Tallinna Tehnikaülikool

Mäeinstituut

 

 

 

Rakendusgeoloogia õppesuund, GAG

 

Aleksandr Spitsõn, 981906

 

 

 

 

 

Bakalaureuse lõputöö

 

PINNASE LÕIMISE JA OMADUSTE MUUTLIKKUS TALLINNA KESKLINNAS

 

 

 

 

 

Juhendaja

Mait Mets

 

Konsultant

Ülo Sõstra

 

 

 

 

 

Tallinn 2003

 

THE VARIABILITY OF GRAIN SIZE AND SOIL PROPERTIES IN THE CENTER OF TALLINN

B.Sc. theses by A.Spitsõn at the Tallinn Technical University

The main aim of this work is to deliver an analysis of the geological structure of the Viru Square in Tallinn, accompanied by the determination of its basic engineering-geological elements and the estimation of their basic physical-mechanical properties.

The work is special in the aspect that no analysis of the above-mentioned area has ever been carried out before in such detail. As the research not only gives an overview of the geological structure of the area, but also presents the characteristics and change in the physical-mechanical properties of the engineering-geological elements of the whole platform estimated with various engineering-geological methods, it carries informative value and can be used at drawing up civil-engineering designs in the given territory.

During the research for the sand layer there were determined the following indicators: the grain size, the natural moisture Wn, the ground resistance to cone probe qc; grain size, yield point Wl, plasticity limit Wp, plasticity index Ip, natural moisture Wn the ground resistance to cone probe qc were determined for sandy loam and loam.

As the engineering-geological research that was executed on the Viru Square had manifold outputs (high-frequency drilling with the taking of samples, the estimation of the bearing capacity of the ground layers with the application of dynamic and static penetration; also laboratory research of the taken samples for defining the ground properties was completed), there was an opportunity to give versatile estimation to the submitted geological information.

The solution of the taken task was reached via the analysis of the materials provided by the Estonian geotechnical fund. For this purpose there were chosen 5 of the most thoroughly investigated wells. The selected wells were in areas of high geotechnical diversity, in which the bearing capacity of the ground had previously been determined.

It had been supposed earlier that the properties of the engineering-geological elements in the area were homogeneous. The research has shown that ground properties there vary:

§         The properties of silty sand practically do not vary; its resistance only slightly rises in the western part of the investigated area as the contents of organic substance and humidity there are lower than in the eastern part. According to the grain size the structure of the silty sand layer is very homogeneous; also the contents of various fractions in it varies insignificantly both in a section and in the whole area.

§         The properties of sandy loam also practically do not change. In the northeast part of the investigated area the grain size structure in the silty sand fraction prevails, therefore the durability of the ground surface there is higher. In the southeast part of the investigated area no consolidation of soils under the load has taken place. Therefore in this part the natural humidity is higher and the natural resistance lower.

§         The properties of fluid loam vary in the investigated area. Westward, the quantity of clay fraction decreases and the degree of plasticity decreases. The durability of soils is a little higher in the southeastern part. The humidity of fluid loam practically does not change in the whole of the investigated area.

§         The properties of the plastic sandy loam change in the western part of the investigated area. An underlying sandy loam layer there is a layer of the compact loam. Therefore in the bottom part of the given ground the humidity sharply decreases, the contents of dust and fine-grained sand in the fraction increases remarkably. Ground resistance to the cone probe sharply grows. In the eastern part of the investigated area the underlying layer is of dust loam and the properties of sandy loam are rather homogeneous.

§         The properties of the dust loam change as well as do the properties of the top loam. The content of clay particles decreases in the western direction, and the plasticity degree decreases. The humidity of soil practically does not vary. It is impossible to judge soil resistance authentically. The soil resistance to a cone probe was determined during the research.

The work has the following name: «Variability of grain size and soil properties in the center of Tallinn».

The main hypothesis: whether these properties change.

The received results show that the hypothesis has found verification.


PINNASTE LÕIMISTE JA OMADUSTE MUUTLIKKUS TALLINNA KESKLINNAS

Üliõpilase Aleksander Spitsõni lõputöö annotatsioon

Lõputöö ülesandeks oli uurida Viru väljaku geoloogilist ehitust, eraldada välja tema põhilised insenergeoloogilised elemendid ja hinnata nende põhilisi fuüsikalis-mehhaanilisi omadusi.

Lõputöö originaalsus seisab selles, et varem kogu väljaku ulatuses selliseid detailseid uuringuid läbi viidud ei ole. Töös iseloomustatakse mitte ainult territooriumi geoloogilist ehitust, vaid antakse ka pinnaste füüsikalis-mehhaaniliste elementide karakteristikad, mis olid määratud mitmesuguste insenergeoloogiliste meetoditega. Pinnaste omaduste muutusi hinnati väljaku insenergeoloogiliste elementide piirides, seda informatsiooni saab käsutada Viru väljaku uute ehitusobjektide projekteerimisel.

Töö käigus määrati liivade jaoks lõimis, looduslik niiskus Wn ja pinnase tugevus koonuse qc meetodil. Liivsavide ja saviliivade puhul määrati lisaks eespool nimetatud omadustele veel voolavuspiir Wl, plastsuse piirid Wp ja plastsuse arv Ip.

Viru väljakul on insenergeoloogilised uurimused teostatud mitmel viisil: vibratsioonilise puurimisega koos pinnase proovide võtmisega, pinnaste kandevõimet on hinnatud dünaamilise ja staatilise penetratsiooniga, on ka läbi viidud võetud proovide laboratoorne uuring pinnaste omaduste määramiseks. See annab võimaluse anda pinnastele mitmekülgne hinnang väljaeraldatud geoloogiliste elementide piirides.

Ülesande lahendamiseks käsutati ka Eesti insener-geoloogilise fondi materjale. Aluseks valiti välja 5 kõige detailsemalt uuritud puurauku. Puuraugud valiti nii, et nad haaraksid erineva geoloogilise ehitusega alasid, kus ka pinnaste kandevõime oli staatilise penetratsiooni abil määratud.

Varem arvati, et kogu uuritud ala insenergeoloogiliste elementide omadused on ühesugused, kuid läbiviidud uuringud näitasid, et pinnaste omadused muutuvad:

§         Tolmu liiva omadused praktiliselt ei muutu, pisut suureneb tema tugevus uuritud ala lääneosas, sest seal on orgaanilise aine ja niiskuse sisaldused väiksemad, kui idaosas. Lõimise järgi on tolmu liiva kiht väga ühtlane, erinevate fraktsioonide sisaldus muutub vähe nii piki profiili, kui ka kogu väljaku piirides.

§         Ka saviliiva omadused praktiliselt ei muutu. Ala kirdeosas valdab lõimises tolmu liiva fraktsioon, seepärast on seal pinnase tugevus suurem. Ala kaguosas pinnaste tihenemist surve all ei ole toimunud, seal on pinnaste tugevus väiksem ja looduslik niiskus suurem.

§         Voolava liivsavi omadused muutuvad samuti ala piirides. Lääne suunas väheneb savifraktsiooni sisaldus ja koos sellega ka plastsuse arv. Pinnaste tugevus on pisut suurem uuritud ala kirdeosas. Voolava liivsavi niiskus praktiliselt ei muutu kogu ala piirides.

§         Plastse saviliiva omadused muutuvad ala lääneosas. Seal on nende lamamiks tiheda tolmu saviliiva kiht, seepärast antud pinnase allosas kasvab kiiresti niiskuse sisaldus. Samuti kasvab järsult pinnasetugevus koonusmeetodil mõõdetuna. Idaosas on lamamiks plastne liivsavi ja seal on saviliiva omadused suhtelised ühesugused.

§         Plastse liivsavi omadused muutuvad analoogselt ülemisele voolavale liivsavile. Saviosakeste hulk väheneb lääne suunas ja ka plastsuse arv ka väheneb samas suunas. Pinnase niiskus praktiliselt ei muutu. Selle pinnase tugevuse kohta on määrangud koonusmeetodil vaid ühes proovis, seepärast ei saa neid andmeid lugeda usaldusväärseteks.

Seega võib öelda, et lõputööle esitatud ülesanne on täidetud. On saadud vastus küsimustele, kas pinnaste omadused on ühesugused uuritud alal või nad on muutlikud. Kogu materjali läbitöötamine näitas, et pinnased on muutlikud, töös on näidatud ka muutuste ulatused.


СОДЕРЖАНИЕ

Резюме............................................................................................................................................ 2

Содержание................................................................................................................................... 5

Введение..................................................................................... 7

1.          Общая часть. Общее геологическое строение города Таллинна  8

1.1.       Физико-географические условия.................................................................................... 9

1.2.       Геологическое строение................................................................................................ 10

1.2.1.      Стратиграфическое строение геологического основания.................................. 15

1.3.       Тектоника....................................................................................................................... 16

1.4.       Геоморфология............................................................................................................... 17

1.5.       Гидрогеологическое строение...................................................................................... 18

2.          Основная часть. Инженерно-геологические условия района площади Виру..................................................................................... 20

2.1.       Месторасположение и рельеф...................................................................................... 21

2.2.       Геологическое строение площади Виру и выделение основных инженерно-геологических элементов....................................................................................................................... 22

2.3.       Каталог буровых скважин............................................................................................. 25

2.4.       Инженерно-геологический план окрестности площади Виру с отмеченными геологическими профилями. М 1:500...................................................................................................... 26

2.5.       Геологические профили. М H:1:2000, V:1:200............................................................. 27

3.             Проектная часть. Физико-механическая характеристика выделенных геологических элементов.......................................................................................................................... 32

3.1.       Характеристика основных свойств выделенных геологических элементов........... 33

3.1.1.      Гранулометрический состав пылеватого песка................................................... 33

3.1.2.      Природная влажность пылеватого песка............................................................. 38

3.1.3.      Сопротивление пылеватого песка конусу зонда................................................. 40

3.1.4.      Гранулометрический состав верхней текучей супеси........................................ 42

3.1.5.      Число пластичности верхней текучей супеси..................................................... 46

3.1.6.      Природная влажность верхней текучей супеси................................................... 48

3.1.7.      Сопротивление верхней супеси конусу зонда..................................................... 50

3.1.8.      Гранулометрический состав верхнего текучего суглинка.................................. 52

3.1.9.      Число пластичности верхнего текучего суглинка............................................... 57

3.1.10.  Природная влажность верхнего текучего суглинка............................................. 60

3.1.11.  Сопротивление верхнего текучего суглинка конусу зонда................................. 62

3.1.12.  Гранулометрический состав нижней пластичной супеси................................. 64

3.1.13.  Число пластичности нижней пластичной супеси.............................................. 69

3.1.14.  Природная влажность нижней пластичной супеси............................................ 72

3.1.15.  Сопротивление нижней пластичной супеси конусу зонда................................ 74

3.1.16.  Гранулометрический состав нижнего пластичного суглинка........................... 76

3.1.17.  Число пластичности нижнего пластичного суглинка........................................ 78

3.1.18.  Природная влажность нижнего пластичного суглинка...................................... 80

3.1.19.  Сопротивление нижнего пластичного суглинка конусу зодна.......................... 82

3.2.       Характер изменчивости свойств выделенных инженерно-геологических элементов в районе площади Виру................................................................................................................ 83

3.2.1.      Слой № 3 – Пытеватый песок............................................................................... 83

3.2.2.      Слой № 4 – Верхняя текучая супесь...................................................................... 84

3.2.3.      Слой № 5 – Верхний текучий суглинок............................................................... 85

3.2.4.      Слой № 6 – Нижняя пластичная супесь............................................................... 86

3.2.5.      Слой № 7 – Нижний пластичный суглинок........................................................ 87

Выводы........................................................................................................................................ 88

Список использованной литературы......................................... 89

Приложения................................................................................................................................ 90

Приложение 1. Карта г. Таллинна. М 1:100000........................................................................ 90

Приложение 2. План центральной части г. Таллинна. М 1:4000............................................ 91

Приложение 3. Топографическая карта кровли геологического основания. М 1:20000....... 92

Приложение 4. Геологический профиль g-g............................................................................ 93