Контрольная работа: Инженерная Геология
ОГЛАВЛЕНИЕ
Значение инженерной геологии для проектирования и строительства промышленно-гражданских сооружений и их эксплуатации
Описание минералов и горных пород
Определение. Классификация грунтов
Основные показатели физических свойств грунтов, их единицы измерения
Грунтовые отложения, условия образования и строительные свойства
Методы определения относительного и абсолютного возраста пород, эры и периоды геологической истории земли.
Сущность эндогенных процессов Земли. Схемы нарушения форм залегания пород
Сущность экзогенных процессов Земли. Описание процесса (карст, морозное пучение)
Виды воды в грунтах. Условия залегания и движении, химический состав и агрессивность по отношению к строительным конструкциям подземных вод. Закон Дарси, коэффициент фильтрации. Трещинные подземные воды
Геологические процессы в грунтах, обусловленные воздействием подземных вод
Список литературы
Значение инженерной геологии для проектирования и строительства промышленно-гражданских сооружений и их эксплуатации
ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ, - отрасль геологии, изучающая верхние горизонты земной коры и динамику последней в связи с инженерно-строительной деятельностью человека. Рассматривает состав, структуру, текстуру и свойства горных пород как грунтов; разрабатывает прогнозы тех. процессов и явлений, возникающих при взаимодействии сооружений с природной обстановкой, и пути возможного воздействия на процессы с целью устранения их вредного влияния.
Инженерная геология зародилась в 19 в. В России первые инженерно-геологические работы были связаны со строительством железных. дорог (1842-1914). В них принимали участие А. П. Карпинский, Ф. Ю. Левинсон-Лес-синг, И. В. Мушкетов, А. П. Павлов, В. А. Обручев и др. Как наука И. г. оформилась в СССР к концу 1930-х гг. в результате исследований, связанных главным образом с гидротехническим строительством. В её развитии большая роль принадлежит Ф. П. Саваренскому, И. В. Попову, Н. Н. Маслову, В. А. Приклонскому, М. П. Семёнову и др.
Сколь велико значение инженерно-геологических изысканий для строительства любого по величине и значимости сооружения, проектировщикам и строителям известно не понаслышке. дороже становится дом, возведенный на недостаточно исследованном участке. Ведь под зданием могут оказаться подземные воды, торф, просадочные грунты В результате - “кривые” стены, трещины, сырость и плесень в подвалах и прочее, что приносит определенные сложности при эксплуатации зданий. Вода способствует растворяемости различных химических соединений, в том числе и агрессивных, что приводит к неблагоприятному воздействию на цементный раствор, каменную кладку, бетон. И хотя процесс разрушения фундамента незаметен, его последствия ощутимо сказываются на здании: нарушается целостность несущих конструкций, плесень и грибок проникают через подвал на верхние этажи и “заражают” в конце концов весь дом. Дверные коробки и оконные рамы деформируются, что становится причиной появления щелей и зазоров, через которые дом начинает ускоренно терять тепло. Паркет или любое другое напольное покрытие под воздействием сырости коробится. Ремонт становится неотвратимым. А он влечет новые затраты, причем без гарантии, что восстановительные процессы не придется повторять снова и снова. И в этом вины строителей как таковых нет, первопричины кроются в некачественной или несвоевременной оценке инженерно-геологических условий стройплощадки
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯИ для строительства обеспечивают комплексное изучение природных и техногенных условий территории (региона, района, площадки, участка, трассы) объектов строительства, составление прогнозов взаимодействия этих объектов с окружающей средой, обоснование их инженерной защиты и безопасных условий жизни населения. На основе материалов инженерных изысканий для строительства осуществляется разработка предпроектной документации, в том числе градостроительной документации и обоснований инвестиций в строительство, проектов и рабочей документации строительства предприятий, зданий и сооружений, включая расширение, реконструкцию, техническое перевооружение, эксплуатацию и ликвидацию объектов, ведение государственных кадастров и информационных систем поселений, а также рекомендаций для принятия экономически, технически, социально и экологически обоснованных проектных решений.
ТОПОГРАФО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ Наличие материалов инженерно-геологических и геодезических изысканий на площадке проектируемого дома позволяет избежать многих ошибок проектирования, строения и прокладки наружных инженерных систем: правильно расположить все строения на отведенном участке, вспомогательные помещения внутри коттеджа, которые требуют подачи воды и отвода хозфекальных стоков, организовать отвод поверхностных вод с учетом рельефа местности.
При обустройстве автономного источника водоснабжения (колодец или скважина) и местных очистных сооружений без инженерно-геодезических и гидрогеологических изысканий просто нельзя обойтись. Изыскания проводят для определения несущих характеристик грунтов, состава и уровня грунтовых вод. Характер грунта на участке диктует конструктивное устройство фундамента, возможность устройства подвала, способ прокладки коммуникаций, тип очистных сооружений и в целом влияет на экономичность строительства.
Геологические работы включают:
- бурение;
- отбор проб грунта и воды (на постройку здания – от 2 до 6 скважин различной глубины в зависимости от габаритов здания и состава грунтов);
- лабораторные испытания;
- составление отчета с рекомендациями по типу фундаментов, способам прокладки коммуникаций и мероприятиям по их защите.
При исследовании грунта учитываются следующие основные показатели:
- пучинистость, то ест сила, с которой грунт при воздействии отрицательных температур будет выталкивать из себя фундамент, трубы и заглубленные очистные сооружения. На основе полученных данных прогнозируют допустимую деформацию инженерных сооружений и, соответственно, выбирают материалы, способы строительства и обустройства систем;
- водонасыщенность, то есть уровень грунтовых вод. Знание этого показателя помогает, во-первых, определить глубину будущего колодца или частной скважины и, во-вторых, позволяет прогнозировать устойчивость строения и проложенных коммуникаций;
- агрессивность высокостоящих грунтовых вод: в случае высокой концентрации некоторых химических соединений приходится использовать специальные марки бетона и думать о специальной защите труб и кабелей.
неразумно строить или реконструировать сооружение, не зная точно геологического строения участка (на каких грунтах будет монтироваться фундамент, физико-механических характеристик и несущей способности грунтов под нагрузкой, их коррозионной активности, режима подземных вод и т.д. и т.п.), а следовательно - какую выбрать конструкцию и глубину заложения фундамента. Одни и те же грунты ведут себя по разному в результате обводнения или промерзания, серьезно меняют свои прочностные характеристики в результате разрушения их природной структуры и влажности.
Строительные нормы и правила устанавливают основные положения по определению опасных природных воздействий, вызывающих проявления и (или) активизацию природных процессов, учитываемых при разработке предпроектной документации (обосновании инвестиций в строительство объектов, схем и проектов районной планировки, генеральных планов городов, поселков и сельских поселений и другой документации), технико-экономических обоснований и рабочей документации на строительство зданий и сооружений, а также схем (проектов) их инженерной защиты.
В настоящих нормах и правилах использованы ссылки на следующие нормативные документы:
СНиП 10-01-94 “Система нормативных документов в строительстве. Основные положения”.
СНиП 11-01-95 “Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений.”
СНиП 1.02.07-87 “Инженерные изыскания для строительства”.
СНиП 2.01.01-82 “Строительная климатология и геофизика”.
СНиП 2.01.15-90 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения проектирования”.
СНиП 2.06.15-85 “Инженерная защита территорий от затопления и подтопления”.
СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах”.
При проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений, а также при проектировании их инженерной защиты необходимо выявлять геофизические воздействия, вызывающие проявления и (или) активизацию опасных природных (геологических, гидрометеорологических и др.) процессов.
Оценка опасности возникновения геофизических воздействий в литосфере, гидросфере и атмосфере должна проводиться на основе использования опубликованных и фондовых данных о состоянии природной среды, материалов комплексных инженерных изысканий, включающих прогноз взаимодействия проектируемых объектов с окружающей средой, и исходных данных для разработки предпроектной и проектной документации в соответствии с требованиями СНиП 11-01--95, СНиП II-7-81* и СНиП 2.0.01-82.
При выявлении опасных геофизических воздействий и их влияния на строительство зданий и сооружений следует учитывать категории оценки сложности природных условий.
Для прогноза опасных природных воздействий следует применять структурно-геоморфологические, геологические, геофизические, сейсмологические, инженерно-геологические и гидрогеологические, инженерно-экологические, инженерно-геодезические методы исследования, а также их комплексирование с учетом сложности природной и природнотехногенной обстановки территории
Уже на стадии выбора строительной площадки необходимы самые детальные изыскания. ведь только на основе полной картины геологического строения площадки и физико-механических свойств грунтов можно возвести объект без перерасхода бетона и гидроизоляционных материалов, качественно рассчитать конструкцию фундамента и гидроизоляции с учетом всех негативных факторов, способствуя тем самым сокращению сроков и стоимости строительства. Но никак не наоборот — сэкономив на инженерно-геологических изысканиях, требовать от проектировщиков удешевления стоимости строительства.
Недостаточное изучение инженерно-геологических условий, а иногда игнорирование их при проектировании и строительстве нередко приводят к еще более грозным последствиям — авариям и разрушению сооружений. То, что они должны предшествовать проектным работам, — аксиома. Только тогда заказчик может быть уверен в том, что построенное здание окажется жестким, недеформируемым и неподтопляемым.
Описание минералов и горных пород
Ортоклаз-(от греч. orthуs - прямой и klбsis - ломка, раскалывание), породообразующий минерал из группы полевых шпатов, Химический состав K [AlSi3O8]. В качестве примеси содержит Na (до 8% Na2O), реже Ва и в небольших количествах Fe, Са, Rb, Cs и пр. Кристаллизуется в моноклинной системе. Кристаллы призматической формы. Характерны разнообразные двойники адуляр, лунный камень, обыкновенный полевой шпат ,санидин (стекловатый полев. шпат), Спайность совершенна, под углом 90° (отсюда и название), чем отличается от микроклина. Цвет светло-розовый, буровато-жёлтый, иногда красный; блеск стеклянный. Твердость по минералогической шкале 6-6,5; плотность 2550-2580 кг/м3. О. - один из важнейших породообразующих минералов магматических горных пород; скопления крупных кристаллов О. характерны для пегматитовых жил. Часто образуется в процессе регионального и контактного метаморфизма. При выветривании ортоклаз превращается в каолин, в калиеву слюду, иногда эпидот. Места залегания Эйфель, Пантеллерия, Монте-Сомма, Албанские горы. Используется в качестве сырья в стекольной и керамической промышленности.
Мергель (нем. Mergel, от лат. marga) -осадочная горная порода смешанного глинисто-карбонатного состава: 50 — 75% карбонат (кальцит, реже доломит), 25 — 50% — нерастворимый остаток (SiO2 + R2O3). В зависимости от состава породообразующих карбонатных минералов мергели делятся на известковые и доломитовые. У обычных мергелей в нерастворимом осадке содержание кремнезема превышает количество полуторных окислов не более чем в 4 раза. Мергели с соотношением SiO2 : R2O3> 4 относятся к группе кремнеземистых.
Виды мергелей
Мергель ангитрито-доломитовый — термин, примененный для сильно ангидритоносных доломитовых мергелей и глинистых ангидрито-доломитов, которые по содержанию глинистого вещества соответствуют мергелям.
Мергель гипсовый — мергель, содержащий гипс, рассеянный или образующий желвачки, тонкие пропластки.
Мергель гипсово-доломитовый — то же, что мергель ангидрито-доломитовый, но кальция представлены гипсом, а не ангидритом.
Мергель глинистый — содержит от 50 до 70% (или от 50 до 75% )глинистых частиц.
Мергель доломитовый — глинисто-карбонатная осадочная горная порода, в которой карбонатный породообразующий мергеля представен доломитом, составляющим от 50 до /5% всей породы.
Мергель доломитовый глинистый— доломитовый мергель, содержат от 50 до 75% глинистого вещества.
Мергель известковый — глинисто-карбонатная порода, содержит от 50 до 75%СаСО3.Используется в цементной промышленности.
Мергель мелоподобный — порода, содеращая 10 — 30% глинистого материала и 35 — 90% кальцита, представленного мельчайшими скелетами организмов и микрозернистым кальцитом, тонко перемежающихся с глинистыми частицами. Сравнительно мягкая, растирающаяся, обычно светлоокрашенная горная порода.
Мергель пресноводный — рыхлая, рассыпчатая, порошкообразная масса углекислого кальция, отложенная в водоемах озерно-болотного типа в результате выпадения [[СаСО3]] из раствора, обогащенная глинистой примесью (свыше 30% ). Применяется для выжига извести и производства цемента. Синонимы: мергель озерный, мергель торфяной.
Мергель руинный— известковая порода, структура которой напоминает обломочную. В мергеле руинном участки четырехугольной формы, сохраняющие первичный серый цвет породы, окружены пространством, окрашенным окислами железа в красный цвет. Мергель руинный отмечен среди верхнемеловых флишевых отложений Австрии и во флишевых зонах Италии.
Мергель цементный — естественный известковый мергель, пригодный для производства портландцемента; для этого он подвергается обжигу до спекания. Состав колеблется, особенно изменчиво отношение кремнезема к сумме полуторных окислов (Аl2О3 + Fe2O3). Поэтому при приготовлении шихты для цементного клинкера в мергель цементный вводятся известковистая или глинистая добавки. В природе встречаются т. н. натуральные разности мергель цементный (СаСО3 75 — 80%, R2O3 + SiO2 20 — 25%), пригодные для обжига без добавок (например, новороссийская группа месторождений).
Мергель малоустойчив к атмосферным воздействиям. Мергеля широко распространены в природе, встречаются во всех системах, начиная с протерозоя, развиты повсеместно среди карбонатных и глинистых толщ. Используются как сырьё в производстве некоторых видов цемента. Наибольшее значение имеют цементные мергеля-натуралы, содержащие 75-80% CaCO3. Наиболее известны цементные мергелям район: Новороссийска, Амвросиевки (Донецкая область) и с. Подгорного (Воронежская область). Месторождения мергеля разрабатываются открытым способом.
Щебень - рыхлая обломочная порода из неокатанных обломков горных пород, шлаков и т.д. размером от 10 до 100 мм.
1) остроугольные обломки горных пород (размером до 100 мм), образовавшиеся при их выветривании; встречаются в виде рыхлых и слабосцементированных скоплений... 2) Продукты дробления (иногда и рассева) горных пород и искусственных каменных материалов (например, металлургических шлаков, кирпича) в виде кусков обычно угловатой формы размером 5-150 мм, применяемые, в зависимости от их свойств, в качестве заполнителей бетонов, для балластировки ж.-д. путей, в строительстве автомобильных дорог, гидротехнических сооружений и т.п.
Аргиллит(от греч. бrgillos - глина и lнthos - камень)-твёрдая, камнеподобная глинистая порода, образовавшаяся в результате уплотнения, дегидратации и цементации глин при диагенезе и эпигенезе. По минералогическому и химическому составу аргиллиты очень сходны с глинами, но отличаются от них большей твёрдостью и неспособностью размокать в воде. Сложены в основном глинистыми минералами гидрослюдистого монтмориллонитового и хлоритового типов с примесью частиц кварца, слюды, полевых шпатов. Подобно глинам, аргиллит образуют либо массивные пласты, либо микрослоистые (плитчатые) разновидности. Аргиллиты - типичные осадочные породы, характерные для геосинклинальных складчатых областей, а также глубоко погруженных осадочных толщ платформ.
Определение.Классификация грунтов
Грунт — горные породы, почвы, техногенные образования, представляющие собой многокомпонентную и многообразную геологическую систему и являющиеся объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека.
Грунты могут служить:
1) материалом основании зданий и сооружений;
2) средой для размещения в них сооружений;
3) материалом самого сооружения.
РАЗНОВИДНОСТИ ГРУНТОВ
Класс природных скальных грунтов — грунты с жесткими структурными связями (кристаллизационными и цементационными)
Класс природных дисперсных грунтов — грунты с водноколлоидными и механическими структурными
Класс природных мерзлых грунтов — грунты с криогенными структурными связями
Класс техногенных (скальных, дисперсных и мерзлых) грунтов — грунты с различными структурными связями, образованными в результате деятельности человека
Грунт скальный — грунт, состоящий из кристаллитов одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи кристаллизационного типа.
Грунт полускальный — грунт, состоящий из одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурный связи цементационного типа.
Условная граница между скальными и полускальными грунтами принимается по прочности на одноосное сжатие (Rc і 5 МПа — скальные грунты, Rc < 5 МПа — полускальные грунты).
Грунт дисперсный — грунт, состоящий из отдельных минеральных частиц (зерен) разного размера, слабосвязанных друг с другом; образуется в результате выветривания скальных грунтов с последующей транспортировкой продуктов выветривания водным или эоловым путем и их отложения.
Грунт глинистый — связный минеральный грунт, обладающий числом пластичности Ip і 1.
Песок — несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером меньше 2 мм составляет более 50 % (Ip = 0).
Грунт крупнообломочный — несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером крупнее 2 мм составляет более 50 %.
Ил — водонасыщенный современный осадок преимущественно морских акваторий, содержащий органическое вещество в виде растительных остатков и гумуса. Обычно верхние слои ила имеют коэффициент пористости е і 0,9, текучую консистенцию IL > 1, содержание частиц меньше 0,01 мм составляет 30—50 % по массе.
Сапропель — пресноводный ил, образовавшийся на дне застойных водоемов из продуктов распада растительных и животных организмов и содержащий более 10 % (по массе) органического вещества в виде гумуса и растительных остатков. Сапропель имеет коэффициент пористости е > 3, как правило, текучую консистенцию IL > 1, высокую дисперсность — содержание частиц крупнее 0,25 мм обычно не превышает 5 % по массе.
Торф — органический грунт, образовавшийся в результате естественного отмирания и неполного разложения болотных растений в условиях повышенной влажности при недостатке кислорода и содержащий 50 % (по массе) и более органических веществ.
Грунт заторфованный — песок и глинистый грунт, содержащий в своем составе в сухой навеске от 10 до 50% (по массе) торфа.
Почва — поверхностный плодородный слой дисперсного грунта, образованный под влиянием биогенного и атмосферного факторов.
Грунт просадочный — грунт, который под действием внешней нагрузки и собственного веса или только от собственного веса при замачивании водой или другой жидкостью претерпевает вертикальную деформацию (просадку) и имеет относительную деформацию просадки esl і 0,01.
Грунт пучинистый — дисперсный грунт, который при переходе из талого в мерзлое состояние увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда и имеет относительную деформацию морозного пучения efn і 0,01.
Грунт многолетнемерзлый (синоним — грунт вечномерзлый) — грунт, находящийся в мерзлом состоянии постоянно в течение трех и более лет.
Грунт сезонномерзлый — грунт, находящийся в мерзлом состоянии периодически в течение холодного сезона.
Грунт морозный — скальный грунт, имеющий отрицательную температуру и не содержащий в своем составе лед и незамерзшую воду.
Грунт сыпучемерзлый (синоним — «сухая мерзлота») — крупнообломочный и песчаный грунт, имеющий отрицательную температуру, но не сцементированный льдом и не обладающий силами сцепления.
Грунт охлажденный — засаленный крупнообломочный, песчаный и глинистый грунты, отрицательная температура которых выше температуры начала их замерзания.
Грунт твердомерзлый — дисперсный грунт, прочно сцементированный льдом, характеризуемый относительно хрупким разрушением и практически несжимаемый под внешней нагрузкой.
Грунт пластичномерзлый —дисперсный грунт, сцементированный льдом, но обладающий вязкими свойствами и сжимаемостью под внешней нагрузкой.
Криогенные структурные связи грунта — кристаллизационные связи, возникающие во влажных дисперсных и трещиноватых скальных грунтах при отрицательной температуре в результате сцементирования льдом.
Лед (синоним — грунт ледяной) — природное образование, состоящее из кристаллов льда с возможными примесями обломочного материала и Техногенные грунты — естественные грунты, измененные и перемещенные в результате производственной и хозяйственной деятельности человека, и антропогенные образования.
Антропогенные образования — твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности человека, в результате которой произошло коренное изменение состава, структуры и текстуры природного минерального или органического сырья.
Природные перемещенные образования — природные грунты, перемещенные с мест их естественного залегания, подвергнутые частично производственной переработке в процессе их перемещения.
Природные образования, измененные в условиях естественного залегания, — природные грунты, для которых средние значения показателей химического состава изменены не менее чем на 15 %.
Грунты, измененные физическим воздействием, — природные грунты, в которых техногенное воздействие (уплотнение, замораживание, тепловое воздействие и т. д.) изменяет строение и фазовый состав.
Грунты, измененные химико-физическим воздействием, — природные грунты, в которых техногенное воздействие изменяет их вещественный состав, структуру и текстуру.
Насыпные грунты — техногенные грунты, перемещение и укладка которых осуществляются с использованием транспортных средств, взрыва.
Намывные грунты — техногенные грунты, перемещение и укладка которых осуществляются с помощью средств гидромеханизации.
Бытовые отходы — твердые отходы, образованные в результате бытовой деятельности человека.
Промышленные отходы — твердые отходы производства, полученные в результате химических и термических преобразований материалов природного происхождения.
Шлаки — продукты химических и термических преобразований горных пород, образующиеся при сжигании.
Шламы — высокодисперсные материалы, образующиеся в горнообогатительном, химическом и некоторых других видах производства. Золы — продукт сжигания твердого топлива.
Золошлаки — продукты комплексного термического преобразования горных пород и сжигания твердого топлива.
Основные показатели физических свойств грунтов, их единицы измерения
1. Класс природных скальных грунтов
По пределу прочности на одноосное сжатие Rc в водонасыщенном
| Разновидность грунтов | Предел прочности на одноосное сжатие Rc, МПа |
| Очень прочный | >120 |
| Прочный | 120–50 |
| Средней прочности | 50–15 |
| Малопрочный | 15–5 |
| Пониженной прочности | 5–3 |
| Низкой прочности | 3–1 |
| Очень низкой прочности | <1 |
По плотности скелета rd
|
Разновидность грунтов |
Плотность скелета rd, г/см3 |
| Очень плотный | >2,50 |
| Плотный | 2,50–2,10 |
| Рыхлый | 2,10–1,20 |
| Очень рыхлый | <1,20 |
По степени растворимости в воде
| Разновидность грунтов | Количество воднорастворимых солей qsr, г/л |
| Нерастворимый | <0,01 |
| Труднорастворимый | 0,01—1 |
| Среднерастворимый | 1ѕ10 |
| Легкорастворимый | >10 |
По степени водопроницаемости
|
Разновидность грунтов |
Коэффициент фильтрации Кф, м/сут |
| Неводопроницаемый | <0,005 |
| Слабоводопроницаемый | 0,005—0,30 |
| Водопроницаемый | 0,30—3 |
| Сильноводопроницаемый | 3ѕ30 |
| Очень сильноводопроницаемый | >30 |
По структуре и текстуре
|
Подгруппа грунтов |
Структура | Текстура | |
Магматические |
Интрузивные |
Мелко-, средне- и крупнокристаллическая |
Массивная, порфировая, миндалекаменная |
| Эффузивные | Стекловатая, неполнокристаллическая | ||
| Метаморфические | Такая же, как у магматических грунтов | Гнейсовая, сланцеватая, слоисто-сланцеватая, тонкослоистая, нолосчатоя, массивная и др. | |
| Осадочные |
Мелко-, средне- и крупнокристаллическая |
Массивная, слоистая | |
2 Класс природных дисперсных грунтов
По гранулометрическому составу крупнообломочные грунты и пески
|
Разновидность грунтов |
Размер зерен, частиц d, мм |
Содержание зерен, частиц, % по массе |
|
Крупнообломочные: |
||
| — валунный (при преобладании неокатанных частиц — глыбовый) | >200 | >50 |
| — галечниковый (при неокатанных гранях — щебенистый) | >10 | >50 |
| — гравийный (при неокатанных гранях — дресвяный) | >2 | >50 |
| Пески: | ||
| — гравелистый | >2 | >25 |
| — крупный | >0,50 | >50 |
| — средней крупности | >0,25 | >50 |
| — мелкий | >0,10 | і75 |
| — пылеватый | >0,10 |
<75 |
Примечание — При наличии в крупнообломочных грунтах песчаного заполнителя более 40 % или глинистого заполнителя более 30 % от обшей массы воздушно-сухого грунта в наименовании крупнообломочного грунта добавляется наименование вида заполнителя и указывается характеристика его состояния. Вид заполнителя устанавливается после удаления из крупнообломочного грунта частиц крупнее 2 мм.
2.3 По числу пластичности Ip глинистые
|
Разновидность глинистых грунтов |
Чисто пластичности |
| Супесь | 1—7 |
| Суглинок | 7—17 |
| Глина | >17 |
По относительной деформации просадочности esl глинистые грунты
| Разновидность глинистых грунтов | Относительная деформация просадочности esl, д. е. |
| Непросадочный | <0,01 |
| Просадочный | і0,01 |
По коэффициенту водонасыщения Sr крупнообломочные грунты и пески
|
Разновидность грунтов |
Коэффициент водонасыщения Sr, д. е. |
| Малой степени водонасыщения | 0—0,50 |
| Средней степени водонасыщения | 0,50—0,80 |
| Насыщенные водой | 0,80—1,00 |
3 Класс природных мерзлых грунтов
По льдистости за счет видимых ледяных включений
|
Разновидность грунтов |
Льдистость за счет видимых ледяных включений ii, д. е. | |
| Скальные и полускальные грунты | Дисперсные грунты | |
| Слабольдистый | < 0,01 | < 0,20 |
| Льдистый | 0,01 ѕ 0,05 | 0,20 ѕ 0,40 |
| Сильнольдистый | > 0,05 | 0,40 — 0,60 |
|
Очень сильнольдистый |
ѕ | 0,60 ѕ 0,90 |
Грунтовые отложения, условия образования и строительные свойства
Озёрные отложения-, осадочные образования на дне озёр современных и древних, существовавших в прошлые геологические эпохи. Озёрные отложения относятся к континентальным отложениям, но в то же время обладают некоторыми признаками, присущими морским отложениям (хорошая сортировка материала, горизонтальная слоистость и др.). Отличительные черты озёрных отложений: линзовидное залегание, небольшое число остатков специфической фауны и занесённых с берегов остатков растений и животных, а также тесная связь с аллювиальными и др. типами континентальных осадков. В особую категорию выделяют озёрно-ледниковые отложения. В пресноводных озёрах накапливаются механические осадки, среди которых часто преобладают тонкозернистые с чёткой горизонтальной слоистостью, а также сапропель, диатомит. При зарастании озёра нередко превращаются в торфяные болота. Характер озёрных отложенийизменяется в зависимости от климата. В областях с холодным климатом отлагается обломочный песчано-глинистый материал, иногда с ленточной слоистостью; в озёрах умеренного пояса вместе с обломочным материалом накапливаются железо ("бобовые" руды), кремнезём (диатомиты), карбонат кальция, органич. вещество (торф, сапропель и др.). В засушливых областях, где распространены солоновато-водные и солёные озёра, отлагаются карбонаты, галит, гипс, а в бессточных озёрах - доломитовые осадки, иногда сода.
Озерные отложения - осадки, образующиеся на дне озер, сложенные обломочным (гравий, галька, песок, глина), химическим или органогенным материалом. Различают отложения пресноводных, соленых и вулканических озер. Состав озерных отложений подчинен климатической зональности. Применяются, в зависимости от их свойств, в качестве заполнителей бетонов, растворов.
Методы определения относительного и абсолютного возраста пород,эры и периоды геологической истории земли.
Геохронология(от гео и хронология), геологическое летосчисление, учение о хронологической последовательности формирования и возрасте горных пород, слагающих земную кору. Различают относительную и абсолютную (или ядерную) геохронологию. Относительная геохронология заключается в определении относительного возраста горных пород, который даёт представление о том, какие отложения в земной коре являются более молодыми и какие более древними, без оценки длительности времени, протекшего с момента их образования. Абсолютная геохронология устанавливает т. н. абсолютный возраст горных пород, т. е. возраст, выраженный в единицах времени, обычно в миллионах лет. (В последнее время термин "абсолютный возраст" часто заменяют названием изотопный, или радиологический, возраст.)
Относительная геохронология -для определения относительного возраста слоистых осадочных и пирокластических пород, а также вулканических пород (лав) широко применяется принцип последовательности напластования [т. н. закон Стенсена (Стено)]. Согласно этому принципу, каждый вышележащий пласт (при ненарушенной последовательности залегания слоистых горных пород) моложе нижележащего. Относительный возраст интрузивных пород и других неслоистых геологических образований определяется по соотношению с толщами слоистых горных пород. Послойное расчленение геологического разреза, т. е. установление последовательности напластования слагающих его пород, составляет стратиграфию данного района. Для сравнения стратиграфии удалённых друг от друга территорий (районов, стран, материков) и установления в них толщ близкого возраста используется палеонтологический метод, основанный на изучении захороненных в пластах горных пород окаменевших остатков вымерших животных и растений (морских раковин, отпечатков листьев и т.д.). Сопоставление окаменелостей различных пластов позволило установить процесс необратимого развития органического мира и выделить в геологической истории Земли ряд этапов со свойственным каждому из них комплексом животных и растений. Исходя из этого, сходство флоры и фауны в пластах осадочных пород может свидетельствовать об одновременности образования этих пластов, т. е. об их одновозрастности.
В результате трудов нескольких поколений геологов была установлена общая последовательность накопления слоев земной коры, получившая название стратиграфической шкалы. Верхняя часть её (фанерозой) составлена при помощи палеонтологического метода с большой тщательностью. Для нижележащего отрезка шкалы (докембрий), соответствующего огромной по мощности толще пород, палеонтологический метод имеет ограниченное применение из-за плохой сохранности или отсутствия окаменелостей. Вследствие этого нижняя - докембрийская - часть стратиграфической шкалы расчленена менее детально. По степени метаморфизма горных пород и др. признакам докембрий делится на архей (или археозой) и протерозой. Верхняя - фанерозойская - часть шкалы делится на три группы (или эратемы): палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую. Каждая группа делится на системы (всего в фанерозое 12 систем). Каждая система подразделяется на 2-3 отдела; последние в свою очередь делятся на ярусы и подчинённые им зоны. Как системы, так и многие ярусы могут быть прослежены на всех континентах, но большая часть зон имеет только местное значение. Наикрупнейшим подразделением шкалы, объединяющим несколько групп, служит эонотема (например, палеозойская, мезозойская и кайнозойская группы объединяются в фанерозойскую эонотему, или фанерозой). Стратиграфическая шкала является основой для создания соответствующей ей геохронологической шкалы, которая отражает последовательность отрезков времени, в течение которых формировались те или иные толщи пород. Каждому подразделению стратиграфической шкалы отвечают определённые подразделения геохронологической шкалы. Так, время, в течение которого отложились породы любой из систем, носит название периода. Отделам, ярусам и зонам отвечают промежутки времени, которые называются соответственно эпоха, век, время; группам соответствуют эры. Крупнейшему стратиграфическому подразделению - эонотеме - отвечает хронологический термин - эон. Существуют два эона - докембрийский, или криптозойский, и фанерозойский. Продолжительность более древнего - докембрийского эона составляет около 5/6 всей геологической истории Земли. Каждый из периодов фанерозойского эона, за исключением последнего - антропогенового (четвертичного), охватывает примерно равновеликие интервалы времени. Антропогеновая система, соответствующая времени существования человека, намного короче. Расчленение антропогена проводится, в отличие от других периодов, по фауне наземных млекопитающих, которая эволюционирует гораздо быстрее, чем морская фауна (в составе последней за время антропогена не произошло принципиальных изменений), а также на основе изучения ледниковых отложений, характеризующих эпохи всеобщего похолодания. Некоторые исследователи считают выделение антропогеновых отложений [см. Антропогеновая система (период)] в особую систему неправомочным и рассматривают её как завершающий этап предшествующего неогенового периода.
Абсолютная геохронология- в начале 20 в. П. Кюри во Франции и Э. Резерфорд в Великобритании предложили использовать радиоактивный распад химических элементов для определения абсолютного возраста горных пород и минералов. Измерение возраста производится по содержанию продуктов радиоактивного распада в минералах.
В 1907 по инициативе Э. Резерфорда Б. Болтвуд в Канаде определил возраст ряда радиоактивных минералов по накоплению в них свинца. В СССР инициатором радиологических исследований был В. И. Вернадский. Его начинания продолжили В. Г. Хлопин, И. Е. Старик, Э. К. Герлинг. В 1937 была создана Комиссия по определению абсолютного возраста геологических формаций.Цифры, полученные в результате первых определений абсолютного возраста пород, позволили английскому геологу А. Холмсу в 1938 предложить первую геохронологическую шкалу фанерозоя. Эта шкала неоднократно уточнялась и перерабатывалась.
Методы определения абсолютного возраста. Накопление продуктов радиоактивного распада в течение времени, положенное в основу определений абсолютного возраста
Свинцовый метод основан на исследованиях радиогенного свинца в минералах (уранините, монаците, цирконе, ортите). Он является наиболее достоверным, поскольку решение задачи о возрасте урано-ториевого минерала достигается по трем независимым уравнениям:
Аргоновый метод. Основан на радиогенном накоплении аргона в калиевых минералах.
Стронциевый метод, основанный на радиоактивном распаде 87Rb и превращении его в 87Sr,
Для оценки возраста геологических объектов в пределах 60000 лет огромное значение приобрёл радиоуглеродный метод, основанный на том, что в атмосфере Земли под воздействием космических лучей за счёт обильного азота идёт ядерная реакция 14N + n= 14С + Р; вместе с тем 14С радиоактивен и имеет период полураспада более 5700 лет. В атмосфере установилось равновесие между синтезом и распадом этого изотопа, вследствие чего содержание 14С в воздухе постоянно. Растения и животные при их жизни всё время обмениваются углеродом с атмосферой. Измеряя содержание 14С с помощью высокочувствительной радиометрической аппаратуры, можно установить возраст органических остатков.
|
Геохронологическая таблица |
|||||
|
Эра |
Период |
Эпоха |
Возраст, млн. лет |
||
|
Кайнозойская |
Четвертичный (антропогеновый) |
Голоценовая |
2 |
95 |
|
| Плейстоценовая | |||||
|
Неогеновый |
Плиоценовая |
26 |
|||
| Миоценовая | |||||
|
Палеогеновый |
Олигоценовая |
67 |
|||
| Эоценовая | |||||
| Палеоценовая | |||||
|
Мезозойская |
Меловой |
Позднемеловая |
137 |
572 |
|
| Раннемеловая | |||||
|
Юрский |
Позднеюрская |
195 |
|||
| Среднеюрская | |||||
| Раннеюрская | |||||
|
Триасовый |
Позднетриасовая |
240 |
|||
| Среднетриасовая | |||||
| Раннетриасовая | |||||
|
Палеозойская |
Позднеполеозойская |
Пермский |
Позднепермская |
285 |
2565 |
| Раннепермская | |||||
|
Каменоугольный (Карбон) |
Позднекаменноугольная |
360 |
|||
| Среднекаменноугольная | |||||
| Раннекаменноугольная | |||||
|
Девонский |
Позднедевонская |
410 |
|||
| Среднедевонская | |||||
| Раннедевонская | |||||
|
Раннеполеозойская |
Силурийский |
Позднесилурийская |
440 |
||
| Раннесилурийская | |||||
|
Ордовикский |
Позднеордовикская |
500 |
|||
| Среднеордовикская | |||||
| Раннеордовикская | |||||
|
Кембрийский |
Позднекембрийская |
570 |
|||
| Среднекембрийская | |||||
| Раннекембрийская | |||||
|
Протерозойская |
Позднепротерозойский |
Вендская |
1600 |
6100 |
|
| Позднерифейская | |||||
| Среднерифейская | |||||
| Раннерифейская | |||||
|
Среднепротерозойский |
- |
1900 |
|||
|
Раннепротерозойский |
- |
2600 |
|||
| Архирейская | - | - | более 2600 | ||
Определение периодов геологической истории Земли
Т2
Эон (эонотема) Фанерозой
Эра (эратема) Мезозой
Период (система) Триасовый
Эпоха (отдел) Среднетриасовый
Триа́совый пери́од или триа́с — геологический период, первый этап мезозоя; следует за пермским периодом, предшествует юрскому. Начало около 251 млн. лет, конец — 200 млн. лет назад, длительность около 50 млн. лет.
Геологические события В триасе сильно сокращаются площади внутриконтинентальных водоемов, развиваются пустынные ландшафты.
Климат Потепление климата вызывает высыхание многих внутренних морей. В оставшихся морях растёт уровень солёности.
О1 , О2
Эон (эонотема) Фанерозой
Эра (эратема) Палеозой
Период (система) Ордовикский
Эпоха (отдел) Верхнеордовикский, Среднеордовикский
Ордовикская система (период) — ордовик, вторая снизу система палеозойской группы, соответствующая второму периоду палеозойской эры геологической истории Земли. Начало ордовикской системы радиологическими методами определяется 500 млн. лет назад, а длительность 60 млн. лет.
| Отделы | Ярусы |
| Верхний О3 | Ашгильскнй О3а |
| Средний О2 | Карадокский О3с |
| Лландейловский О2l | |
| Лланвирнский О2ln | |
| Нижний O1 | Аренигский О1ar |
| Tpemaдокский O1t |
Полезные ископаемые В платформенных осадках на территории Эстонии и в Ленинградской области разрабатываются горючие сланцы (кукерситы); там же, а также на Сибирской платформе и в Казахстане известны фосфориты. К геосинклинальным вулканогенно-кремнистым осадкам приурочены небольшие месторождения железных и марганцевых руд в Северной Америке, Западной Европе, Казахстане, Китае и др. С ордовикскими интрузиями в Казахстане связаны месторождения золота и др. металлов. В Северной Америке в ордовикских отложениях известны месторождения нефти.
С3
Эон (эонотема) Фанерозой
Эра (эратема) Палеозой
Период (система) Каменноугольный
Эпоха (отдел) Верхний карбон включает в себя 2 яруса: касимовский (C3k) и гжельский (С3g).
Каменноу́гольный пери́од, сокращенно карбо́н (С) — геологический период в верхнем палеозое 360—286 млн лет назад. Назван из-за эпохи углеобразования в это время.
Появление деревьев и пресмыкающихся. На карте мира впервые появляются очертания величайшего суперконтинента в истории Земли — Пангеи. Пангея образовалась при столкновении Лавразии (Северная Америка и Европа) с древним южным суперконтинентом Гондваной. Незадолго до столкновения Гондвана повернулась по часовой стрелке, так что ее восточная часть (Индия, Австралия, Антарктида) переместилась к югу, а западная (Южная Америка и Африка) оказалась на севере. В результате поворота на востоке появился новый океан — Тетис, а на западе закрылся старый — океан Рея. В то же время океан между Балтикой и Сибирью становился все меньше; вскоре эти континенты тоже столкнулись[1].
Карбон подразделяется на три эпохи (отдела) — ранний карбон (продолжительностью 40 млн лет), средний карбон (24 млн лет) и поздний карбон (10 млн лет).
Нижний карбон включает в себя 3 яруса: турнейский (C1t), визейский (С1v) и серпуховский (С1srp).
Средний карбон включает в себя 2 яруса: башкирский (C2b) и московский (С2m).
Верхний карбон включает в себя 2 яруса: касимовский (C3k) и гжельский (С3g).
Сущность эндогенных процессов Земли. Схемы нарушения форм залегания пород
Эндогенные процессы(греч.Endon - внутри + Genes - рождающий, рожденный) - рельефообразующие геологические процессы, связанные с энергией, возникающей в недрах твёрдой земли.и обусловленные ее внутренней энергией, силой тяжести и силами, возникающими при вращении Земли. Эндогенные процессы проявляются в виде тектонических движений земной коры, магматизма, метаморфизма горных пород, сейсмической активности. Главными источниками энергии эндогенных процессов являются тепло и перераспределение материала в недрах Земли по плотности (гравитационная дифференциация). Эндогенные процессы играют главную роль при образовании крупных форм рельефа.
Глубинное тепло Земли имеет преимущественно радиоактивное происхождение. Непрерывная генерация тепла в недрах Земли ведёт к образованию потока его к поверхности. Под влиянием теплового потока или непосредственно тепла, приносимого поднимающейся глубинной магмой, возникают так называемые коровые очаги магмы в самой земной коре; достигая приповерхностных частей коры, магма внедряется в них в виде различных по форме интрузивов или изливается на поверхность, образуя вулканы.
Гравитационная дифференциация вела к расслоению Земли на геосферы разной плотности. На поверхности Земли она проявляется также в форме тектонических движений, которые, в свою очередь, ведут к тектоническим деформациям пород земной коры и верхней мантии; накопление и последующая разрядка тектонических напряжений вдоль активных разломов приводят к землетрясениям.
Грабен
(нем. Graben, буквально - ров) участок земной коры, опущенный по крутым, нередко вертикальным разрывам, обычно сбросам, относительно окружающих участков. Размеры грабенов достигают десятков километров в поперечнике и сотен километров в длину. Система величайших в мире грабен проходит на В. Африки (см. Восточно-Африканская зона разломов). В Западной Европе крупнейшим грабеном является долина р. Рейн. Подобные грабены планетарного масштаба названы рифтами; Грабены осложнённые по краям дополнительными разрывами, создающими ступени, называются сложными.
Горст
(нем.Horst - гнездо), приподнятый над смежными участками, обычно вытянутый, участок земной коры, ограниченный круто наклоненными разрывами сбросами или взбросами. Размеры Г. различны - до многих десятков км в поперечнике и сотен км в длину.
Сущность экзогенных процессов Земли. Описание процесса (карст, морозное пучение)
Экзогенные процессы-геологические процессы, обусловленные внешними по отношению к Земле источниками энергии (преимущественно солнечное излучение) в сочетании с силой тяжести. Экзогенные процессы протекают на поверхности и в приповерхностной зоне земной коры в форме механического и физико-химического её взаимодействия с гидросферой и атмосферой. К ним относятся: выветривание, геологическая деятельность ветра (эоловые процессы, дефляция), проточных поверхностных и подземных вод (эрозия, денудация), озёр и болот, вод морей и океанов (абразия),ледников (экзарация). Главные формы проявления Э. п. на поверхности Земли: разрушение горных пород и химическое преобразование слагающих их минералов (физическое, химическое, органическое выветривание); удаление и перенос разрыхлённых и растворимых продуктов разрушения горных пород водой, ветром и ледниками; отложение (аккумуляция) этих продуктов в виде осадков на суше или на дне водных бассейнов и постепенное их преобразование в осадочные горные породы (седиментогенез, диагенез, катагенез). Э. п. в сочетании с эндогенными процессами участвуют в формировании рельефа Земли, в образовании толщ осадочных горных пород и связанных с ними месторождений полезных ископаемых. Так, например, в условиях проявления специфических процессов выветривания и осадконакопления образуются руды алюминия (бокситы), железа, никеля и др.; в результате селективного отложения минералов водными потоками формируются россыпи золота и алмазов; в условиях, благоприятствующих накоплению органические вещества и обогащенных им толщ осадочных горных пород, возникают горючие полезные ископаемые.
Карст (от нем. Karst, по названию известнякового альпийского плато Крас в Словении), — совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью воды и выражающихся в растворении горных пород и образовании в них пустот, а также своеобразных форм рельефа, возникающих на местностях, сложенных сравнительно легко растворимыми в воде горными породами (гипсами, известняками, мраморами, доломитами и каменной солью).
На своём подземном пути вода встречает растворимые породы, к которым относятся галогены (каменная соль), карбонатные породы (известняк, доломит, мрамор), а также сульфаты (гипс, ангидрит). Протекая по трещинкам, вода растворяет породы, отчасти механически размывает их, расширяя путь, часто образуя большие подземные полости и пещеры. Подобную работу производят и атмосферные воды, стекающие по поверхности выходов растворимых прод и просачиваясь в их трещины. Вся совокупность этих процессов носит название карста или карстообразования. Термин происходит от названия известнякового плато Карст к северу от Триеста, в Словении, на северном побережье Адриатического моря. Развитие карста может происходить лишь у поверхности или на сравнительно небольшой глубине от неё, там, где циркуляция подземных вод интенсивна. Более всего распространён карст в карбонатных породах, тогда как соляной и гипсовый карст - явление сравнительно редкое. Это объясняется тем, что соли и гипс обычно залегают среди водоупорных глинистых пород, не пропускающих к ним воду. Кроме того, эти породы обычно массивны, не трещиноваты. В дальнейшем речь пойдёт о карбонатном карсте.
Подземные карстовые ходы начинаются обычно с поверхности Земли, поскольку их появление связано с проникновением под землю атмосферных вод. Поверхностной формой проявления карста являются неглубокие рытвины или борозды, вскрытые на поверхности выхода породы дождевыми водами и называемые каррами. Карры иногда покрывают обширные площади, превращая их в неудобную для обработки и даже труднопроходимую местность - карровые поля. Иногда вода стекает со всех сторон к какому-либо ходу, образуя вокруг него воронкообразное понижение, называемое карстовой воронкой. На дне воронки располагается водопоглощающее отверстие в виде вертикального или наклонного хода, проделанного водой - понор.
В тех областях, где карст очень древний, на дне воронок накапливается много смытых остаточных глинистых продуктов растворения известняков. Они часто бывают богаты окислами железа и окрашены в красный цвет, почему получили название "terra rossa". Они очень плодородны, покрыты пышной растительностью и являются настоящими оазисами среди голых известковых скал. Ещё более крупные и глубокие карстовые котловины, достигающие глубины многих десятков и сотен метров и занимающие иногда площади в десятки км2, называются полья.
Растворяющая работа воды создаёт целую систему подземных карстовых форм в виде различных полостей. Среди последних можно выделить прежде всего группу вертикальных и наклонных карстовых ходов, являющихся путями движения воды. К ним относятся карстовые колодцы, достигающие иногда 10-20 м в поперечнике и 200-300 м глубины. Эти ходы ведут в сплошную систему связанных между собой горизонтальных и наклонных туннелей и галерей, нередко расположенных в несколько ярусов и получивших название карстовых пещер. Они бывают весьма велики. Так, суммарная длина всех ходов величайшей в мире Мамонтовой пещеры в США превышает 300 км. По таким пещерам протекают целые подземные реки и ручьи, в их залах умещаются подземные озёра. Вода, проникающая сюда за счёт просачивания атмосферных осадков, содержит много растворённого СО2. Она поэтому легко растворяет известняк, насыщаясь углекислым Са в виде бикарбоната. Попадая на стену или потолок пещеры, вода выделяет часть растворённого СО2 и бикарбонат вновь переходит в среднюю соль. Она трудно растворима и частично выпадает в осадок в виде кальцита. Са(НСО3)2 СаСО3 + Н2О + СО2
Морозное пучение-увеличение объёма промерзающих влажных почв и рыхлых горных пород вследствие кристаллизации в них воды (образующей ледяные прослойки, линзы и т. д.) и разуплотнения минеральных частиц. Наблюдается в областях распространения сезонно- и многолетнемёрзлых пород. М. п. вызывает неравномерное поднятие промерзающих толщ; неодинаковая величина поднятия объясняется различиями в условиях промерзания, составе пород, их влажности, плотности и т. д. Наиболее подвержены М. п. глинистые породы, поскольку их М. п. зависит не только от собственной влажности, но и от миграционной влаги, поступающей в промерзающий грунт из смежных немёрзлых зон. Напряжения, возникающие в грунтах при М. п., способны вызвать разрыв корневой системы растений, деформации и смещения сооружений и т. п. Для предупреждения неблагоприятных последствий М. п. проводят мелиоративные работы, обрабатывают грунт веществами, изменяющими его физико-химические свойства; применяют специальные строительные конструкции.
Виды воды в грунтах. Условия залегания и движении, химический состав и агрессивность по отношению к строительным конструкциям подземных вод. Закон Дарси, коэффициент фильтрации. Трещинные подземные воды
Грунтовые воды -подземные воды, залегающие на первом от поверхности земли водоупоре и представляющие собой постоянный во времени и значительный по площади распространения водоносный горизонт.
Гигроскопическая вода – вода, поглощаемая сухим почво-грунтом из воздуха.
Гравитационная вода - подземная вода, способная передвигаться по порам, трещинам и другим пустотам горных пород под влиянием силы тяжести.
Прочносвязанная вода – вода, содержащаяся в грунтах в форме пленки толщиной в 2-3 молекулы воды. Удерживается силами электромолекулярного притяжения. По своим свойствам близка к твердому телу, имеет высокую плотность.
Капиллярные воды - воды, удерживаемые в порах грунта под влиянием капиллярных (менисковых) сил.
Химический состав подземных вод. Подземные воды всегда содержат растворённые газы и соли. Образуясь за счёт атмосферных осадков, они заносят с поверхности Земли растворённые в них кислород, азот, углекислоту. Проходя через почву и горные породы, содержащие органическое вещество, они обогащаются сероводородом, метаном и др. углеводородами. Циркулируя по трещинам горных пород, воды обогащаются карбонатами, сульфатами, хлоридами, а также и трудно растворимыми веществами: кремнезёмом, окислами железа и др. Грунтовые воды сильнее зависят от климата, чем межпластовые. В областях с влажным климатом грунтовые воды обычно пресные или слабо минерализованные. В засушливых областях с замедленной циркуляцией вод они обычно сильнее минерализованы, вплоть до солёных, в которых наряду с карбонатами содержатся сульфаты Na, K, Ca, а также хлористые соли.
Характер минерализации подземных вод сильно зависит от состава пород, по которым они циркулируют. Состав растворимых в воде веществ часто определяет её лечебные свойства. В местах выхода подземных вод с лечебными свойствами, так называемых бальнеологических вод, создаются курорты.
Агрессивная вода - вода, разрушающая бетон, металлы и горные породы. Различают углекислотный выщелачивающий, общекислотный, сульфатный, магнезиальный и кислородный виды агрессивности.
Основной закон фильтрации.
Движение воды в порах горной породы математически выражается следующим образом:
Q=KJW
где Q - расход воды, м3/сут.; К - коэффициент фильтрации м/сут; J - напорный градиент (равен tg угла наклона фунтового потока); W - поперечное сечение фильтрующей породы, м2.
Это выражение сформулировано в 1856 г. французским инженером и по имени автора получило название закона Дарси . Выведено это выражение для пород с ламинарным (параллельно, струйчатым, без пульсации) характером движения подземных вод, которое имеет место в песках, песчаниках и других породах. Позднее Н.Н. Павловским, Т.Н. Каменским и Н.К. Гиринским доказана правомерность этого закона и для гравелистых пород, где скорости достигают 125 м/сут.
Скорость фильтрации из выражения Дарси составляет
Эту скорость фильтрации называют кажущейся, поскольку расход потока отнесен ко всей площади поперечного сечения фильтрующей породы. Если принять напорный градиент за единицу, то коэффициент фильтрации можно рассматривать как кажущуюся скорость движения воды.
Действительную скорость (Vq) представляет собой отношение расхода воды к той части поперечного сечения, которая занята порами:
В глинистых породах, где много физически влаги, не участвующей в гравитационном движении воды и заполняющей поры, различают активную пористость (Пакт), показывающую какая часть сечения породы способна пропускать движущуюся воду
Где WММВ - максимальная молекулярная влагоёмкость в долях единицы; yск - объемный вес скелета породы.
Трещинные подземные воды- подземные воды циркулирующие в трещинах скальных грунтов. Они перемещаются по трещинам разного происхождения: тектоническим разломам, трещинам отдельных магматических массивов, трещинам выветривания и образуют единую гидравлическую систему, напоминающую систему сообщающихся сосудов.
Схема залегания трещинных вод:
1-трещинноватые породы зоны выветривания;2-трещинно-грунтовые воды;3-уровень трещинно-грунтовых вод;4-нижняя граница зоны выветривания;5-монолитные породы;6-тектонические разломы с трещинно-жильными напорными водами;H-напор трещинных вод над кровлей тоннеля;С-скважины
В верхней зоне массивов скальных грунтов до глубины 100м. развиты трещинно-грунтовые воды. Они пополняются за счет инфильтрации атмосферных осадков. Водообильность их определяется интенсивностью пополнения и степенью трещиннватости горных пород. Скальные грунты долины рек тектонического происхождения более водообильные, чем грунты, слагающие водоразделы. При вскрытии трещинно-грунтовых вод горной выработки с поверхности они ведут себя как обычные не напорные грунтовые воды.
Ниже по разрезу в зонах глубоких тектонических разломов залегают трещинно-жильные воды. Это линейно вытянутые водные потоки, уходящие в глубину до нескольких сот метров. Питаются они за счет просачивания трещинно-грунтовых вод, т.е. также за счет инфильтрации атмосферных осадков.
Разновидностью трещинно-жильные воды являются карстовые воды, циркулирующие по трещинам и пещерам карстового происхождения. Карстовые воды перемещаются в виде речных потоков по системе сообщающихся пещер или заполняются изолированные подземные полости и создают большие запасы. Питание карстовых вод происходит также за счет инфильтрации атмосферных осадков или за счет просачивания воды из поверхности рек.
В горно-складчатых областях в зонах тектонических разломов и в карстовых пещерах трещинно-жильные и карстовые воды сосредоточены в виде гигантских объемов и обладают повышенным напором. При строительстве подземных транспортных сооружений зачастую происходят внезапные водообильные прорывы трещинно-жильные вод, что в значительной степени осложняет строительство.
Химический состав как трещинно-жильных, так и карстовых вод определяется составом вмещающих их горных пород. В зоне интенсивного водообмена трещинно-жильные обычно пресные, гидрокарбонатные в (известняках) или жесткие сульфатные (в гипсах)
Геологические процессы в грунтах,обусловленные воздействием подземных вод
Просадочные явления -просадки, уплотнение грунта, находящегося под действием внешней нагрузки или только собственного веса. Происходит при искусственном замачивании (в лёссе и лёссовидных отложениях), оттаивании (термические просадки в мёрзлых грунтах), динамических воздействиях (вибрационные просадки). Величина про седания поверхности, вызванная просадкой грунтов, колеблется от долей см до 2 м. Просадки могут вызывать образование трещин на поверхности и в массиве грунта. Если фильтрация влаги в просадочных при замачивании грунтах происходит после окончания П. я., то возможна послепросадочная деформация грунта за счёт выщелачивания из него водорастворимых соединений. Причины П. я. (в лёссе и лёссовидных отложениях) - недоуплотнённое состояние грунта с теряющими прочность при замачивании связями частиц. При данной влажности грунта каждой величине давления отвечает определённая его пористость, уменьшающаяся с возрастанием давления. Междучастичные связи в грунте могут задержать его уплотнение, несмотря на увеличение (под влиянием веса новых отложений или построенных сооружений) давления, благодаря чему создаётся несоответствие пористости давлению - недоуплотнённое состояние. При снижении прочности связей частиц грунта (например, при замачивании лёсса в результате утечек из водопроводной сети или при повышении уровня грунтовых вод вблизи водохранилищ) возникают П. я. Недоуплотнённое состояние лёсса и лёссовидных отложений характерно для засушливых полупустынных или степных районов (Средняя Азия, Украина, Северный Кавказ, Китай, юг Центральной Европы, бассейн Миссисипи). Термические П. я. могут протекать в зоне развития многолетнемёрзлых горных пород.Просадочные свойства лёсса и лёссовидных грунтов изучаются в компрессионных приборах, путём замачивания котлованов и др. способами. Отношение величины уплотнения грунта при замачивании к первоначальной высоте образца грунта называется относительной просадочностью (изменяется от 0 до 0,1 и больше). П. я. возможны при возрастании влажности грунта до некоторой величины (начальная влажность просадки) и при давлении, превышающем некоторую величину (начальное давление просадки). Условия строительства на лёссе и лёссовидных грунтах подразделяются на два типа: просадки поверхности земли под действием собственного веса замоченного грунта менее 5 см, просадки поверхности более 5 см. Разные типы условий требуют различных строительных мероприятий. Для борьбы с П. я. в строительстве производится замачивание грунтов, силикатизация, уплотнение, обжиг (см. Закрепление грунтов, Уплотнение грунтов), осуществляются конструктивные мероприятия и устраняются возможности замачивания оснований сооружений. Просадочность - явление, свойственное лессам, и лессовидным грунтам и связанное с воздействием воды на структуру грунта с последующим ее разрушением и уплотнением под весом самого грунта или же при суммарном давлении собственного веса и веса сооружения.
Плывуны - насыщенные водой рыхлые отложения, способные в результате давления вышележащих толщ и других механических воздействий переходить в текучее состояние, при вскрытии их в котлованах, горных выработках, выемках ведут себя подобно вязким жидкостям, приходя в движение и оплывая. Различают псевдоплывуны и истинные (тиксотропные) плывуны. При промерзании плывун подвергается сильному пучению, слабо фильтрует воду.
Борьба с плывунами сводится к их осушению. При проходке туннелей, горных выработок и пр. применяют специальные щиты, кессоны, замораживание и т.п.
Набухание грунта - увеличение объема грунта при его смачивании. Свойственно главным образом глинистым грунтам.
Суффозия(от лат. suffossio - подкапывание, подрывание)-выщелачивание, вынос мелких минеральных частиц и растворимых веществ водой, фильтрующейся в толще горных пород. Суффозия приводит к нарушению микроагрегатной структуры грунтов; вызывает оседание всей вышележащей толщи с образованием на земной поверхности мелких и крупных замкнутых понижений (микрозападин, блюдец, западин, воронок, падин) диаметром до 10, редко до 100-500 м.
Морозное пучение-увеличение объёма промерзающих влажных почв и рыхлых (главным образом, глинистых и пылеватых) горных пород вследствие кристаллизации в них воды (образующей ледяные прослойки, линзы и т. д.) и разуплотнения минеральных частиц. Наблюдается в областях распространения сезонно- и многолетнемёрзлых пород. Морозное пучение вызывает неравномерное поднятие промерзающих толщ; неодинаковая величина поднятия объясняется различиями в условиях промерзания, составе пород, их влажности, плотности. Наиболее подвержены морозному пучению глинистые породы, поскольку их пучение зависит не только от собственной влажности, но и от миграционной влаги, поступающей в промерзающий грунт из смежных немёрзлых зон. Напряжения, возникающие в грунтах при морозном пучении способны вызвать разрыв корневой системы растений, деформации и смещения сооружений и т. п. Для предупреждения неблагоприятных последствий морозного пучения проводят мелиоративные работы, обрабатывают грунт веществами, изменяющими его физико-химические свойства; применяют специальные строительные конструкции.
Список литературы
Черноусов С.И. Основы инженерной геологии для транспортных строителей Новосибирск ИЗД-во СГУПСа 2007 212с.
Черноусов С.И. ,Крицкий М.Я., Сухорукова А.Ф. Инженерноя геология Западно-Сибирской железной дороги.
Новосибирск ИЗД-во СГУПСа 2005 144с.
Черноусов С.И. Инженерная геология
Новосибирск ИЗД-во СГУПСа 1999 75с.
Черноусов С.И. Инженерная геология учебно-методические материалы
Новосибирск ИЗД-во СГУПСа 2004 21с.
Web-сайты
41