ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
«УТВЕРЖДАЮ»
Директор ИГиНГТ
________________ «___»_____________2012
Учебно-методический комплекс
Повышение квалификации:
«Современные методы инженерно-геологических изысканий и определение физико-механических свойств грунтов в полевых и лабораторных условиях»
Утверждена Учебно-методической комиссией
Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ
(протокол №___ от «___»____________ 2012 г.)
Председатель комиссии _____________ ()
КАЗАНЬ 2012
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Пояснительная записка……………………………………………………………………..….3
1.1. Категории слушателей, на обучение которых рассчитана образовательная программа……………………………………………………………….……………...….3
1.2. Сфера применения слушателями полученных профессиональных компетенций, умений и знаний………………………………………………………………………...…4
2. Учебно-тематический план…………………………………………………………………….7
3. Содержание программы………………………………………………………………………12
4. Контрольные вопросы к курсу……………………………………………………………….30
5. Список использованной литературы и средств обучения……………………………….....34
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
1.1. Категории слушателей, на обучение которых рассчитана образовательная программа (далее – программа):
Настоящая программа предназначена для повышения квалификации с отрывом от производства специалистов, работающих в области изысканий, строительства, проектирования и эксплуатации объектов промышленного и гражданского строительства, дорожного хозяйства, землеустройства, недропользования, имеющих высшее или среднее специальное образование.
Обучение следует проводить в специально оборудованных классах и лабораториях. В качестве преподавателей необходимо привлекать высококвалифицированных специалистов в области гидрогеологии и инженерной геологии, хорошо знающих вопросы проведения инженерно-геологических изысканий.
Практические занятия должны проводиться на специально оснащенной базе института с использованием современного оборудования для проведения инженерно-геологических исследований.
Зачет состоит из устных ответов по теоретическим вопросам и демонстрации навыков работы.
1.2. Сфера применения слушателями полученных профессиональных компетенций, умений и знаний.
Слушатель, освоивший программу, должен:
обладать профессиональными компетенциями, включающими в себя способность:
ПК 1. Обеспечить и организовать инженерно-геологические изыскания в строительстве в соответствии с проектом, внешними и внутренними требованиями руководящих документов и действующего законодательства.
ПК 2. Понимать ответственность, сущность и значимость своей позиции для производственной деятельности.
владеть:
- современными методами и технологиями проведения инженерно-геологических изысканий в строительстве;
- современными программными продуктами для обработки и представления результатов инженерно-геологических исследований;
- нормативной правовой базой регулирования инженерных изысканий.
уметь:
- выполнять геологические измерения для целей инженерно-геологических изысканий;
- ориентироваться в средствах аппаратного обеспечения выполнения и работ в строительной сфере изысканий и строительства;
- понимать назначение и области применения программных продуктов для обработки и представления результатов инженерно-геологических исследований;
- оформлять результаты инженерно-геологических работ в бумажном и электронном виде.
знать:
- основы технологий выполнения инженерно-геологических изысканий в строительстве и сопровождение строительства;
- основы инженерной геологии.
Программа состоит из пяти модулей (разделов).
Модуль - совокупность частей учебной дисциплины (курса) или учебных дисциплин (курсов), имеющая определенную логическую завершенность по отношению к установленным целям и результатам воспитания, обучения;
Результаты обучения - усвоенные знания, умения, навыки и освоенные компетенции;
Компетенция - способность применять знания, умения и личностные качества для успешной деятельности в определенной области
2. УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
Учебный план
№ п/п | Наименование разделов, дисциплин и тем | Количество часов | ||||
Всего | По видам занятий | Вид контроля | ||||
Ауд. | Самост. работа | |||||
лекц. | Практ. | |||||
11 | Нормативные правовые и нормативно-технические документы по выполнению инженерно-геологических изысканий | 2 | 2 | Тест | ||
12 | Основные положения теории, методики и технологии проведения работ при выполнении инженерно-геологических изысканий | 8 | 8 | Тест | ||
3 | Лабораторные испытания грунтов | 44 | 14 | 18 | 12 | Тест |
4 | Полевые методы испытаний | 8 | 4 | 2 | 2 | Тест |
5 | Измерительно-вычислительные комплексы, обработка результатов исследований, оформление отчетной документации | 6 | 2 | 2 | 2 | Тест |
6 | Аттестация(зачет) | 4 | Зачет | |||
7 | Итого | 72 | 30 | 22 | 16 |
Тематический план
№ п/п | Наименование модулей, дисциплин и тем | Всего, час | В том числе | Форма контроля | ||
лекции | практ-ие, лаб-ые, семинарские занятия | Самост. работа | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
1. | Модуль 1 Нормативные правовые и нормативно-технические документы по выполнению инженерно-геологических изысканий | тест | ||||
2. | Модуль 2 Основные положения теории, методики и технологии проведения работ при выполнении инженерно-геологических изысканий | тест | ||||
3. | Тема 1.1 Классификация приборов для испытания грунтов и выбор приборов для испытаний | |||||
4. | Тема 1.2 Приборы для испытания грунтов в разных условиях | тест | ||||
5. | Тема 1.3 Испытание грунта на кручение | |||||
6. | Тема 1.4 Напряжения и деформации | |||||
7. | Тема 1.5 Влияние траекторий нагружения на результаты испытаний | |||||
8. | Модуль 3 Лабораторные испытания грунтов | тест | ||||
9. | Тема 2.1 Испытания грунтов и скальных пород на одноосное сжатие и растяжение | |||||
10. | Тема 2.2 Испытания грунтов в условиях компрессионного сжатия | |||||
11. | Тема 2.3 Испытания грунтов в условиях прямого среза | |||||
12. | Тема 2.4 Испытания грунтов в условиях трехосного осесимметричного сжатия | |||||
13. | Модуль 4 Полевые методы испытаний | тест | ||||
14. | Тема 3.1 Испытания плоским штампом | |||||
15. | Тема 3.2 Прессиометрические испытания | |||||
16. | Тема 3.3 Испытания винтовым штампом | |||||
17. | Тема 3.4 Статическое и динамическое зондирование | |||||
18. | Тема 3.5 Испытания эталонной сваей | |||||
19. | Модуль 5 Измерительно-вычислительные комплексы, обработка результатов исследований, оформление отчетной документации | тест | ||||
20. | Тема 5.1 Основные ИВК, применяемые при изысканиях | |||||
21. | Тема 5.2 Схема проведения испытаний грунтов с использованием ИВК | |||||
22. | Тема 5.3 Обработка результатов испытаний и формирование отчетов | |||||
23. | Завершение обучения | зачет | ||||
24. | Итого: | 72 | 30 | 22 | 16 |
3. СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ
МОДУЛЬ 1
ОСНОВЫ ГЕОЛОГИИ
Пояснительная записка
Модуль посвящён изучению основных вопросов по обеспечению нормативно-правовой базы проведения инженерно-геологических изысканий.
Тема 1.1
Нормативные правовые и нормативно-технические документы по выполнению инженерно-геологических изысканий
Рассматриваются основные положения системы нормирования при производстве инженерно-геологических изысканий. Приводится структура краткое содержание действующих нормативов, основные понятия о саморегулировании в отрасли.
МОДУЛЬ 2
Основные положения теории, методики и технологии проведения работ при выполнении инженерно-геологических изысканий
Пояснительная записка
Настоящий раздел предусмотрен для изучения основных вопросов теории напряженно-деформированного состояния грунтовых массивов. Рассматриваются существующие разновидности испытательных приборов. Особое внимание уделяется влиянию траектории нагружения на получаемые результаты.
Тема 2.1
Классификация приборов для испытания грунтов и выбор приборов для испытаний
Приводится существующая классификация отечественных и зарубежных приборов и устройств для испытаний грунтов в лабораторных и полевых условиях. Рассматриваются основные разновидности приборов и устройств и их конструктивные особенности.
Тема 2.2
Приборы для испытания грунтов в разных условиях
Рассматривается применимость тех или иных приборов к испытаниям в конкретных условиях. Изучаются влияние выбора инструмента на получаемые результаты.
Тема 2.3
Испытание грунта на кручение
Приводится описание применяемого оборудования, основы напряженно-деформированного состояния образца при кручении, обработка результатов испытания.
Тема 2.4
Напряжения и деформации
Рассматриваются основные положения механики грунтов, основы теории упругости и пластичности. Приводится классификация упругих тел, особенности их свойств. Дается понятие о деформациях и напряжениях. Изучаются законы Гука, Кулона-Мора и их применимость к определению физико-механических свойств грунтов. Рассматриваются основы геофизических исследований: Объёмные волны: продольная и поперечная. Характер колебательных движений частиц среды в продольной и поперечной волнах. Зависимость упругих свойств горных пород от внешних факторов. Скорости распространения продольной и поперечной волн. Соотношение скоростей волн. Значение упругих свойств для проведения инженерно-геологических исследований.
Тема 2.5 Влияние траекторий нагружения на результаты испытаний
Приводится понятие о траекториях нагружения при испытании грунтов и их влиянию на получаемые результаты. Рассматриваются теоретические препосылки возникающего напряженного состояния в образце грунта. Изучается применимость той или иной схемы испытания для решения конкретных инженерно-геологических задач.
Модуль 3
Лабораторные испытания грунтов
Пояснительная записка
Данный раздел курса предусмотрен для изучения существующих видов лабораторных испытаний дисперсных и скальных грунтов по различным схемам нагружения. Особое внимание уделяется испытаниям в условиях трехосного сжатия. Практическая часть раздела организована на испытаниях грунтов в лаборатории инженерной геологии.
Тема 3.1
Испытания грунтов и скальных пород на одноосное сжатие и растяжение
Приводится описание применяемого оборудования, интерпретация получаемых результатов, расчет основных прочностных и деформационных характеристик.
Тема 3.2
Испытания грунтов в условиях компрессионного сжатия
Рассматривается устройство компрессионного прибора. Приводится краткое описание методики приведения испытания, определение компрессионного модуля деформации. Рассматриваются существующие разновидности компрессионных приборов, применяемых при изысканиях.
Тема 3.3
Испытания грунтов в условиях прямого среза
Приводится схемы приборов прямого среза, краткое описание методики проведения испытаний. Рассматриваются основные схемы проведения испытаний на прямой срез, интерпретация получаемых результатов, расчет угла внутреннего трения и сцепления грунта.
Тема 3.4
Испытания грунтов в условиях трехосного осесимметричного сжатия
Приводится устройство и принцип работы приборов трехосного сжатия. Рассматриваются основные схемы проведения испытаний. Изучаются теоретические основы напряженно-деформированного состояния образца грунта в условиях трехосного сжатия. Рассматривается влияние траектории нагружения на поведение образца грунта и получаемые результаты. Приводятся основы расчета прочностных и деформационных характеристик.
Модуль 4
Полевые методы испытаний
Пояснительная записка
Данный раздел курса предусмотрен для изучения основных применяемых видов полевых испытаний грунтов. Рассматриваются как широко применяемые, так и перспективные методы при проведении инженерно-геологических изысканий. Особое внимание уделяется зарубежным методикам полевых исследований. Практическая часть курса состоит в знакомстве с полевыми методами на учебной площадке Института геологии и НГТ.
Тема 4.1 Испытания плоским штампом
Приводится описание применяемого оборудования и методики проведения испытания. Изучаются теоретические основы поведения массива грунта, нагруженного штампом, дается интерпретация получаемых результатов с расчетом деформационных характеристик.
Тема 4.2 Прессиометрические испытания
Рассматривается устройство применяемого оборудования и применимость метода. Приводится краткое описание методики приведения испытания, интерпретация получаемых результатов, определение модуля деформации на основании прессиометрического испытания.
Тема 4.3 Испытания винтовым штампом
Приводится описание применяемого оборудования и методики проведения испытания. Изучаются теоретические основы поведения массива грунта, нагруженного штампом, дается интерпретация получаемых результатов с расчетом деформационных характеристик.
Тема 4.4 Статическое и динамическое зондирование
Рассматривается метод зондирования как перспективный с точки зрения изучения массива грунта при проведении инженерно-геологических изысканий. Приводятся разновидности метода зондирования (пенетрации) в зависимости от схемы испытания и применяемого оборудования. Даются основы расчета физико-механических характеристик грунта.
Тема 4.5 Испытания эталонной сваей
Приводится описание применяемого оборудования, интерпретация получаемых результатов.
Модуль 5
Измерительно-вычислительные комплексы, обработка результатов исследований, оформление отчетной документации
Пояснительная записка
Данный модуль курса предусмотрен для ознакомления слушателей с основами организации проведения испытаний грунтов, камеральной обработки результатов лабораторных и полевых испытаний, оформления отчетной документации с использованием автоматизированных систем и программных комплексов. Практическая часть модуля состоит в закреплении теоретической части в компьютерном классе на конкретном примере.
Тема 5.1 Основные ИВК, применяемые при изысканиях
Дается понятие измерительно-вычислительного комплекса (ИВК), принцип работы, рассматриваются преимущества перед неавтоматизированным способом проведения испытания. Дается представление об основных ИВК, применяемых при проведении инженерно-геологических изысканий.
Тема 5.2 Схема проведения испытаний грунтов с использованием ИВК
Рассматривается структура организации испытаний с использованием ИВК. Приводится схема проведения испытаний, описание ее составных элементов.
Тема 5.3 Обработка результатов испытаний и формирование отчетов
Рассматриваются основные способы обработки результатов испытаний. Дается описание наиболее распространенных программных комплексов для камеральной обработки и формирования текстовой и графической частей отчетов.
4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К КУРСУ
1. Сжимаемость грунтов. Общие положения.
2. Зависимость между нормальным давлением и коэффициентом пористости грунта.
3. Определение модуля деформации грунта по данным компрессионных испытаний.
4. Определение модуля деформации грунта по данным полевых испытаний (штамповые испытания, статическое зондирование, прессиометрические испытания, динамическое зондирование).
5. Сопротивление грунтов сдвигу. Общие положения.
6. Лабораторные методы оценки сопротивления грунта сдвигу. Полевые методы испытания на сдвиг.
7. Основные понятия механики деформируемого твердого тела. Понятие прочности. Понятие напряжений
8. Основные понятия механики деформируемого твердого тела. Понятие о перемещениях и деформациях. Зависимость между напряжениями и деформациями.
9. Испытание скальных грунтов на одноосное сжатие и растяжение
10. Схемы испытаний грунтов в условиях трехосного сжатия
11. Основные сведения о измерительно-вычислительных комплексах, применяемых при изысканиях
12. Полевые методы испытаний грунтов
4.2. Итоговый зачет в устной форме или (и) в форме тестирования проводится преподавателями кафедры гидрогеологии и инженерной геологии ИГ и НТГ. Лицам, прошедшим обучение по данной программе и сдавшим зачет, выдается удостоверение КФУ установленного образца.
Формы и методы контроля и оценки результатов освоения модулей содержатся в таблице 1
Таблица 1
Наименование модулей | Основные показатели оценки | Формы и методы контроля и оценки |
Модуль 1 Нормативные правовые и нормативно-технические документы по выполнению инженерно-геологических изысканий | Оценка предметных знаний и ключевых компетенций осуществляется по дидактическим единицам. | Текущая, про- межуточная и итоговая аттестация. Промежуточная аттестация в виде тестирования, устного опроса, проведения контрольной работы, результатов выполнения лабораторных и практических работ. Итоговая аттестация в виде проведения зачета в устной форме или (и) в виде тестов |
Модуль 2 Основные положения теории, методики и технологии проведения работ при выполнении инженерно-геологических изысканий | ||
Модуль 3 Испытания грунтов | ||
Модуль 4 Полевые методы испытаний | ||
Модуль 5 Измерительно-вычислительные комплексы, обработка результатов исследований, оформление отчетной документации |
Оценка индивидуальных образовательных достижений по результатам текущего контроля и промежуточной аттестации производится в соответствии с универсальной шкалой (таблица).
Процент результативности (правильных ответов) | Качественная оценка индивидуальных образовательных достижений | |
балл (отметка) | вербальный аналог | |
90 ÷ 100 | 5 | отлично |
70 ÷ 90 | 4 | хорошо |
50 ÷ 70 | 3 | удовлетворительно |
менее 50 | 2 | неудовлетворительно |
На этапе промежуточной аттестации по медиане качественных оценок индивидуальных образовательных достижений экзаменационной комиссией определяется интегральная оценка освоенных обучающимися профессиональных и общих компетенций как результатов освоения профессионального модуля. Зачет по модулю определяется процентом результативности (правильных ответов) не менее 70 %. Данная классификация результативности может быть учтена при оценке результатов тестирования.
5. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И СРЕДСТВ ОБУЧЕНИЯ
Основная литература
1. , , Механика грунтов. Основания и фундаменты. Учебное пособие. М., АСВ, 2000.
2. Безухов теории упругости, пластичности и ползучести. М.: Высшая школа, 1969. – 512 с.
3. Определение свойств грунтов в трехосных испытаниях. М.: Стройиздат, 1961. – 231 с.
4. , , Сипидин грунтов в условиях трехосного сжатия. Л.: Стройиздат, 1987. – 184 с.
5. Вялов основы механики грунтов. М.: Высшая школа, 1978. – 447 с.
6. Ломтадзе лабораторных исследований физико-механических свойство горных пород. Л.: Недра, 1972. – 312 с.
7. Малышев грунтов и устойчивость оснований сооружений. М.: Стройиздат, 1994. – 228 с.
Дополнительная литература
8. ГОСТ 12248-96. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. М., 1997.
9. ГОСТ 23161-78. Грунты. Метод лабораторного определения характеристик просадочности. М., 1978.
10. ГОСТ 24143-80. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик набухания и усадки. М., 1980.
11. Зарецкий по современной механике грунтов. – Издательство Ростовского университета, 1989. – 608 с.
12. Зарецкий -пластичность грунтов и расчеты сооружений. М.: Стройиздат, 1988. – 352 с.
13. Иванов и основания гидротехнических сооружений. Механика грунтов. М.: Высшая школа, 1991. – 447 с.
14. Месчян и длительная прочность глинистых грунтов. М.: Недра, 1978. – 207 с.
15. Маслов инженерной геологии и механики грунтов. М.: Высшая школа, 1982. – 511 с.
16. Методические рекомендации по определению компрессионных и консолидационных характеристик слабых грунтов. Союздорнии. М., 1974. – 72 с.
17. Руководство по лабораторным исследованиям физико-механических свойств грунтов при производстве инженерных изысканий для строительства. М.: Стройизыскания, 1978. – 136 с.
18. , Сипидин методы определения характеристик механических свойств грунтов. Л.: Стройиздат, 1972. – 136 с.
19. , , Дж. Введение в механику скальных пород. М.: Мир, 1983. – 276 с.
20. Чаповский работы по грунтоведению и механике грунтов. М.: Недра, 1975. – 304 с.
21. Цытович грунтов. М.: Высшая школа, 1979. – 272 с.
22. Donaghe R. T., Chaney C. R., Marshall L. S. editors. Advanced Triaxial testing of Soil and Rock. ASTM, 1988. – 896 p.
23. CRISP. Technical Reference Manual. Editors Woods R., Rahim A., 1999. – 135. http://www.
24. PLAXIS. Material Models Manual. Edited by Brinkgreve R. B.J., Vermeer P. A. at all., 1998. - 84 p. http://www. plaxis. nl.
25. 25. 24. Z_SOIL. PC 2003. User Manual. Theory. Edited by., 2003. – 283 p. http://www. .
26. 26. ABAQUS. Theory Manual. http://www. see. ed. ac. uk/it/online/abaqus.
27. 27. ANSYS. Theory Refrence. Edited by Kohnke P., 1998. – 1480 p. http://www. cadfem. ru.
28. 28. LS-DYNA3D. The Theoretical Manual. Edited by Hallquist J. O., 1998. – 897 p. http://www. cadfem. ru.
29. 29. Chen W. F., Saleb A. F. Constitutive equations for engineering materials. Vol. 1 - Elasticity and Modelling., 1982, Vol 2 - Plasticity and Modelling, 1984.
30. 30. Evaluation of LS-DYNA Soil Material Model 147.Report No. FHWA-HRT-04-094.November 2004.http://www. tfhrc. gov/safety/pubs/04094/04094.pdf.
31. 31. Michopoulos J., Mast P., Badaliance R., Gause L., Chwastyk T., Foerch R. Towards Automated Determination of USERMAT for the Nonlinear Costitutive Behavior of Composites. U. S. Naval research Laboratory, Code 6304.
32. 32. Mahnken R. Parameter estimation for a viscoplastic damage model using a gradient-based optimization algorithm. Engineering Computations, Vol. 15. No. 7, 1998, pp. 925-955.
33. 33. Yang Z., Elgamal A. Application of unconstrained optimization and sensitivity analysis to calibration of a soil constitutive model. Int. J. Numer. Anal. Meth. Geomech., Vol. 27, 2003, pp. 1277-1297.
