Лабораторные исследования
В апреле этого года наша группа проходила часть геологической практики в лаборатории мытищинского филиала Московского Государственного Строительного Университета. Там мы ознакомились с инструментами проведения геологических работ, методами добычи пород и способами их изучения. Например, на стенде, показанном на фотографии ниже, выставлены буровые инструменты, т.е. инструменты, с помощью которых проводится механическое бурение породы с целью изучения ее геологических свойств. Такие работы проводятся на начальном этапе строительства, они помогают подобрать оптимальную площадку для будущей стройки.
Лабораторные исследования направлены на изучение следующих свойств грунтов:
· Для песчаных – гранулометрический состав, который дает точное название.
· Для глинистых – пластичность, чтобы дать точное название
· Для скальных – прочность при одноосном раскалывании
· Для всех – изучение химического состава
Вид и качество анализа зависит от состава и особенностей, горных парод, а также от детальности их исследования. Лабораторные исследования подземных вод направлены на изучение химического и бактериального состава загрязнения подземных вод.
Буровые инструменты для механического бурения
Механическое бурение позволяет проходить инженерно-геологические скважины до 500 метров с отбором грунта как нарушенной, так и ненарушенной структуры. При проходке скважин в скальных грунтах применяется колонковый способ бурения, а используемый при этом наконечник называется «буровая коронка». На забой буровая коронка подается за счет колонны буровых труб. Бурение вращательное. При бурении применяются промывочные жидкости для удаления разрушенной на забое породы - шлака, охлаждения инструмента и для закрепления стенок скважины (глинизация). При необходимости, в случае отрыва инструмента от штанги или троса, используется ловильный инструмент: колокол или вилка.
Буровые коронки
Ловильная вилка
Помимо механического бурения так же применяется ручное бурение. Ручное бурение применяется в труднодоступных местах (бурение со льда и в других случаях). Бур геолога используется при бурении скважин малого диаметра (34 мм) и глубины (до 10 м.)
При ручном бурении используются следующие наконечники:
Буровая ложка. Применяется при вращательном способе бурения (ручном и механическом) для проходки грунтов от полутвёрдой до мягкопластичной консистенции. При этом грунт полностью разрушается и мы можем судить только о состоянии грунта и литологическом составе.
Бурение ведётся с помощью буровых штанг.
Наконечник-долото. Применяется при проходке скважин в скальных грунтах. Бурение ведется ударным способом.
Ключ-рукоять
Лопатка.
В целом практика была очень занимательной, было много интересных и новых для нас инструментов, установок, способов изучения пород. Что-то нам было известно до этой практики, что-то мы впервые узнали только в процессе ее прохождения, но в любом случае это было увлекательно и познавательно и эта часть нашего обучения в ВУЗе запомнится нам надолго.
Инженерная геология г.Москвы
Основания московского метрополиса
Москва находится в центре европейской части России, в междуречье Оки и Волги, на стыке Смоленско-Московской возвышенности (на западе), Москворецко-Окской равнины (на востоке) и Мещёрской низменности (на юго-востоке). Территория города на 2012 год составляет 2510 км². Треть (877 км²) находится внутри кольцевой автомагистрали (МКАД), остальные 1633 км² — за кольцевой автодорогой.
Средняя высота над уровнем моря составляет 156 м. Наивысшая точка находится на Теплостанской возвышенности и составляет 255 м, самая низкая точка — вблизи Бесединских мостов, где река Москва покидает город, высота этой точки над уровнем моря составляет 114,2 м. Протяжённость Москвы (без учёта чересполосных участков) с севера на юг в пределах МКАД — 38 км, за пределами МКАД — 51,7 км, с запада на восток — 39,7 км.
Город располагается на обоих берегах реки Москвы в её среднем течении. Помимо этой реки, на территории города протекает несколько десятков других рек, наиболее крупные из которых — притоки Москвы, в частности Сходня, Химка, Пресня, Неглинная, Яуза и Нищенка (левые), а также Сетунь, Котловка и Городня (правые).Многие малые реки (Неглинная, Пресня и др.) в пределах города протекают в коллекторах. В Москве много и других водоёмов: более 400 прудов и несколько озёр.
Рельеф г.Москвы имеет 4 особых района:
1) Юго-Западный(на правом берегу реки Москвы).
Возвышенная территория: Теплостанская возвышенность, Крылатские холмы.
Абсолютная отметка 257 м, Воробьевы горы 200 м.
Рельеф: глубокие овраги, обширные холмы, небольшие речки, сухая холмистая равнина. Благоприятен для строительства.
2) Северо-Восточный.
2) Окончание Клинско-Дмитровской моренной гряды.
3) Полого-холмистый рельеф, абсолютные отметки 160-180 м, неглубокие с пологими бортами долины малых речек, протекает река Яуза; условия благоприятны для строительства по рельефу.
3) Восточный.
4) Западное окончания Мещерской низменности. Район равнинный с отметками 140-160 м. Уклоный пологих холмов 2-3%. Территория отчасти заболочена и относительно неудобна для строительства, поэтому там расположены громадные лесные массивы: Лосиный остров, Измайловский парк (охраняются от застройки)
4) Долина реки Москвы и её крупных притоков.
5) Яуза, Сетунь - притоки реки Москвы.
6) На территории Москвы находится 147 рек.
Река Неглинная заключена в трубу при Екатерине II. Протекает под улицей Неглинной, Петровкой, Театральной площадью и площадью Революции.
Геологическое строение
Москва расположена на Русской платформе (равнине). Платформа- крупная часть земной коры, которая слабо деформируется; жесткая плита из магматических и метаморфических пород, покрыта сверху осадочным чехлом. Фундамент Русской платформы выходит на поверхность в Карелии, на Украине(Днепропетровск), в Воронеже. На территории Москвы он залегает на глубине 1,5-2,5 км и никакого участия в процессах на поверхности не принимает. Осадочный чехол 1,5-2,5 км мощностью сложен породами девонского, каменно-угольного, карбонского, юрского, мелового и четвертичного периодов.
На территории Москвы представлены: протерозоя, палеозоя, мезозоя, кайнозоя. Реальное значение для строительства имеют породы верхних 300 м разреза (породы каменно-угольного (карбон), юрского, мелового и четвертичного периода).
Каменно-угольные отложения: известняк и доломит с прослоями мергелей и глин. Известняк и доломит прочные скальные породы. Расчленены на блоки отдельности, поэтому прочность сильно понижена, а сжимаемость повышена.
Мергель- 50% глины, 50% кальцита. Нерастворим в воде, скальная порода малой прочности, сопротивляется раздавливанию. Модуль деформации трещинных пород меньше в 10-30 раз по сравнению с модулем деформации горных пород в образце.
Прослои глин среди известняка это плотные слежавшиеся карбоновые глины, водонепроницаемые для глин, малосжимаемые и прочные.
Юрские отложения: дисперсные грунты: глины, суглинки, пески (пылеватые и тонкие), супеси. Отличительная особенность: черный цвет, который переходит местами в темный грязно-зеленый. Залегают горизонтальными слоями, имеют большую пористость и среднюю сжимаемость.
Меловые отложения: мелкие пески, зеленовато-бурые суглинки морского происхождения с прослоями глин.
Четвертичные отложения: пески, супесь, суглинки, глины различных происхождений.
Континентальные отложения, речные на пойме, ледниковые и водно-ледниковые, болотные и озёрные, покровные. Наиболее древние из них водно-ледниковые и ледниковые отложения. Ледник на территории города проходил 3 раза за последние 300 000 лет. Последний раз около 15 000 лет назад. Ледник оставил 3 слоя ледниковых отложений: морена (суглинки с включением гравийно-галечных и валунных фракций)
Морена- бурый цвет, высокая плотность. Плотность много больше плотности всех других дисперсных грунтов города Москвы.
e-коэффициент пористости, e=0,5, для юрских отложений e=0,7, пески e=0,6-0,7, суглинки e=0,7, покровные отложения e=0,8. Морена прекрасное основание для промышленных и гражданских сооружений. На ней стоит Останкинская башня и МГУ.
Водно-ледниковые отложения: это пески и глинистые отложения, сжимаемые, водопроницаемые, средней пригодности для строительства. Не содержат органики, чем они и хороши.
Речные отлоежния: залегают на пойме и террасах; песчаные и глинистые грунты. Не уплотнены, сжимаемы. Строительство производится с применением свай. На террасах реки Москвы пойменный слой почти не сохранился (размыт), поэтому лежат пески.
Покровные отложения: суглинки типа лёсов, макропористые, не просадочные, однородные, PQ3, желто-бурые, сильно сжимаемые, на них не строят, в них проложены траншеи инженерных коммуникаций.
Оползневые отложения: (dpQ4), смещенные вниз по склонах в процессе оползания, деформированные, разрыхленные.
Тектоника.
Территория города Москвы испытывает слабое, медленное, вертикальное движение со скоростями 0,1-0,5 мм в год.
Подземные воды.
Залегают в аллювиальных отложениях реки Москвы на уровне реки Москвы ~116-120 м.
1) Грунтовые воды аллювиальных отложений 120 м
2) Межпластовые воды надъюрского горизонта
3) Третий напорный водоносный горизонт
Геологические процессы.
7) Протекают на территории города геологические процессы, которые приводят к деформации зданий и сооружений в плоть до их разрушения. Для обеспечения сохранности здания перед строительством выполняют инженерные изыскания с целью прогнозирования процессов и заложения в проект мер борьбы с ними. Эти процессы называются: карст, суффозия, эрозия, оползни, пучения, подтопления.
8)
9) Карст- растворения горных пород (известняков). Одновременно этим термином определяется система пустот пещерных образований при растворении. Пещеры опасны тем, что вызывают провалы на поверхности земли. Половина Москвы потенциально провальные территории, особенно опасно Хорошевское шоссе.
10) Суффозия- вынос мелких частиц грунта подземным потоком, подземный размыв грунта. Протекает в песках при больших скоростях подземных вод.
11) Эрозия- размыв грунтов поверхностными водами. Река Москвы размывает берег, подмывает сооружения. Для защиты от эрозии строятся набережные.
12) Оползни- медленные движения грунта на склоне под действием силы тяжести.
13) Пучения- расширение грунта при замерзании. Характерны для глинистых грунтов. Местами подъем грунта достигаем 15 см при этом разрушается дорожное покрытие и поднимаются сооружения, которые не заглублены ниже границы сезонного промерзания (для Москвы 1,4 м).
14) Подтопления- подъем уровня подземных вод с замачиванием фундамента и подвалов.
Районирование города Москвы.
I. Условия строительства благоприятны, карста нет, грунты с хорошей несущей способностью(морена), рельеф благоприятен для водоотведения.
II. То же, но грунты несколько хуже, подземные воды ближе и возможны карстопроявления.
III. Низменная равнина, переувлажненная, неблагоприятные условия стока водоотведения; грунты: морена, водно-ледниковые, меловые отложения. Пригоден для строительства.
IV. Сложные условия строительства, грунты песчаные и глинистые. Возможны проявления карста, суффозии, оползни. Мощная толща техногенных грунтов.
Маршрут: ст. метро «Молодежная», Крылатские холмы.
Точка наблюдения №1.
Абсолютная отметка поверхности 190 м.
Рельеф: холмисто-бугорчатый, высота холмов 10-15 метров, крутизна холмов до 70 . Холмы задернованы почвенным слоем. На 10% обкаменны, происхождение связано с ледниковой деятельностью в начале четвертичного периода ( Московское оледенение)
Геологическое строение: под почвенно-растительным слоем холмов мощностью до 10 см, залегают суглинки бурого цвета, твердой и полутвердой конструкции, средней плотности и плотные с включениями обломочных материалов местами до 50%. Грунт неоднородный, не отсортированный, содержит карманы песчаного материала, видимой мощности.
Точка наблюдения №2.
В 100 м на север от точки №1.
Рельеф: начало промоины v-образной формы, глубина промоины до 3 метров, ширина по верху до 5 метров, борты задернованы, происхождение промоины связано с процессом плоскостного смыва в весенний период. Талые воды соединяются в единый водоток и прорезают все глубже и глубже промоину.
Геологическое строение: склоны промоины сложены флювиогляциальными отложениями четвертичного периода Московского оледенения fg Q1-2. Они представлены песками бурого цвета, разнозернистыми, средней плотности, влажными с глубиной, водонасыщенными, неоднородного сложения, плохо отсортированными, содержащими около 15% обломочного материала. Видимая мощность в глубину 5-7 метров.
Гидрогеологические условия: в этих отложениях на глубине 4 метров от поверхности Земли подземный водонасыщенный горизонт грунтового типа, безнапорный, водовмещающими горными породами являются флювиогляциальные пески, водоупором являются меловые отложения аптского грунта.
Точка наблюдения №3.
Рельеф: середина проталины (v-образной формы), глубина оврага до 10 метров, ширина по верху 10 метров. Борта проталины крутые (70º-80º), задернованы, частично обнажены.
Геологическое строение: под флювиогляциальными отложениями залегают горные породы мелового периода аптского яруса, они представлены песками белого цвета, средней плотности сложения, с глубиной появляются песчаники. В минеральном составе присутствует кварц, килый плагиоклаз. Мощность песка 8-10 метров.
Гидрогеологические условия схожи с точкой №2.
Точка наблюдения №4.
Третья надпойменная терраса реки Москвы. Абсолютные отметки Hmax=160м, Hmin=155м.
Рельеф: протяженность в рассматриваемом створе около 1000 м. Поверхность третьей надпойменной террасы имеет уклон в сторону реки. Поверхность полностью задернована, имеются отдельно стоящие деревья. Третью надпойменную террасу прорезает овраг v-образной формы, борта крутые, частично задернованы, имеются деревья саблевидной формы, глубина оврага до 30 метров. Внизу оврага имеется ручей, который питается подземными грунтовыми водами. Абсолютная отметка уреза воды в реке -125 метров.
Геологическое строение: под почвенно-растительным слоем (10см) залегают нерасчлененные аллювиально-флювиогляциальные отложения четвертичного периода- пески разнозернистые серо-жёлтого цвета средней плотности с включением до 10% гальки и гравия, неоднородные, мощностью 3-5 м. Ниже залегают коренные горные породы мелового периода: кислый плагиоклаз и слюды. Видимая мощность 10-12 метров.
.
Пьяный лес
Точка наблюдения №5.
Оползневый склон dQ4. Представлен тремя террасами, шириной 70-80 м , возвышающимися через каждые 3-5 м. Каждая терраса сложена песчаными отложениями мелового периода. Нижниые части террасы заболочены dQ4.
Причины образования оползневого рельефа:
· Крутой склон берега 70º-75º
· Слабые грунты слагающие слой kine
· Эрозионная деятельность реки
· Уровень грунтовых вод УГВ
· Глины (водоупор) I3vlg
Точка наблюдения №6.
Вторая надпойменная терраса реки Москвы.
Абсолютные отметки: Hmax=140 м
Hmin=130 м
Рельеф: Протяженность 600 м, поверхность ровная, полностью задернована, покрыта отдельными кустами. Вторую надпойменную террасу прорезает овраг Безымянный, овраг v-образной формы, глубиной 10-15 метров, имеет затухающий характер, борта задернованы и частично обнажены, покрыт деревьями.
Геологическое строение: по происхождению цокольная часть сложена аллювиальными отложениями.
В разрезе выделено 3 горизонта:
- под почвенно-растительным слоем залегает супесь черного цвета полутвердой консистенции, средней плотности, имеющая включения гравия и гальки 10-15%, мощностью 1 метр
- песок серый, средней плотности, однородный, мощностью слоя 3 метра
-маломощный слой галечника и гравия скальных пород, мощностью слоя 0,5 м. Эти горизонты подстилаются аллювиальными отложениями мелового периода: песок серый aQ3.
Точка наблюдения №7.
Пойма реки.
Абсолютные отметки: Hmax=130 м
Hmin=125 м
Рельеф: протяженность в данном рассматриваемом створе 1 км, поверхность высокой поймы ровная, слегка волнистая, задернована, отдельно наблюдаются деревья и кусты, слабо расчленена.
Геологическое строение: по происхождению-аккумулятивная (сложена аллювиальными отложениями). В разрезе выделяется 3 слоя:
1) под почвенно-растительным слоем залегает мелкий серый песок с включениями до 10% гальки и гравия, однородный отсортированный, мощностью до 1,5 метров
2) крупный песок серовато-жёлтый, плотный, местами рыхлый, влажный до полного насыщения мощностью 2-2,5 м.
3) гравийно-галечниковый горизонт мощностью до 1 метра, полностью водонасыщенный, подпираемый аллювиальными отложениями юрских горных пород.
Гидрогеологические условия: водный горизонт вмещается в аллювиальные отложения высокой поймы, это грунтовые воды безнапорного типа, питание- атмосферные осадки, объединяется с водоносным горизонтом третьей надпойменной террасы.
Заключение.
В процессе прохождения практики студенты ознакомились с назначением и основными принципами организации инженерно-геологических изысканий, с методами и средствами этих изысканий. Были получены представления о буровых работах, полевых методах опробования грунтов. Каждый студент выполнил обработку данных по штамповым испытаниям, по динамическому зондированию установкой УБП-15М, по определению коэффициента фильтрации грунтов опытными наливами в шурфы и откачками воды из скважин, и конечно, с процессами организации испытаний грунтов. Они ознакомились с устройством средств механизации буровых работ.
В маршруте студенты изучали общие принципы проведения рекогносцировки территории, с геологической точки зрения рассматривалась территория Подмосковья (геоморфология, стратиграфия и тектоника, история развития, гидрогеологические условия, современные геологические процессы и явления).
В результате бригада составила отчет, содержащий текстовые и графические материалы по указанным в содержании темам, а также коллекцию образцов грунтов, встречающихся в долине р.Москвы и индивидуальные задания.