового бурения имеют относительно небольшой вес, что обусловливает их маневренность.
Буровые установки колонкового бурения рассчитаны на работу под различными углами к поверхности.
Слайд 10Процесс бурения
Подготовка поверхности, где будет производиться монтаж установки.
Формирование ям в
грунте в непосредственной близости от площадки для закачки промывочного раствора.
После этих работ начинается процесс бурения скважин.
Бурение, когда буровой снаряд вращается и проникает в почву. Параллельно с этим процессом в отверстие подаётся промывочная жидкость: вода или специальный раствор.
Наполнение трубы керном. Периодически необходимо извлекать на поверхность буровую колонну и по керну определять геологический разрез.
Слайд 11Ударно-канатное бурение кольцевым и сплошным забоем
Слайд 12Вибрационное бурение
Под вибрационным бурением понимается способ, при котором рабочее воздействие
на забой скважины формируется путем передачи породоразрушающему инструменту (виброзонду) через
колонну бурильных труб вибрационной (высокочастотной ударной) нагрузки от поверхностного вибратора.
Слайд 131.Хорошо бурятся физически уплотняемые породы – сухие коры выветривания со
щебнем, гравийно-галечниковые и т.д. Слабые непрочные скальные породы (угли, каменная
соль, меловые отложения) абсолютно не поддаются вибробурению.
2. Плохо бурятся - плывуны — обильно-обводненные пески и близкие по строению к ним лессовидные породы, практически не имеющие механической прочности в свободном состоянии.
3. Вибрационное бурение имеет ограниченную глубину применения до 36 м. Так как с глубиной вибрация рассеивается по колонне труб.
Слайд 14Шнековое бурение
Шнековое бурение относится к одному из видов вращательного бурения.
Сам термин «шнековое» происходит от слова «Schnecke», что в переводе
с немецкого означает винт, завиток, улитка.
Слайд 16Этот вид бурения существенно отличается от других видов, в частности,
в том, что при этой работе выполняется удаление разрушенной породы
и ее транспортирование по скважине не потоком очистного агента, а за счет вращения колонны.
Шнековое бурение очень широко распространено, является универсальным способом, используемым для проходки скважин небольшой глубины в мягких или рыхлых породах. Этот способ удобен для выполнения работ в галечных породах. Он также широко распространен в сейсморазведке, разработке взрывных скважин, при инженерных исследованиях гидрогеологической направленности, геологических съемках, поиске полезных ископаемых.
В инженерной геологии для целей исследования прочностных и деформационных свойств не применим. Нам нужны образцы ненарушенного сложения!
Слайд 17Современные отечественные буровые станки
Основные проблемы инженерно-геологического бурения:
необходимость пробоотбора неустойчивых
водонасыщенных пород;
необходимость бурения большими диаметрами;
необходимость медленного бурения укороченными рейсами и
без промывки;
использование пробуренных скважин для полевых опытов;
необходимость бурения в стеснённых условиях (проблема лёгких переносных станков)
Слайд 18Буровым работам при инженерно-геологических изысканиях посвящена обширная справочная и методическая
литература
Слайд 19
За рубежом в неустойчивых породах широко применяются способы бурения с
непрерывной обсадкой (технология ODEX)
Когда начинается бурение,
расширитель ODEX выдвигается и
разбуривает
пилотную скважину
диаметром, достаточным для непрерывного спуска обсадной колонны вслед за буровым наконечником.
Когда достигнута заданная глубина,
меняется направление вращения,
вследствие чего расширитель утапливается, позволяя буровому наконечнику убираться внутрь буровой колонны.
Если обсадная колонна оставлена на
забое, буровая скважина может быть
заполнена цементным раствором.
Цементная пробка разбуривается, и
проходка скважины продолжается до
заданной отметки.
Слайд 20Отбор керна, монолитов и образцов, документация керна, транспортировка и хранение
образцов и монолитов определяют культуру производства изысканий и достоверность информации.
Указанные
моменты закреплены ГОСТ 12071 – 2000.
Слайд 21Одна из самых сложных проблем – отбор проб водонасыщенных песков
Слайд 23Схема статического зондирования грунта по методу СРТ (Cone Penetration Test)
Полевой
компьютер;
Глубинный синхронизатор;
Зонд и кольца измерения порового давления;
Интерфейс-коммутатор;
Микрофон;
6. Трехканальный
зонд с инклинометром, аккумулятором и генератором цифрового сигнала
Слайд 24Многоцелевые пенетрационно - буровые установки – реализация новейших технологий в
инженерных изысканиях
Сердце пенетрационно-буровой установки Geotech 605D
Слайд 25Расширенная процедура интерпретации данных зондирования.
Большая частота и точность замеров при
статическом зондировании позволяют не только детально расчленять геологический разрез, но
и оценивать физическое состояние и свойства грунтов.
Это особенно важно при проектировании свайных оснований.
Совмещённые графики зондирования
Начальный цифровой файл
Классификационные диаграммы грунтов
Плотностной разрез по результатам зондирования
Слайд 26В инженерно-геологических изысканиях применяются различные технические средства и технологии
Наиболее достоверную
информацию о деформационных свойствах горных пород дают пробные нагрузки на
штампы в шурфах и скважинах
Sу
Sост
нагрузка
разгрузка
Е0 = (1-μ)ωd ΔP/ ΔS
μ - коэффициент Пуассона
d – диаметр штампа
ΔР - диапазон нагрузки
ΔS – диапазон осадки
Слайд 28В скважинах глубиной до 20 м наиболее технологичным является винтовой
штамп
Винтовой штамп ШВ60 предназначен для определения в полевых условиях модуля
общей деформации Е0 песчаных, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов (ГОСТ 20276-99. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости.
Слайд 30В определённых условиях штамповые испытания могут быть заменены прессиометрическими опытами
Е0
= kr0 ∆P/ ∆r
r0 – начальный радиус скважины, соответствующий значениям
Рн и ∆rн
∆P – приращение величины давления на стенки скважины на участке 2 - 3
∆r – приращение перемещения стенки скважины (по радиусу) на участке 2 - 3
k – корректирующий коэффициент
Слайд 32Большое внимание при инженерно-геологических изысканиях уделяется изучению
прочностных свойств пород
Прочностные
характеристики
(общее сопротивление сдвигу, угол внутреннего трения и удельное сцепление)
могут быть получены с помощью вращательного среза или поступательного среза в скважинах
Слайд 34В последнее время стали применяться комплексные технологии, основанные на использовании
лопастных прессиометров, которые позволяют в одном интервале определить сжимаемость и
прочность пород
Слайд 35Лопастные прессиометры могут работать в сложных геологических условиях и на
различной глубине
Слайд 36Специальное программное обеспечение позволяет всесторонне анализировать материалы зондирования и сопутствующих
исследований
Слайд 37Для исследования песчано-гравийных разрезов широко применяется
динамическое зондирование
Самоходная установка динамического зондирования
( производство компании «Фугро»)
(глубина зондирования до 20 м)
Слайд 38Технология динамического зондирования весьма разнообразна и может применяться для различных
грунтов
Слайд 39Интерпретация результатов зондирования носит эмпирический характер и закреплена в табличной
форме в нормативных документах
Слайд 40Лабораторные исследования состава, состояния и свойств грунтов – важнейшая часть
инженерных изысканий
Слайд 41Современная инженерно-геологическая лаборатория оснащена различными компьютеризированными приборами (одометры, приборы прямого
среза, стабилометры).
Слайд 42В одометрах моделируется компрессионное сжатие породы в условиях невозможности бокового
расширения
Слайд 43Трёхосные испытания грунтов позволяют наиболее точно моделировать напряжённое состояние грунтов
и прогнозировать их деформационное поведение.
Слайд 44Среди полевых методов инженерно-геологических изысканий особое место занимают геофизические методы,
позволяющие решать широкий круг разведочных задач.
В настоящее время геофизические методы
могут привлекаться для решения разнообразных геологических, гидрогеологических и специальных задач: от изучения строения массива до контроля качества выполнения буронабивных свай. Рекомендуемые виды и объёмы геофизических работ приведены в Приложениях 3 и 4 (по СП 11-105). Среди всего разнообразия геофизических методов для инженерно-геологических исследований, прежде всего, следует выделить:
электроразведку,
сейсморазведку,
ядерные методы.
Слайд 45Различные модификации электроразведки основаны на наблюдениях за особенностями распространения естественных
или искусственных электромагнитных полей в горных породах.
Эти особенности зависят, прежде
всего, от способности горных пород проводить постоянный или переменный электрический ток.
Одним из важнейших параметров, характеризующих электрические свойства грунтов, является их удельное электрическое сопротивление, измеряемое в омах на кубический метр.
Для горных пород эта величина варьирует от долей до сотен тысяч ом . метров. Зависит она от литологического состава пород, их структуры, пористости и трещиноватости, степени водонасыщения и минерализации поровой влаги.
Слайд 46Для чего применяем?
расчленение разреза на литологические слои;
определение глубины залегания кровли
скальных грунтов;
картирование погребенных речных долин;
картирование вечномерзлых грунтов;
выявление и оконтуривание закарстованных
зон;
установление и прослеживание тектонических нарушений и зон трещиноватости;
определение положения уровня грунтовых вод;
определение направления и скорости движения подземных вод;
определение коррозионной активности грунтов и наличия блуждающих токов.
Слайд 47Большая группа сейсмических методов привлекается для решения двух групп задач:
изучения геологического строения (условий залегания различных пород) и изучения физического
состояния и физико-механических свойств пород.
Все сейсмические методы базируются на наблюдениях за распространением в массиве упругих колебаний, вызванных ударным воздействием. В зависимости от используемых диапазонов частот упругих волн различают методы:
сейсмические (менее 200 – 300 герц),
акустические (от 200 – 300 до 10 000 – 20 000 герц)
ультразвуковые (более 10 000 – 20 000 герц).
Общий вид аппаратуры для сейсмического профилирования
(томографическое просвечивание)
Слайд 48Современные сейсмические зонды (геофоны или акселерометры) позволяют фиксировать весь спектр
упругих волн в грунтах, при этом могут быть отфильтрованы паразитические
шумы, сняты эффекты смазывания, искажения и смещения фаз.
Соответственно разработан математический аппарат, позволяющий отфильтровывать ошибочные или аномальные данные и определять скорости продольных и поперечных волн с достаточно высокой точностью и с учётом физического состояния и свойств грунтов.
В рамках статического анализа упругой среды могут быть получены важнейшие характеристики скальных и полускальных грунтов:
коэффициент Пуассона μ,
модуль сдвига G0,
модуль Юнга E,
модуль объёмной деформации B:
Слайд 49Сейсмическая томография позволяет получить представление о неоднородности состава и свойств
грунтового массива
Обычный скоростной разрез - слоистая градиентная среда
Распределение коэффициента Пуассона
иллюстрирует дискретно-очаговую неоднородность массива
Слайд 50Общая характеристика ядерных методов, применяемых при инженерно-геологических исследованиях
Ядерные методы подразделяются
на две группы:
- методы, основанные на замере естественной радиоактивности горных
пород, подземных вод и воздуха;
- методы, использующие искусственное облучение горных пород нейтронами или гамма – излучением.
Слайд 51Основные модификации ядерных методов, применяемых в инженерно-геологических исследованиях
Слайд 52
Большим преимуществом ядерных методов является возможность исследовать горные породы и
определять их плотность и влажность в условиях естественного залегания непрерывно
по всему разрезу, не прибегая к трудоёмким операциям по отбору проб.
Слайд 53В инженерно-геологических исследованиях в шурфах и котлованах успешно применяются глубинные
плотномеры, в которых интенсивность ионизирующего излучения сопоставлена с плотностью грунта
в условиях естественного залегания
Слайд 54Комплексные инженерно-геологические исследования в настоящее время обрабатываются и анализируются с
помощью модульных компьютерных программ, например, GeODin Kompakt Edition
Помимо частных программ
обработки необходимы комплексные аналитические программы, позволяющие использовать разнородные текущие и архивные данные, например технология экспертного аналитического картирования (см. ниже).
Слайд 56Состав и содержание инженерно-геологических отчетов
а) ситуационный план площадки с нанесением
инженерно- геологических выработок (скважин, шурфов, точек зонд. и т.п.);
б) техническое
задание проектной организации;
в) геоморфология (рельеф) площадки;
г) подробное освещение напластования грунтов сверху вниз, в виде колонок, разрезов, характеристик слоев грунтов;
д) режим подземных вод;
е) фактически материалы по определению характеристик грунтов;
ж) заключение и рекомендации.
Слайд 59Таблица нормативных и расчетных характеристик грунтов
Слайд 60Нормативная литература - не более и не менее чем обобщение
опыта строительства и инженерных изысканий!
ации
Слайд 61Нормативная литература (продолжение)
14. ГОСТ 12248-96 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик
прочности и деформируемости».
15. ASTM D 5311-92. Standard Test Method for
Load Controlled Cyclic Triaxial Strength of Soil.
16. ASTM D 3999-91 Standard Test Method for the Determination of the Modulus and Damping Properties of Soil Using the Cyclic Triaxial Apparatus.
См. система ISO в Республике Белорусь.