Метод физического моделирования основан на проведении в лабораторных условиях различных испытаний. В зависимости от прогнозируемого процесса могут применяться различные экспериментальные установки. На рисунке рассмотрена установка для моделирования экзогенных геологических процессов, скрытых от прямого наблюдения. В данном случае для моделирования суффозионного процесса на конкретной местности.
Рис. 11.7. Установка для моделирования суффозионного процесса.
НАТУРНЫЕ АНАЛОГИИ
Суть метода натурных аналогий заключается в выборе объекта аналога, близкого по своим геометрическим характеристикам и геологическому строению к исследуемому объекту, и в дальнейшем совместном наблюдении за ними. За объект аналог принимаются такие объекты, активизация геологических процессов на которых не могут оказать вредного воздействия на инженерно-хозяйственную деятельность человека. При этом возможны натурные испытания опытными нагрузками объекта аналога. Применение метода натурных аналогий можно увидеть на примере прогнозирования переработки берегов водохранилищ.
Рис. 11.8. Сравнение исследуемого и объекта-аналога.
Задача №1
Проектируется цех с мокрым технологическим процессом, в котором используются кислоты и другие материалы. В таком цехе возможны утечки, которые могут повлечь за собой изменение свойств грунтов основания. Постройте геологический разрез по данным бурения четырех скважин (табл. 11.1.) и выберите такое место для цеха длиной 20 м, где он нанесет минимальный ущерб геологической среде. Спрогнозируйте изменение геологической среды в случае расположения здания на других участках. Скважины 1, 2, 3, 4 расположены через 50 м на одной прямой.
Описание буровых скважин
Таблица 11.1
№ скважины абс. отметка, м | Геолог. возраст | Мощность слоя, м | Наименование горной породы | Глубина залегания УПВ, м |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
1 50,2 | tQ4 mP2 mP2 | 1,0 8,0 4,0 | Глыбы и щебень Песчаник и конгломерат на железистом и кремнистом цементе Известняк | Встречен на глубине 9,0м. Установился на глубине 5,0м. |
2 50,2 | mP2 mP2 mP2 | 1,0 8,0 1,0 | Конгломерат Известняк Глина твердая | 5,0 |
3 50,2 | mP2 mP2 | 1,0 9,0 | Известняк Глина твердая | |
4 51,4 | tQ4 mP2 mP2 | 3,0 2,0 5,0 | Суглинок со щебнем Глина твердая Песок плотный, мелкий | 6,0 |
5 42,0 | lhQ4 lQ4 lQ4 | 0,5 5,0 1,5 | Торф Песок Суглинок | 0,7 |
6 42,3 | lhQ4 lhQ4 lhQ4 lQ4 | 2,0 3,0 3,5 2,0 | Торф Лёд Песок Суглинок | |
7 42,0 | lhQ4 lQ4 | 0,8 6,0 | Торф Песок | 0,4 |
8 42,0 | lQ4 lQ4 | 6,0 2,0 | Песок Суглинок | 1,0 |
9 10,0 | mQ2 mQ1 mQ1 mQ1 mQ1 | 1,0 4,0 4,0 3,0 2,0 | Песок мелкий Глина песчанистая Песок пылеватый Глина Песок мелкий | 8,0 Встречен на глубине 12,0м. Установился на глубине 6,1м. |
Продолжение табл.11.1
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
10 6,0 | mQ1 mQ1 mQ1 mQ1 mQ1 | 2,0 3,0 3,0 1,0 5,0 | Глина песчанистая Песок пылеватый Глина Песок мелкий Глина | 4,5 Встречен на глубине 8,0м. установился на глубине 2,6м. |
Примечание: Последняя цифра по скважине дает не полную, а вскрытую мощность слоя. Подошва слоя ниже забоя скважины. |
Задача№2.
По данным бурения четырех скважин 5, 6, 7, 8 (см. табл. 11.1), находящихся на одной прямой линии, постройте геологический разрез участка, находящегося в вечномерзлом состоянии и покрытого таежной растительностью. Где в пределах участка можно организовать открытую стоянку для транспортных и дорожных машин и где устройство стоянки приведет к необратимым и вредным изменениям геологической среды? Спрогнозируйте эти процессы во времени. Расстояние между скважинами 50 м.
Задача №3
Новый квартал приморского города возведен на неуплотненных песчано-глинистых грунтах лиманно-морского происхождения. В пределы квартала попал древний склеп (рис.11.9), рационально размещенный строителями ниже глубины промерзания и немного выше уровня подземных вод, постоянство которого поддерживалось на протяжении веков постоянством уровня моря. Благодаря расположению склепа выше подземных вод в нем сохранялись постоянная температура и влажность, что обеспечило прекрасную сохранность античных фресок 1 века н. э.
Постройте геологический разрез, используя рис.11.9 и результаты бурения скважин 9 и 10 (табл.11.1). Покажите грунтовый и напорный водоносные горизонты. К каким изменениям состояния склепа приведет постройка жилого дома на указанном участке? Какие меры по охране окружающей среды следует предпринять для сохранения памятника культуры?
Рис. 11.9. Геологическая карта №1:
1 —стратиграфические границы; 2 — границы стратиграфического несогласия в толще дочетвертичных отложений; 3 — участки с бугристым оползневым рельефом; 4 — источник; 5 — буровая скважина и ее номер; 6 — линия разреза; 7 — абсолютная отметка меженного уреза воды в реке; 8 —горизонталь рельефа.
Задача №4
Рассмотрите юго-восточный угол геологической карты №1 (рис.11.9), ограниченный горизонталью 520 м. Определите с помощью рис.11.10 и табл.11.2 и охарактеризуйте грунты, которые здесь залегают. В какой части этой территории рационально разместить площадку проектируемого завода, если для него отводится 10 га? Какие вредные геологические процессы могут проявиться на данной территории в случае утечек воды на промышленном предприятии?
Рис. 11.10. Стратиграфическая колонка к геологической карте №1
Задача №5
На геологической карте №1 (см. рис. 11.9) показана река, протекающая с запада на восток. По левому борту долины проектируется дорога. Сравните три варианта прохождения трассы на абсолютных отметках: 1) 475 м; 2) 486...490 м; 3) 510—515 м. Какой из вариантов трассы наиболее рационален по геологическим условиям с точки зрения охраны геологической среды? Для какого из вариантов возможны временные перерывы в эксплуатации дороги в связи с геологическими или гидрологическими (на реке) процессами? Для сведения: первая надпойменная терраса застроена, прокладка дороги вдоль склона будет осуществляться в полувыемке-полунасыпи.
Описание буровых скважин к геологической карте №1
Таблица 11.2
№ скважины абс. отметка, м | № слоя | Возраст горных пород | Описание горных пород | Глубина залегания подошвы слоя, м | Глубина залегания уровня воды, м | |
появ. | установ. | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
203 531,6 | eQ N1 I3 I2 | Лёсс желтовато-серый Песок мелкий, плотный Глина черная, твердая Алевролит плитчатый, трещиноватый | 7,6 10,8 61,0 70,5 | 9,5 61,0 | 9,5 51,3 | |
204 532,2 | eQ N1 К1 I3 | Лёсс желтовато-серый Песок мелкий, плотный Мергель сильно трещиноватый Глина черная, твердая | 8,4 10,5 34,7 47,0 | 32,4 | 32,4 | |
205 532,7 | eQ К2 К1 I3 | Лёсс желтовато-серый Известняк трещиноватый, закарстованный Мергель трещиноватый Глина черная, твердая | 7,8 21,2 79,1 82,0 | 52,7 | 52,7 | |
206 499,3 | eQ I1 T3 T2 | Щебень песчаника с супесью Известняк трещиноватый, Мергель трещиноватый Глина черная, твердая | 1,2 15,0 71,7 76,0 | 7,9 71,7 | 7,9 17,3 | |
207 538,5 | eQ N1 К1 I3 I2 | Лёсс буровато серый Песок мелкий плотный Мергель сильно трещиноватый Глина черная, твердая Алевролит плитчатый трещиноватый | 8,8 13,4 25,0 83,0 85,0 | 6,2 23,0 83,0 | 6,2 23,0 51,2 | |
208 545,8 | dQ4 eQ N1 К2 К1 I3 | Супесь макропористая с щебнем Лёсс буровато серый Песок мелкий плотный Известняк кавернозный трещиноватый Мергель сильно трещиноватый Глина черная, твердая | 6,9 16,5 20,7 36,4 95,4 97,0 | 46,3 | 46,3 | |
209 512,1 | eQ I2 I1 T3 | Суглинок бурый макропористый Алевролит плитчатый Песчаник трещиноватый Аргиллит серый плотный | 3,0 13,3 44,9 49,6 | 17,2 | 17,2 | |
210 537,9 | eQ N1 I3 I2 | Лёсс буровато-серый Песок мелкий, плотный Глина черная, твердая Алевролит плитчатый | 8,2 11,8 60,1 87,0 | 7,0 60,1 | 7,0 39,0 | |
211 546,3 | dQ eQ N1 К2 К1 I3 | Супесь макропористая с щебнем Лёсс буровато серый Песок мелкий плотный Известняк закарстованный Мергель трещиноватый Глина черная, твердая | 7,3 14,0 17,1 29,6 87,5 101,2 | 43,0 | 43,0 | |
212 481,7 | рQ4 aQ4 T3 T2 | Суглинок со щебнем Песок средней крупности Аргиллит серый плотный Известняк трещиноватый | 7,3 21,6 26,1 41,5 | 5,4 26,1 | 5,4 3,0 |
Продолжение табл. 11.2
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
213 478,2 | aQ4 aQ4 aQ3 aQ3 T2 | Супесь Песок мелкий кварцевый Суглинок серый иловатый Песок крупный с гравием и галькой Известняк трещиноватый | 7,5 19,8 26,2 31,9 40,0 | 3,4 26,2 | 3,4 1,4 | |
214 491,4 | aQ3 aQ3 aQ3 T3 T2 | Песок пылеватый с органикой Суглинок серый иловатый Песок крупный с гравием и галькой Аргиллит плотный Известняк трещиноватый | 29,7 38,0 41,5 45,0 49,0 | 16,5 38,0 45,0 | 16,5 14,3 13,0 | |
215 515,6 | dpQ I3 I2 I1 | Глина черная с зеркалами скольжения Глина черная твердая Алевролит плотный плитчатый Песчаник кварцевый | 15,6 36,4 65,0 70,8 | 41,0 | 41,0 | |
216 477,5 | aQ4 aQ4 aQ4 aQ3 aQ3 I1 | Супесь с включением валунов и гальки Песок крупный с гравием рыхлый Песок пылеватый средней плотности Суглинок иловатый серый Песок с гравием и галькой Песчаник кварцевый | 6,5 12,6 17,1 26,2 36,1 38,9 | 26,2 | 4,5 | |
217 493,8 | aQ3 aQ3 aQ3 aQ3 I3 I2 | Супесь бурая макропористая твердая Песок пылеватый средней плотности Суглинок иловатый текучепластичный Песок гравелистый плотный Глина черная твердая Алевролит плитчатый | 14,6 32,1 43,3 48,2 60,4 64,3 | 22,6 43,0 60,0 | 22,6 20,0 15,0 | |
218 475,1 | aQ4 aQ4 aQ3 aQ3 I3 | Песок мелкий средней плотности Песок крупный плотный Суглинок иловатый текучепластичный Песок гравелистый Глина черная твердая | 14,0 20,7 24,6 26,7 36,0 | 3,2 24,6 | 3,2 1,0 | |
219 488,9 | dpQ4 I3 | Оползневые образования (глина трещиноватая с глыбами мергеля), водонасыщены Глина черная твердая | 15,5 27,4 | 0,5 | 0,5 | |
220 492,6 | аQ3 аQ3 аQ3 аQ3 I3 | Супесь бурая макропористая Песок пылеватый плотный Суглинок иловатый текучепластичный Песок гравелистый плотный Глина черная твердая сланцеватая | 13,71 30,3 43,6 47,1 55,0 | 21,4 43,6 | 21,4 19,2 | |
221 477,4 | аQ4 аQ3 аQ3 К1 I3 | Супесь бурая макропористая с гравием Песок пылеватый плотный Суглинок иловатый текучепластичный Мергель бурый трещиноватый Глина черная твердая сланцеватая | 8,4 15,1 19,0 23,9 35,0 | 5,8 19,0 | 5,8 6,2 | |
222 478,2 | аQ4 аQ4 К1 I3 | Супесь бурая макропористая Песок рыхлый гравелистый Мергель бурый трещиноватый Глина черная твердая сланцеватая | 4,2 18,3 26,0 41,2 | 7,7 | 7,7 |
Продолжение табл. 11.2
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
223 540,2 | dQ eQ N1 К1 I3 | Супесь со щебнем Лёсс буровато-серый Песок мелкий Мергель трещиноватый Глина черная твердая | 1,2 8,1 13,6 30,3 36,6 | 6,4 | 6,4 | |
224 520,0 | eQ I2 I1 T3 T2 | Суглинок полутвердый Алевролит плитчатый Песчаник кварцевый Аргиллит серый плотный Известняк трещиноватый | 1,0 9,5 34,0 79,2 86,5 | 30,0 79,2 | 30,0 60,0 | |
232 493,0 | аQ3 аQ3 аQ3 аQ3 I3 | Супесь бурая твердая макропористая Песок пылеватый средней плотности Суглинок иловатый текучепластичный Песок гравелистый средней плотности Глина черная твердая сланцеватая | 14,0 31,1 44,0 47,3 58,0 | 21,8 44,0 | 21,8 19,2 | |
233 478,8 | аQ4 аQ4 К1 I3 | Супесь бурая пластичная Песок средней крупности плотный Мергель трещиноватый водонасыщенный Глина черная твердая сланцеватая | 4,2 18,4 27,0 46,0 | 7,5 | 7,5 | |
234 478,8 | аQ4 аQ4 аQ3 аQ3 Т3 Т2 | Супесь бурая пластичная Песок мелкий плотный Песок пылеватый средней плотности Песок крупный средней плотности Аргиллит плотный неводоносный Известняк трещиноватый | 7,5 19,8 26,3 32,2 58,0 68,2 | 3,4 58,0 | 3,4 16,5 | |
235 491,4 | аQ3 аQ3 аQ3 I3 Т3 | Песок пылеватый средней плотности Суглинок серый текучепластичный Песок крупный плотный Песчаник кварцевый Аргиллит плотный | 26,4 38,0 42,3 45,0 65,6 | 16,5 38,0 | 16,5 14,3 | |
236 492,4 | аQ3 аQ3 аQ3 аQ3 I2 Т3 | Супесь бурая твердая макропористая Песок пылеватый средней плотности Суглинок серый текучепластичный Песок гравелистый средней плотности Аргиллит плитчатый водоносный Песчаник кварцевый | 14,0 31,6 34,0 38,0 40,2 62,9 | 20,0 44,0 | 20,0 18,1 |
Задача №6
На реке (рис.11.11) создается водохранилище. Место для плотины выбрано в сужении долины, выше железнодорожного моста, с целью не прерывать движение в период строительства. Проанализируйте геологическое строение участка плотины, назовите процессы, которые могут возникнуть в примыканиях плотины, в районе моста, на территории поселка, если не предусмотреть защиту геологической среды в окрестности плотины и поселка. Укажите места проявления процессов.
Рис. 11.11. Схематическая геологическая карта части водохранилища и
продольный профиль по линии 1—1:
1 — современные аллювиальные отложения поймы, песок мелкий, суглинок, мощность 15 м; 2— верхнечетвертичные аллювиальные отложения первой надпойменной террасы, супесь, песок, мощность 30 м; 3 — среднечетвертичные аллювиальные отложения второй надпойменной террасы, лёсс, песок, мощность 50 м; 4— верхнемеловые мергели с прослоями глин и глинистых песков; 5— палеозойский гранит раздробленный; 6— направление и угол падения слоев; 7— береговая линия водохранилища на абсолютной отметке 110 м; 8 — плотина с водосливом; 9 — железнодорожный мост с двумя опорами в русле.
Задача №7
Проанализируйте геологическую карту (рис. 11.12) и объясните, каким объектам могут нанести ущерб опасные геологические процессы в случае строительства плотины высотой 70 м на реке в указанном месте. Какие защитные или компенсационные мероприятия можно предложить для предотвращения или возмещения ущерба. Есть ли здесь такие объекты, которым ни защита, ни компенсация по ним не потребуется? На карте γ Р- гранитный массив пермского возраста; N, mQ и aQ — неконсолидированные песчано-глинистые отложения поймы, пляжей, морских и речных террас. Неоген представлен преимущественно пылевато-глинистыми образованиями.
Задача №8
Под новый микрорайон города в Ставропольском крае отведеннезастроенный участок степи на берегу озера (рис. 11.13).
Предусмотрено — одну половину его использовать под многоэтажные жилые дома, школу, поликлинику, магазины и другие здания с сопровождающими их инженерными сетями связи, электроснабжения, водонесущих коммуникаций; другую половину занять зелеными насаждениями без каких-либо сооружений. По данным девяти скважин территория имеет однородное геологическое строение. Она на всю разведанную глубину сложена лёссом. Уровень грунтовых вод повсюду встречен на уровне озера. Относительная деформация просадки ε st = 0,04.
Постройте геологические разрезы по скважинам. Ввиду малой ширины озера абразия на берегу незначительна. Каких геологических процессов следует опасаться при строительстве и эксплуатации микрорайона? Какие меры по защите геологической среды от этих процессов следует принять в ходе строительства? Какую половину застраивать?
Задача №9
Топографический профиль
Постройте геологический разрез, используя топографический профиль и данные бурения 4 скважин, описание которых дано в таблице. Опишите геологический процесс, который протекал и протекает в массиве. Опишите все породы, залегающие в разрезе, учтите их возраст и свойства. Дайте прогноз геологической обстановки, перечислите геологические процессы, которые могут активизироваться при понижении или повышения уровня воды в реке.
Описание буровых скважин (начало)
№ скважины, абс. отм. устья, м | Геологический возраст | Мощность слоя, м | Описание горных пород | Глубина залегания уровня воды, м | |
появив-ося | установ-ося | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
dQ N N | 2,0 1,0 1,0 | Суглинок Глина Песок | |||
dQ N N K K K | 2,0 1,0 2,0 3,3 0,3 2,0 | Суглинок Глина Песок мелкий Глина плотная Песок пылеватый Глина плотная | 3,5 | 3,5 |
Описание буровых скважин (окончание)
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
dQ N N K K K | 2,1 1,1 0,9 1,7 0,3 1,5 | Суглинок Глина Песок мелкий Глина плотная Песок пылеватый Глина плотная | 0,6 | 0,6 | |
dQ N N K | 2,1 1,1 2,1 6,0 | Суглинок Глина Песок Глина плотная, на глубине 9м перемятая, трещиноватая | 2,0 5,0 | 2,0 5,0 |
Задача №10
По результатам бурения четырех скважин, приведенным ниже постройте геологический разрез, определите гидравлический уклон и расход потока между скважинами 1-3 и 3-4. Скважины расположены на одной прямой на расстоянии 100 м друг от друга. Коэффициент фильтрации песка 1 м/сут. Масштабы примите: горизонтальный 1:2000, вертикальный 1:200. Определите наиболее рациональный участок для строительства жилого здания с учетом геологических условий. Спрогнозируйте инженерно-геологические процессы, которые возникнут в процессе эксплуатации сооружения и меры их предотвращения (предупреждения).
№ скважины, абс. отм. устья, м | Геологический индекс | Мощность слоя, м | Наименование горной породы | Глубина залегания УГВ, м |
mQ2 mQ2 | 6,5 2,0 | Песок мелкий Глина | 3,0 | |
elQ4 mQ2 | 5,0 0,8 | Песок пылеватый Песок мелкий | ||
mQ2 mQ2 | 6,0 1,6 | Песок мелкий Глина | 3,2 | |
mQ2 mQ2 | 6,0 1,4 | Песок мелкий Глина | 3,5 |
Задача №11
Для размещения камнедробильной установки и печи для обжига кирпича на заводе строительных материалов пробурены 3 скважины на расстоянии 50 м друг от друга. По проведенным ниже данным постройте геологический разрез. Примите масштабы: горизонтальный 1:1000, вертикальный. Разместите на площадке печь длиной 60 м и шириной 4 м так, чтобы разность осадок опор была минимальной. Определите на каком участке разреза целесообразнее установить камнедробилку? Спрогнозируйте геологические процессы, которые возникнут в процессе эксплуатации сооружений.
№ скважин, абс. отм. устья, м | Геологический возраст | Мощность слоя, м | Описание горных пород | Глубина залегания уровня воды, м | |
aQ2 mQ1 | 10,0 3,0 | Песок мелкий рыхлого сложения Глина | 3,6 | 3,6 | |
dQ4 aQ2 mQ1 | 3,0 3,0 6,0 | Супесь рыхлого сложения Песок мелкий Глина с тонкими песчаными прослоями | 4,8 | 4,8 | |
dQ4 mQ1 | 1,0 15,0 | Суглинок Глина с тонкими прослоями песка пылеватого | 0,7 | 0,7 |
Задача №12
По данным бурения скважин, расположенных по одной прямой на расстоянии 50 м друг от друга, постройте геологический разрез площадки, отведенной под строительство промздания. Масштабы: горизонтальный 1:1000, вертикальный 1:200. Проанализируйте геологическое строение участка, охарактеризуйте грунты, рационально разместите промздание, учтите в нем цех с мокрым технологическим процессом шириной 48 м. Определите и спрогнозируйте процессы, которые могут возникнуть или активизироваться в результате и после окончание строительства.
Описание скважин
№ скважин, абс. отм. устья, м | Геологический возраст | Мощность слоя, м | Описание горных пород | Глубина залегания уровня воды, м | |
появив-ося | устан-ося | ||||
gQ | 0,6 18,4 2,2* | Суглинок с валунами Известняк трещиноватый закарстованный Песчаник кварцевый плотный* | 16,2 | 16,2 | |
gQ C C | 8,3 4,8 2,4 | Суглинок с валунами Известняк закарстованный Песчаник кварцевый плотный | 10,7 | 10,7 | |
gQ C C | 3,5 2,5 2,0 | Суглинок с включением валунов Известняк трещиноватый Песчаник кварцевый плотный | 6,4 | 6,4 | |
C C | 2,8 3,0 | Известняк трещиноватый Песчаник кварцевый плотный | 2,0 | 2,0 | |
* Для последнего слоя указана не полная, а вскрытая мощность |
Задача №13
Постройте геологический разрез по данным бурения четырех скважин, расположенных на одной прямой, на расстоянии 50 м друг от друга. Примите масштабы: горизонтальный 1:1000, вертикальный 1:200.
Описание буровых скважин.
№ скважин, абс. отм. устья, м | Геологический возраст | Мощность слоя, м | Описание горных пород | Глубина залегания уровня воды, м | |
появиво-ся | устан-ося | ||||
gQ1 C C | 0,6 18,4 2,2* | Суглинок с включением валунов Известняк трещиноватый закарстованный Песчаник кварцевый плотный | 16,2 | 16,2 | |
gQ C C | 8,3 4,8 2,4 | Суглинок с включением валунов Известняк закарстованный Песчаник кварцевый плотный | 10,7 | 10,7 | |
gQ C C | 3,5 2,5 2,0 | Суглинок с включением валунов Известняк трещиноватый Песчаник кварцевый плотный | 6,4 | 6,4 | |
C C | 2,8 3,0 | Известняк трещиноватый Песчаник кварцевый плотный | 2,0 | 2,0 | |
Примечание: Для последнего слоя указана вскрытая мощность |
Определите возраст всех вскрытых горных пород, их форму залегания, дайте ей название. Установите геологические процессы, обусловившие формирование указанной на разрезе геологической обстановки в дочетвертичное четвертичное время. Назовите процессы, которые могут активизироваться в результате строительства. Разместите на площадке отстойник промстоков размером 50х30 м, глубиной 3,5 м. Укажите процессы, которые могут активизироваться после начала его эксплуатации.