Реферат Инженерная геология. Гидрогеология
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
1. Краткий обзор истории развития геологических знаний
Что изучает инженерная геология?
Геология наука о Земле, её строении, составе, и истории развития. Она является комплексной наукой, состоящей из различных многочисленных дисциплин:
кристаллография – учение о кристаллах и кристаллическом строении веществ;
минералогия – наука о минералах;
петрография – наука о горных породах;
динамическая геология – наука о процессах, протекающих на поверхности и внутри земли;
историческая геология – наука об истории развития земли;
гидрогеология – наука о подземных водах;
геоморфология – наука о развитии рельефа земной коры.
Инженерная геология – наука, изучающая геологические процессы верхних слоев земной коры и физико-механические свойства горных пород в связи с инженерно-строительной деятельностью человека. Основным объектом изучения геологии является литосфера и земная кора. Основоположником геологии является М. В. Ломоносов, В. М Севергин. Мы с вами будем изучать самый значительный для строительства раздел геологии "Инженерная геология"
Задачи инженерной геологии
Инженерная геология изучает природную, геологическую обстановку местности до начала строительства, а так же определяет и те изменения, которые произойдут в процессе эксплуатации и строительства сооружений. В настоящее время перед проектированием любого сооружения необходимо выполнить инженерно-геологические изыскания, которые определяют основные задачи проектирования:
1 Выбор места, наиболее благоприятного в геологическом, отношении для данного сооружения.
2 Выявление инженерно-геологических условий в целях выбора наиболее рациональных фундаментов, а также технологический процесс выполнения строительных работ.
3 Рекомендации необходимых мероприятий по инженерному улучшению выбранной территории (это: замачивание грунтов, крепление, мелиорация и т.д).
В настоящий период инженерная геология призвана решать самые сложные
задачи при любых условиях строительства.
Необходимость инженерно-геологического изучения нашей страны с целью
обоснования регионального размещения объектов народного хозяйства и правильного освоения новых территорий дополняется также не только требованиями изучения инженерно-геологических условий, а и необходимостью разработки прогнозов развития современных геологических процессов и явлений в целях предотвращения стихийных бедствий.
Краткий обзор истории развития геологических знаний
Первые упоминания о геологии можно найти в древних памятниках Месопотамии и Египта (второе-третье тысячелетие до нашей эры). В Китае сохранились рукописи 7-4 тысячелетия до нашей эры, где даны первые описания минералов и горных парод. В 11-13 веке до нашей эры многие восточные ученые занимались описанием минералов: таджикский философ-врачеватель Абу-Ибн-Син (Авирцека), узбек Аль-Бируни, азербайджанский ученый Мухамед Насеридин (Туси). В 1021-1023 годах в «Книге Исцеления» Алицена пытается объяснить процессы пародо образования и предложил первую классификацию минералов и горных парод. В 1048 Альберти в своей «Книге Сводок для познавания драгоценностей» описал более 100 минералов и горных парод. Польский астролог Н. Коперник доказал гелиоцентрическое строение солнечной системы.
В 18 веке появилось два направления:
- нептунизм.
- плутонизм
Нептунисты: все живое возникло из воды (Фалес)
Плутонисты: все возникло от огня (Аристотель)
Дарвин занимался изучением эволюции органического мира.
Лайель – выделил два процесса (экзогенный и эндогенный)
При Петре I был создан «Приказ Рудовых дел», который в 1719-ом был переименован в «Берг коллегию».
В 1725 году в Петербурге была основана Академия Наук.
Стали широко известны труды Ломоносова:
- «основание металлургии или рудных дел» (1741)
- «слово о рождении минералов от трясения Земли» (1757)
- «о слоях Земляных» (1763)
С конца 18 века началась геологическая съемка.
В России в 20-е, 30-е годы 19 века начали проводиться исследования по стратиграфии и поле антологии.
В 1882 году был создан «геологический комитет».
В настоящее время геологическими исследованиями занимается Академия Наук.
2. Основные сведения о земле
Форма и строение Земли
Форма Земли близка к шару, но сплюснута у полюсов. Такую форму называют сфероидом, но в связи с тем, что земная поверхность имеет впадины и горы, её назвали геоидом. Наша планета имеет концентрическое строение и состоит из ядра и оболочек. На поверхности земли находится водяная оболочка – гидросфера и атмосфера. Ядро земли (см. рисунок 1) предположительно имеет силикатный состав с большим содержанием железа. Радиус ядра примерно
Гидросфера – водная оболочка покрывает до 70% земной поверхности. Наибольшая глубина
Биосфера – это среда жизнедеятельности организмов и связана с литосферой, гидросферой и атмосферой.
Атмосфера – окружает землю на высоте
Тропосфера – приземной слой от 6-ти км до 18-ти км (у экватора). С удалением от поверхности температура резко падает и на высоте 10 -
Стратосфера – следующий слой высотой 80 -
Ионосфера – верхняя часть атмосферы, переходящая на высоте З000 км в межпланетное пространство. Она имеет малую плотность и высокую ионизацию.
Тепловой режим земли
Земля имеет 2 источника тепла: от солнечной радиации 99% и энергии, освобождаемой в недрах планеты.В верхней части земной коры выделяют три температурные зоны:
– зона сезонных колебаний;
– зона постоянной температуры;
– зона нарастания температуры.
Изменения в первой зоне определяются климатическими условиями. Общая мощность первой зоны составляет 12-15м. В зимний период возникает подзона, где температура опускается ниже нуля градуса. По мере углубления в недра влияние сезонных колебаний несущественно и на глубине 15…40 метров находится зона постоянных температур, которая примерно равна 15,5 – 13,60. По мере возрастания глубины, определяется 3-тья зона. В этой зоне на каждые
3. Геологическая хронология
Определение возроста горных пород
результате изучения строения земной коры и истории развития жизни появилась возможность разделить всю геологическую историю на ряд отрезков времени и составить по данным абсолютного и относительного возраста шкалу геологического времени – геохронологическую шкалу. Геологическая история развития Земли началась с архейской эры. Общий возраст Земли определяется в 5…5.5 млрд. лет.
Геологическое летоисчисление. Понятие об абсолютном и относительном возрасте горных пород и методы его определения.
Архейская эра, или архей,- древнейшая эра в геологической истории Земли продолжительностью около 1 млрд. лет, эра формирования земной коры, появления на ней первой воды, время накопления первых мощных толщ осадочных пород.
Все породы архейской группы интенсивно дислоцированы и прорваны многочисленными интрузиями гранитов. Архейская группа пород характеризуется преимущественно гнейсами, сильно метаморфизированвыми различными кристаллическими сланцами и кварцитами. Породы архея характеризуются значительной плотностью и прочностью. В невыветренном состоянии они обычно являются прекрасным основанием для всевозможных сооружений.
Протерозойская эра, или про терозой, - вторая эра от начала геологической истории Земли; продолжительность ее составляет 600-800 млн. лет. Для этой эры были характерными теплый тропический климат, обширное распространение моря, где происходило накопление известняков на обширных территориях.
Большинство пород протерозойского времени представляет собой типичные осадочные толщи более или менее метаморфизированные (метаморфические сланцы, филлиты, кварциты, конгломераты, мраморы).
Палеозойская эра, или палеозой, - третья эра от начала геологической истории Земли продолжительностью в 300-350 млн. лет. Эту эру подразделяют на периоды: кембрийский; ордовикский; силурийский; девонский; каменноугольный; пермский.
В палеозойское время проявились две мощные складчатости: каледонская (ордовик и силур) и герцинская (средне- и верхнекаменноугольное и нижнепермское время). Соответствующим образом в пределах палеозойской эры проявились и фазы тектонического покоя, характеризуемые низким стоянием континентальных массивов и морскими трансгрессиями.
Климат палеозоя отличался в основном тропическими и субтропическими режимами, которые изменялись в эпохи складчатости на континентальные условия, характеризуемые резким похолоданием. Примером резкого ухудшения климата является пермский период, в который проявилась мощная герцинская складчатость. В период максимальной активности герцинской горообразовательной фазы и максимального подъема континентов ряд областей земного шара подвергся оледенению. Породы палеозойского времени отличаются большим разнообразием как по составу и степени метаморфизации, так и по условиям залегания. Большое распространение имеют разнообразные известняки, мергели и доломиты (морская фация).
В пределах континентальной платформы породы палеозоя представлены (в зависимости от фации) различными глинами, песками и рыхлыми песчаниками. Сильно дислоцированные районы напластования палеозоя характеризуются различными метаморфическими породами, а местами кристаллическими сланцами и даже гнейсами. Мезозойская эра, или мезозой, четвертая эра сначала геологической истории Земли, включающая в себя три периода: 1) триасовый, или Триас (Т); 2) юрский, или юру J); 3) меловой, или мел (К).
Мезозойская эра была Эпохой относительного тектонического покоя. В юрский период проявлялась киммерийская складчатость. Вследствие этого юрское время характеризуется в основном континентальной обстановкой и накоплением осадков континентальной фации (угли) и мелководного моря (черные или темно-серые глины). Тем не менее, мезозойская эра характеризовалась теплым однообразным климатом. Среди мезозойских отложений Морские и континентальные осадки распространены примерно одинаково. Среди Морских осадков наибольшее значение имеют глинистые сланцы; характерны разнообразные известняки и мергели, меньше - песчаники и конгломераты. Для третьего периода этой эры характерен писчий мел как, проявление интенсивной трансгрессии мелового времени, в результате которой в пределах континентальных массивов образовались обширные водные бассейны.
Различают относительный возраст г.п. (относительная геохронология) и абсолютный возраст г.п. (абсолютная геохронология).
Определение относительного возраста пород - это установление, какие породы образовались раньше, а какие - позже. Относительный возраст осадочных г.п. устанавливается с помощью геолого-стратиграфических (стратиграфического, литологического, тектонического, геофизических) и биостратиграфических методов.
Абсолютная геохронология устанавливает возраст г.п. в единицах времени. К методам определения абсолютного возраста пород относятся методы ядерной (или изотопной геохронологии) и радиологические методы (но радиологические методы уступают по точности ядерным).
4. Сейсмические явления
Земная кора обладает различной подвижностью. Основной частью земной коры являются платформы, между ними располагаются геосинклинали. Геосинклинали располагаются между платформами и являются их подвижными сочленениями. Для районов геосинклиналей типичны интенсивные и разнообразные тектонические движения, в основном складчатого и разрывного характера. Отдельные участки платформы на протяжении многих десятилетий поднимаются, другие в это же время опускаются. Колебательные движения не изменяют первоначальных условий залегания пород, но геологическое их значение огромно. Для инженерной геологии особый интерес представляют современные колебательные движения, вызывающие изменения высот поверхности земли. Их необходимо учитывать при строительстве гидротехнических сооружений типа водохранилищ, плотин, морских портов, а также городов у моря. Тектонические движения выводят пласты из горизонтального положения, нарушают их первоначальное залегание. Возникают дислокации. Дислокации в зависимости от вида тектонических движений разделяют на: складчатые и разрывные. К складчатым дислокациям относятся моноклиналь, складка и флексура.
Моноклиналь – является самой простой формой нарушения первоначального залегания пород и выражается в общем наклоне слоев по отношению к горизонту. Складка представляет собой один сплошной перегиб слоев, возникающих в результате воздействия на породы тангенциальных тектонических сил. Выделяют два главных типа: антиклиналь - складка, обращенная своей вершиной вверх; и синклиналь - вершина, обращенная вниз. Бока складок называют крыльями, а вершину - замком. Флексура представляет собой коленоподобную складку, образовавшуюся при смещении одной части толщи пород относительно другой без разрыва сплошности. При изучении геологии строительных площадок необходимо установить пространственное положение слоев и отразить это на геологических картах.
В результате действия внутренних сил Земли возникают движения земной коры, которые сопровождаются упругими колебаниями, вызывающими сейсмические явления – землетрясения.
Сейсмические волны, вызывающие землетрясение, зарождаются в очаге на некоторой глубине от поверхности Земли, в так называемом фокусе (гипоцентре).
Анализ сейсмограмм показывает, что наибольший размах (амплитуда) сейсмических колебаний Различают продольные, поперечные и поверхностные сейсмические волны.
5.Породообразующие минералы, их свойства
Условие образование минералов. Минералы – это природные тела, имеющие определенный химический состав и свойства; образующиеся в результате физико-химических процессов, протекающих в земной коре. В земной коре содержится до 7000 минералов и их разновидностей, и около 100 из них входят в состав горных пород. Эти минералы называются породообразующими. Минералы образуются в результате разнообразных геологических процессов. Существует 3 процесса образования:
Эндогенный процесс – протекает в недрах земли, и минералы рождаются из магмы (силикатного расплава). Магма по мере понижение t, затвердевает. При данном процессе минералы характеризуются большой твердостью, к воде, кислотам.
Экзогенный процесс – протекает на поверхности земной коре, где взаимодействуют литосфера, гидросфера, атмосфера. Образование связано с процессом выветривания и колебаний температур. Такие минералы характеризуются низкой твердостью, и взаимодействием с водой.
Метаморфический процесс – это перерождение ране образованных минералов под воздействием высоких t и давления, а также магматических газов и воды. Минералы проходят перекристаллизацию, приобретают плотность, прочность.
Строение и свойства минералов. Минералы могут иметь кристаллическую структуру или аморфную. Свойства минералов могут быть одинаковыми по всем направлениям, такие минералы называют изотропными. А если свойства разные по различным направлениям – анизотропными. Минералы, обладающие кристаллической решеткой, характеризуются правильной внешней формой. Аморфные минералы характеризуются неправильной формой.
Морфологические особенности – это различные внешние формы. Формы минералов можно разделить на следующие виды: а)изометрические формы (одинаково развиты во всех направлениях); б)вытянутые в одном направлении (призматические, игольчатые); в) вытянутые в двух направлениях (плоские, листовые, чешуйчатые).
Все минералы имеют определенные физически свойства:
Внешняя форма – в природных условиях чаще всего приобладает неправильные очертания. Хорошо ограниченные и ограненные кристаллы встречаются редко.
Цвет – условно разделяют на светлые (кварц, полевые шпаты, гипс, кальцит), темные (роговая обманка, авгит и др.).
Прозрачность минералов – свойство пропускать свет. Выделяют III группы минералов:
а) прозрачные (кварц, мусковит).
б) полупрозрачные (халцедон).
в) непрозрачные (пирит, графит).
Блеск – свойство, основанное на отражение света поверхностью минерала. Он может быть металлическим и неметаллическим (стеклянным, жирным, шелковистым).
Твердость минерала – способность противостоять внешнему механическому воздействий. Каждому минералу присуща определенная твердость, которая ориентировочно оцениваете по шкале Мооса.
Спайность – способность минерала раскладываться или расщепляться по определенным направлениям с образованием гладких плоскостей. Спайность оценивается по следующей шкале:
а) спайность весьма совершенная – минерал расщепляется на тонкие листочки (слюда).
б) спайность совершенная – при расколе молотком минерал дает обломки, ограниченные правильными плоскостями (кальцит).
в) спайность несовершенная – на осколках минерала небольшие гладкие площадки (апатиты).
г) спайность отсутствует – раскалывание минерала происходит по неопределенным направлениям.
Излом характеризует поверхность разрыва и раскалывания минералов. Различается излом:
а) ступенчатый (полевые шпаты);
б) раковистый (кремень);
в) землистый (каолинит);
г) занозистый (роговая обманка);
д) волокнистый (асбест).
Минералы обладают рядом физических свойств: хрупкостью, плавкостью, магнитностью, вкусом, запахом и т.д.
6. Породообразующие минералы, их свойства
Горные породы представляют собой плотные или рыхлые, слагающие земную кору агрегаты тех или иных минералов, а также обломков других пород. Каждая горная порода имеет минералогический состав, свою структуру и текстуру.
Структура горных пород определяется особенностями внутреннего строения, формой и размерами слагающих их элементов (минералов и цемента) и характером их взаимной связи.
Текстура горных пород определяется ее внешним обликом (слоистость, массивность и т.д.), обусловленным особенностями слагающих пород частиц.
Горные породы по условиям происхождения и образования (генезису) делятся на: магматические, осадочные и метаморфические.
Магматические горные породы
Магматические породы образуются из застывшей магмы. Расплавленная магма, застывшая в недрах, образовывает глубинные породы, поток лавы излившийся на поверхность земли называется излившейся, Глубинные магматические породы образуются в условиях высокого давления, медленного и равномерного остывания. При этом породы характеризуются плотной полнокристаллической структурой. Излившиеся магматические породы образуются под низким давлением и температурой, при быстрой отдаче тепла и газовых компонентов. При этом породы характеризуются наличием аморфного стекла и пористой структурой. Структура и текстура магматических пород зависит от внутреннего строения.
По происхождению, условиям образования и залегания магматические горные породы подразделяются на: интрузивные (глубинные), эффузивные (излившиеся) и жильные.
Интрузивные породы образуются при силовом внедрении и остывании магмы в толще отложений горных пород земной коры без их выхода на поверхность земли.
Жильные образования связаны с заполнением магмой трещин, образующихся обычно в толще осадочных пород при внедрении магмы. Жилы подразделяются на пластовые и секущие.
Эффузивные породы образуются при излиянии с последующим остыванием и затвердеванием магмы уже не в тоще пород земной коры, а на поверхности земли.
Различают структуру: 1. зернистую (полнокристаллическую); 2. полукристаллическую ; 3. стекловатую.
По величине кристаллов породы делятся на: крупнозернистые – более
Текстура характеризует пространственное расположение составных частей. Различают:
1. массивную текстуру (плотное расположение кристаллов);
2. полосчатую текстуру (чередование различных участков);
З. шлаковую текстуру (содержание пустот видимых глазом).
К основным глубинным горным породам, применяемым в строительстве относят:
Гранит – имеет полнокристаллическую зернистую структуру. Цвет от светло-серого до красного. Состоит из минералов: полевого шпата (60%), кварца (40%). Текстура массивная; ρ = 2600…2700 кг/м3. Устойчив к выветриванию. Хорошо поддается обработке. Используется для облицовки зданий, фундаментов, волнорезов, изготовления ступеней.
Сиенит – основным минералом является ортоклаз и немного слюды, структура менее зернистая. По прочности и плотности близок к граниту, r=2600…2800 кг/м3. Хорошо полируется, но менее стоек к выветриванию. Применение как у гранита.
Диорит – полнокристаллическая зернистая структура, цвет от светло-серого до темного. Основой является пламоклазы 75 %, роговая обоманка. Текстура массивная, r=2800…3000 кг/м3. Хорошо полируется. Характеризуется высокой морозостойкостью. Применяется для покрытий и облицовки.
Габбро – полнокристаллическая крупнозернистая структура (см.рисунок 4). Состоит из полевого шпата и авгита. Цвет серый, темно-зеленый и черный, r = 2900…3300 кг/м3. Применяется для покрытия дорог, облицовки и приготовления щебня.
К основным излившимся горным породам относят:
Кварцевые порфиры – это аналог гранита. Структура порфировая - в стеклова-той массе содержатся вкрапления, которые понижают прочность и стойкость против выветривания; r=2400…2650 кг/м3. Окрашен в желтовато-серые тона. Применяется как облицовочный камень.
Базальт – в минеральном отношении аналог габбро. Представляет собой черную мелкокристаллическую породу; r =3300-3000 кг/м3. Применяется как строительный камень, литье. Обладает высокой вязкостью, мало натирается. Пемза – пористая порода (до 80% объем пор). Это вулканическое стекло, которое образовалось при быстром охлаждении лавы на воздухе, сопровождающееся бурным выделением гaзa; R=500 МПА. Характеризуется морозостойкостью и водонепроницаемостью, является хорошим стекло изоляционным материалом. Применяют как щебень, песок, абразивный материал.
Вулканические туфы – пористая порода, образовавшаяся в процессе уплотнения вулканического пепла; r=750…1400кг/м3.Обладает высокой морозостойкостью. Из туфовых пород выпиливают камни правильной формы для кладки стен; изготавливают щебень.
Осадочные горные породы
Любая порода на земной поверхности подвергается действию атмосферных осадков. В результате прочные породы разрушаются, образуя мелкие обломки. Продукты разрушения переносятся водой, ветром. Осаждение и накопление продуктов приводит к образованию осадочных пород, которые в зависимости от условий образования делятся на следующие группы: обломочные, органогенные (полученные в результате жизнедеятельности и отмирания организмов) и химогенные.
Структура – каждый вид породы имеет свою структуру, присущую только ей. Для рыхлых пород характерны обломочные структуры, для сцементированных – брекчиевидные и т.п.
Пористость – типична для всех видов пород. Поры бывают мелкие, крупные и в виде каверн. Общая пористость может быть: например, суглинки – 40…50%, пески – 35…40% и т.п. В порах могут располагаться вода, газ, органический материал.
Слоистость – осадочные породы залегают в виде слоев, которые образуются в процессе периодического накопления осадков в водной и воздушной среде.
При резком различии слоев по составу более или менее постоянной мощности и сравнительно большой занимаемой площади слои называют пластами. В таких случаях слои обычно ограничены с двух сторон четко выраженными поверхностями, которые называют плоскостями напластования, верхнюю плоскость называют – кровлей, нижнюю – ложе, а расстояние между ними – мощностью слоя.
Породы обломочного происхождения состоят из обломков механического разрушения магматических и метаморфических образований, а также ранее созданные осадочные породы. Основными признаками обломочных пород является деление па рыхлые и сцементированные. Грубые обломки разделяют на угловатые и окатанные. Угловатые (глыбы, щебень) и окатанные (валуны, галька, гравий).
К обломочным относят песчаные и глинистые породы. Песчаные разделяются по крупности зерен на крупные 2…0,5 мм, средние 0,5…0,25 мм, пылеватые менее
Глины – содержат глинистых частиц более 30%. Окрас глины – серый, бурый, зеленый. Глины гидрофильные. В сухом состоянии твердые и плотные, в соединении с водой дают пластичную смесь (см. рисунок 5); ρ = 1800…2000 кг/м3.
Область применения: для вяжущих, красок, огнеупорных кирпичей. Рыхлые обломочные породы могут подвергаться цементации – такие породы называются сцементированными.
Конгломерат и брекчии – представляют собой сцементированную гальку и щебень; ρ = 1500…2900 кг/м3. Их применяют при изготовлении кремнеземистого цемента, как строительный камень, облицовочный материал.
Песчаники – образуются в результате цементации песков. Окраска серая, темно-серая, бурая; ρ = 1800…2500кг/м3. Богаты кремнеземом, песчаники используются как кислотоупорный материал. Прочность от 50…2000 кг/см .
Породы химического происхождения образуются в результате выпадения из растворов химических осадков. Особенностью данных пород является растворимость в воде, наличие пустот, трещиноватость.
Доломиты – состоят из одноименного материала с примесью кальцита, гипса, кварца. Окраска белая, серая, красноватая; структура зернистая, плотная. Ρ = 2700…2900 кг/м3. По свойствам близок к плотным известнякам. Область применения: в качестве строительного щебня, камня для бетона, огнеупорных материалов и вяжущих веществ.
Гипс – состоит из минералов такого же названия с примесью глинистых минералов (см. рисунок 6). Окраска белая, серая, зеленая. Структура мраморовидная, крупнозернистая; ρ = 2200 кг/м3. Применяется в качестве добавки при производстве портландцемента, в качестве самостоятельного вяжущего.
Ангидрид – плотная зернистая порода, белого, серого цвета (см.рисунок 7); ρ = 2800…2900 кг/м3. Ангидрид залегает совместно с гипсом. Применяется для получения вяжущих, для изготовления плит внутренней облицовки.
Органогенные породы отличаются значительной пористостью и сжимаемостью. К органогенным породам относят различные карбонатные и кремнистые породы.
Трепел – пористая слабосцементированная порода, землистого цвета. Состоит из опала с примесью глины; ρ = 250…1000 кг/м3. Залегает слоями. Обладает огнеупорными свойствами. Диатомит - такой же, как и трепел по свойствам и составу.
Торф – порода, образовавшаяся под водой без доступа воздуха из разложившихся и обуглившихся пород, перемешанных с песком и глиной. Имеет пористую структуру, цвет черный, буро-черный; ρ = 600…1100 кг/м . Залегает слоями.
Известняк - образуется за счет накопления известковых остатков. Наиболее распространенный известняк–ракушечник, обладающий высокой пористостью; ρ = 1200…3100 кг/м3. Является сырьем для получения извести, цемента, облицовочного материала.
Мергели - имеют морское происхождение. Окрас светлый, серый. Состоит из глинистых и карбонатных минералов. Структура тонкозернистая. На воздухе быстро выветриваются и разрушаются; ρ = 1900…2500 кг/м3.
Валунник. Рыхлая крупнообломочная порода. Окатанные обломки размером более
Галечник или щебень. Рыхлая крупнообломочная порода. Окатанные (в галечнике) или угловатые (в щебне) обломки размером более
Гравий или дресва. Рыхлая крупнообломочная порода. Преобладают (более 50 % массы) окатанные (гравий) или угловатые (дресва) обломки размером более
Вулканические бомбы, вулканический гравий. Рыхлые крупнообломочные породы(см. рисунок 8). Состоят из угловатых или округлых обломков вулканической лавы размером более
Песок. Мелкообломочная порода (см. рисунок 9). Более 50 % массы составляют обломки размером мельче
Вулканический песок, вулканический пепел. Мелкообломочные рыхлые породы. Преобладают частицы распыленной и затвердевшей лавы, обломки минералов и горных пород размером 1...2 мм (песок) или менее
Лёсс, лёссовидный суглинок, лёссовидная супесь (алевриты). Лёсс – просадочный грунт. При замачивании сокращается в объеме и проседает от собственного веса на 1…7 см на
Глина, суглинок, супесь (пелиты). Пелиты – связные породы – обладают свойством пластичности и содержат глинистых частиц: более 30 % -глины, 10...30 % - суглинки и З...10%-супеси. Минеральный состав: каолинит, монтмориллонит, кварц, слюды, полевые шпаты. Цвет белый, темно-серый и черный, желто-бурый, буро-красный (если присутствуют оксиды железа и марганца), голубовато-зеленый (при наличии глауконита и хлорита) и др. Структура микрокристаллическая, землистая, текстура микропористая, часто слоистая. При увлажнении набухают, делаются пластичными, при высыхании дают усадку и переходят в твердое состояние. Практически глину, суглинок и супесь различают по числу пластичности. Грунты нескальные, связные, общее название грунтов – глинистые.
Конгломерат, туфоконгломерат. Сцементированная крупнообломочная порода, содержащая окатанные обломки с преобладающим размером более
Брекчия, туфобрекчия. Сцементированная крупнообломочная порода с преобладанием остроугольных обломков размером более
Гравелит. Аналогичен конгломерату. Преобладают (более 50 %) окатанные обломки размером более 2мм. Скальный грунт.
Туф вулканический. Твердые продукты вулканических извержений, сцементированные гидрохимическим переработанным мелкообломочным материалом. Строение обломочно-пористое: на фоне пористой массы разбросаны обломки различной величины, формы и цвета. Текстура беспорядочная. Выделяют крупнообломочные (преобладают обломки размером 3...5 мм), среднеобломочные (5...2 мм), мелкообломочные (2...0,5 мм) и тонкообломочные (менее
Туфолава, лавовая брекчия. Твердые продукты вулканических извержений, сцементированные лавой (занимают промежуточное положение между лавой и туфом). Если преобладают обломки размером менее
Туффит. Твердые продукты вулканических извержений и примеси осадочного материала невулканогенного происхождения (10...50 %), сцементированные природными цементами. По размерам и минеральному составу вулканические обломки подразделяют так же, как туфы вулканические. По составу осадочного материала выделяют кремнистый, глинистый и карбонатный туффиты. Структура пористая. Текстура обломочная, часто слоистая. Скальный грунт.
Песчаник. Сцементированный песок (см. рисунок 10). Цементирующими веществами могут быть кальцит, гипс, глина, кварц, халцедон, опал, водные оксиды железа, битумы и др. На ощупь грубый. Строение зернистое. Сложение плотное. Минеральный и зерновой составы аналогичны пескам. По относительной величине зерен различают равномерно- и разнозернистые песчаники, а по их преобладающему размеру грубо-, крупно-, средне- и мелкозернистые разности. Цвет и прочность зависят от минерального состава зерен и вида цемента. Скальные грунты различной прочности.
Алевролит. Алевритовая пылеватая сцементированная порода. Минеральный состав аналогичен алевритам. Цвет различный, чаще серый до черного, бурый, красноватый. Структура пылевато-глинистая. Текстура массивная, тонкослоистая, в воде размокает медленно, при этом не становится пластичным. Скальный грунт.
Аргиллит. Глинистая сцементированная порода Минеральный состав аналогичен пелитам. Цвет различный Структура глинистая. Текстура плотная, тонкослоистая или тонкоплитчатая. В воде медленно размокает, не приобретает пластичности. При увлажнении иногда издает землистый запах. Скальный грунт.
Известняк, известняк-ракушечник, туф известковый, травертин. Породы, состоящие главным образом из кальцита или кальцитовых скелетных остатков организмов, иногда с примесью (до 20 %) глинистых, пылеватых или песчаных частиц. Структура обломочная, текстура пористая, в деталях зависят от происхождения (органогенное, химическое, смешанное). Выделяют крупно-, средне-, мелко-, микро-, неравномернозернистые, афанитовые, землистые, оолитовые и другие разновидности. Чистые известняки белые, желтоватые; различные примеси окрашивают их в серый, розовый, черный и другие цвета. Отличительная особенность: известняки бурно вскипают от капли 5 %-ной соляной кислоты, причем на их поверхности после реакции не остается грязного пятна. Часть органогенных известняков состоит целиком из хорошо различимых раковин моллюсков (или их обломков), их называют известняками-ракушечниками. Структура известняков химического происхождения обычно микрозернистая (из мельчайших зернышек кальцита) или оолитовая (из шаровидных размером 1...5 мм зерен кальцита - оолитов). Пористый или ячеистый известняк, образованный в результате отложения кальцита из источников, получил название туф известковый, а его плотная разновидность-травертин. Скальные грунты. Растворимы в воде.
Мел. Обычно белая, сцементированная порода, состоящая из 60...70 % кальцитовых остатков морских планктонных водорослей и 30 ...40 % тонкозернистого порошкообразного кальцита. Содержание примесей не более 1 %. Отличительные особенности: бурно вскипает при действии 5 %-ной соляной кислоты; имеет белый, реже желтоватый или зеленоватый цвет: пачкает руки, пишет. Скальный грунт.
Доломит. Состоит из минерала доломит (75 % и более). Строение плотное, структура скрытокристаллическая (см. рисунок 11). Цвет белый, желтоватый, серый, зеленоватый, красноватый. С 10 %-ной соляной кислотой реагирует только в порошке или при нагревании. Скальный грунт.
Мергель. Имеет смешанный карбонатно-глинистый состав. Состоит из 50…70 % кальцита (реже доломита) и 25…50 % глинистых частиц Структура землистая, текстура массивная. Цвет белый, серый, розовый, желтоватый, красноватый, зеленоватый, пестрый. Вскипает при действии 10 %-ной соляной кислоты. Капля кислоты после реакции оставляет на поверхности породы грязное пятно (характерное отличие от известняка). Скальный грунт
Диатомит. Представляет собой скопление микроскопических скелетов диатомовых водорослей, состоящих из водного кремнезема (опала). Строение землистое рыхлое или сцементированное. Цвет белый, желтоватый, светло-серый. Текстура пористая. Отличительные особенности: легкий, жадно впитывает воду, прилипает к влажному пальцу, растирается пальцами в тончайшую пудру, не вскипает при действии соляной кислоты.
Трепел. Состоит из мельчайших зернышек опала химического происхождения (отличие от диатомита), видимых только под микроскопом. Внешне похож на диатомит.
Опока. Сложена опалом с примесью глинистых минералов и скелетных остатков микроорганизмов. Очень легкая порода. Цвет серый, голубоватый, иногда черный. Часто окраска пятнистая. Отличительные особенности: при ударе опока колется со звенящим звуком на мелкие остроугольные обломки, обладающие раковистым изломом; не вскипает при действии соляной кислоты. Похожа на диатомит и трепел, но отличается большей прочностью.
Яшма. Сложена скрытокристаллическим и аморфным кремнеземом (кварц, халцедон, опал) (см. рисунок 12) Часто содержит остатки микроскопически мелких животных – радиолярий и примеси глинозема, извести, соединений металлов. Цвет разнообразный (красный, зеленый, желтый, коричневый, пестрый и др.). Отличительные особенности: высокая прочность, разноцветная полосчатая текстура, раковистый излом.
Метаморфические горные породы
Метаморфические породы образуются в результате глубоких изменений и преобразований в магматических и осадочных породах под влиянием высоких температур, давления и химически активных веществ. Метаморфические породы по внешнему виду и условиям залегания занимают промежуточное состояния между магматическими и осадочными породами. По минералогическому составу они ближе к магматическим породам. Типичными минералами являются слюиды, кварц, хлорид, тальк. Метаморфическим породам присуща кристаллическая структура и текстура. В зависимости от способа происхождения метаморфические горные породы делятся на: контактовые, динамометрические, региональные.
Контактовый метаморфизм – развивается при контакте между внедрившейся магмой и вышележащими ее горными породами, при воздействии высоких температур, газов и паров воды.
Динамометаморфизм – преобразование исходных пород под давлением, вышележащих слоев Земли.
Региональный метаморфизм – происходит на больших площадях в глубинах земной коры. Низ слоя, в котором протекают данные процессы называется поясом метаморфизма. Этот пояс по глубине делится на три зоны:
Верхняя – начальная стадия метаморфизма; происходит перекристаллизация пород под давлением горных масс с изменением минерального состава.
Средняя – характеризуется высоким давлением и температурой.
Нижняя – для этой зоны характерен высокий метаморфизм.
Метаморфические породы классифицируются: по минеральному составу, по структуре, по текстуре.
По взаимному расположению и типам зерен выделяют текстуры:
сланцевая – с параллельным расположением чешуйчатых или таблитчатых минералов;
гнейсовая – с параллельным расположением таблитчатых минералов при малом содержании чешуйчатых частиц;
полосчатая – с чередованием полос различной толщины и состава;
волокнистая – волокнистые и игольчатые минералы вытянуты в одном направлении;
очковая – с рассеянными в породе более крупными овальными зернами;
плойчатая – мелкоскладчатая;
беспорядочная – с неориентированным расположением зерен;
массивная – с прочным сложением породы при плотном соединении минеральных зерен.
По форме зерен различают гранобластовую структуру (зерна изометрической формы), лепидобластовую (зерна в форме листочков, чешуек), порфиробластовую (с одинаковыми по форме зернами). По размерам зерен выделяют крупнозернистые, среднезернистые и мелкозернистые структуры. Кварцит – плотная горная порода, очень твердая (см. рисунок 13). Окрас розовый, серый, желтый. Состоит из кварца с примесью слюды. Структура зернистая, ρ = 2800-3000 кг/м³. Применяется как строительный и облицовочный камень.
Мрамор – кристаллическая порода, кальций с примесью доломита (см. рисунок 14). Структура зернистая. Окраска белая, розовая, серая, голубая; ρ =2600…2800 кг/м3. Легко выветривается под действием воды, хорошо поддается обработке. Применяется как облицовочный материал.
Гнейс – содержит кварц, полевой шпат, слюду, роговую обманку (см. рисунок 15). Структура кристаллическая, текстура полосчатая. Окрас светло-серый, зеленоватый, ρ=2400…2800 кг/м3. Наиболее прочен в перпендикулярном к полосам направлении. Используется как строительный камень.
Сланцы – образуются в результате метаморфизма различных пород. По сланцеватости породы сравнительно легко раскалываются. Сланцы называют по преобладающему в них минералу: слюдяные, хлоритовые. Применяется как теплоизоляционный материал, для изготовления кровли.
Глинистый сланец. Текстура тонкосланцеватая. Состоит из микроскопически не различимых глинистых минералов, кварца, иногда серицита, хлорита. Структура скрыто кристаллическая. Цвет серый до черного, зеленоватый., желтоватый, бурый, красноватый. Легко раскалывается на плитки с матовой поверхностью. Блеск тусклый, в воде не размокает. Прочность сравнительно невысокая.
Филлит, кровельный сланец. Текстура тонкосланцеватая. Состоит из кварца, иногда хлорита, биотита, полевых шпатов, кальцита (см. рисунок 16). Цвет зеленый, серый, красноватый, бурый, черный, фиолетовый. Структура микрозернистая (микрочешуйчатая) полнокристаллическая. Легко раскалывается на плитки со слабым шелковистым блеском по плоскостям сланцеватости. Прочность средняя.
Слюдяной сланец. Текстура сланцеватая (см. рисунок 17). Состоит преимущественно из слюд (мусковит, биотит), кварца, иногда граната, графита. Цвет белый, бурый, черный. Структура средне- или крупнокристаллическая (чешуйчатая). Легко расщепляется на тонкие пластинки с шелковистым блеском по плоскостям спайности. Блеск сильный. Прочность средняя.
Гнейс. Текстура полосчатая, реже очковая. Состоит из кварца, полевых шпатов, биотита, роговой обманки, иногда пироксена, граната, графита и др. Цвет серый, желтоватый, черный и др. Характерно чередование светло-серых или розовых (кварц, полевые шпаты) и темных полос (биотит, роговая обманка). В очковых включениях наблюдаются крупные кристаллы полевых шпатов среди более мелкозернистой массы. Структура зернисто-кристаллическая (средне- и крупнозернистая). По минеральному составу и свойствам близок к граниту, отличается от него текстурой. Переходные разности называются гнейсогранитами или гранитогнейсами. Прочность высокая.
Роговик. Текстура плотная массивная беспорядочная. Состоит из кристаллов кварца, биотита, полевых шпатов, граната, иногда роговой обманки, пироксена, магнетита. Цвет белый, буровато-, розовато-, светло-, темно-серый до черного, темно-зеленый. Структура мелкозернистая. Характерна значительная прочность и раковистый излом. Прочность исключительно высокая.
Грейзен Текстура массивная беспорядочная. Состоит из кварца, мусковита, иногда турмалина, топаза, флюорита. Цвет белый, светло-серый, зеленоватый. Структура крупнокристаллическая с зубчатыми неровными очертаниями зерен кварца и чешуек слюды. Прочность высокая.
Кварцит. Текстура массивная, редко сланцеватая (см.рисунок 18). Состоит в основном из зерен кварца, сцементированных кремнеземом (смесь опала, кварца и халцедона). Структура мелко- и тонко-зернистая; иногда зерна трудно различимы (сливной кварцит). Цвет белый, серый, желтый, красноватый, малиновый и др. Характерна очень большая прочность. Кварцитовидный песчаник - переходная порода от песчаников к кварцитам (начальная стадия метаморфизации). Ножом не царапается. Оставляет след на стали и стекле.
Известковистый сланец. Текстура сланцеватая. Состоит из кальцита, хлорита, кварца или доломита и кварца. Переходная порода от известняка (доломита) к мрамору (начальная стадия метаморфизации).
Мрамор. Текстура массивная, полосчатая, реже сланцеватая. Состоит из кальцита, реже доломита, иногда с примесью графита, хлорита и др. Цвет белый, светло-серый, розовый, голубой, желтоватый, черный, пестрый. Структура тонко-, мелко-, средне- и крупнозернистая. Характерно бурное вскипание при действии 10 %-ной соляной кислоты. Доломитовый мрамор вскипает с соляной кислотой только в порошке или в нагретом виде. Прочность средняя. Легко царапается ножом.
Кварцево-серицитовый сланец. Текстура сланцеватая Светлый слюдяной сланец с преобладанием кварца и серицита – разновидности мусковита.
Хлоритовый сланец. Текстура сланцеватая. Состоит из хлорита, часто с примесью кварца, талька, слюд, полевых шпатов, граната. Цвет зеленый различных оттенков. Структура чешуйчато-зернистая или листовая. На ощупь жирный, раскалывается на пластинки Легко царапается ножом. Видны чешуйки или листочки хлорита. Кварц без увеличения заметен плохо. Окраска различная: розовая, серая, зеленая и др. Скальный грунт.
Тальковый сланец, Талькит. Текстура сланцеватая, у талькита - массивная. Состоит из талька, кварца, иногда хлорита, слюд. Цвет белый, светло-серый, зеленоватый, желтоватый. Структура чешуйчато-зернистая. Жирный на ощупь, царапается ногтем. При наличии одного талька называется тальковый камень. Талькит содержит 75...99 % талька, кварц, рудные минералы. Структура мелко-чешуйчатая.
7. Геоморфология. Элементы и формы рельефа. Типы рельефа
Наука, занимающаяся изучением рельефа, его происхождением и развитием называется геоморфологией.
Основной задачей инженерной геоморфологии является изучение состояния динамического равновесия рельефа, выявление степени его устойчивости и прогнозирование изменений форм его в результате строительства. Такие прогнозы необходимы не только для выбора оптимального варианта размещения объекта, но и для гарантии его безаварийной службы.
Рельеф – это совокупность всех форм поверхности – возвышений, равнин и углублений. Они могут быть горизонтальными, наклонными, выпуклыми, вогнутыми, сложными. Эти «неровности» на поверхности Земли весьма динамичны, находятся в состоянии непрерывного изменения и превращения. В процессе этих изменений уничтожаются старые и возникают новые формы рельефа. Все это происходит в результате воздействия на земную поверхность сил, возникающих при проявлении эндогенных (внутренних) и экзогенных (внешних) процессов на Земле.
По своему происхождению формы рельефа подразделяются в зависимости от преобладающего фактора – силы, вызвавшей образование данной формы. Прежде всего их делят на две большие группы:
– формы рельефа, обусловленные деятельностью эндогенных сил, т.е. тектоникой земной коры;
– формы рельефа, обусловленные деятельностью экзогенных сил на поверхности земли.
По происхождению все формы подразделяются на: тектонические, эрозионные и аккумулятивные.
Тектонические возникают в процессе движения земной коры, при этом образуется рельеф земли.
Эрозионные – связаны с разрушительной работой текучих вод и активно меняют свои очертания во времени.
Аккумулятивные формы – являются следствием накопления продуктов выветривания.
Элементы рельефа. К ним относятся поверхности, линии и точки, составляющие формы рельефа.
Поверхности образуют форму рельефа. Они могут быть горизонтальными, наклонными, выпуклыми, вогнутыми и сложными. Линии являются результатом пересечения поверхностей. Различают линии: водораздельные, водосливные, подошвенные, бровку.
Водораздельная – различают поверхностный сток двух противоположных склонов.
Водосливная – является результатом пересечения двух поверхностей и проходит по дну долин, балок, оврагов и т.д.
Подошвенная – ограничивает основание склонов различных форм рельефа.
Бровка – это линия, по которой происходит резкий перегиб склона.
К характерным точкам рельефа относят вершины (наибольшая высота на данном участке местности), перевальные (дно понижений гребней хребтов), устьевые (устья рек) и донные (наиболее низкая точка понижения рельефа).
Формы рельефа образованы из различных сочетаний элементов рельефа. Различают две группы форм рельефа: положительные – выпуклые по отношению к плоскости горизонта, отрицательные – вогнутые. Различают следующие формы рельефа:
Положительные:
Материк – планетарное образование.
Нагорье – обширная возвышенность, состоящая из системы горных хребтов и вершин. (Памир).
Гора – изолированная возвышенность с крутыми склонами; относительная высота более
Горный кряж – невысокий хребет с пологими склонами и плоскими вершинами.
Плоскогорье – нагорная вершина, обширная по площади с хорошо выраженными склонами.
Плато – приподнятая равнина, ограниченная обрывистыми скалами.
Гряда – узкая вытянутая возвышенность с крутизной склонов более 20° и плоскими вершинами.
Холм – обособленная куполообразная или коническая возвышенность с пологими склонами.
Курган – искусственный холм.
Бугор – изолированная куполообразная возвышенность с резко выраженной подошвенной линией.
Конус выноса – невысокая возвышенность, располагающаяся в устье русла водотоков и имеющая вид усеченного конуса со слабо выпуклыми пологими склонами.
Отрицательные:
Океанская впадина – планетарное образование.
Котловина – понижение значительной глубины с крутыми склонами.
Долина – вытянутое углубление, имеющее уклон в одном направлении.
Овраг – вытянутые углубления значительной длины, склоны покрыты растительностью.
Балка – вытянутое углубление значительной длины.
Лощина – вытянутое углубление с пологими склонами, покрытыми растительностью.
Размеры и происхождения форм рельефа. По происхождению формы рельефа подразделяются на:
1 образованные длительностью эндогенных процессов, т. е. движением земной коры.
2 образованные длительностью экзогенных процессов, т. е. действие выветривания, подземных и надземных вод, деятельность организмов, человека.
Разновидностью экзогенных процессов являются: эрозионные, абразивные (вызванные длительностью текучих вод) и аккумулятивные (накопление переносимого материала).
По своим размерам формы рельефа разнообразны и влияют на условия строительства. По своей величине формы делятся на 7 основных групп.
1. Мельчайшие – Размером до нескольких сантиметров по высоте (борозды на полях, песчаная рябь).
2. Очень мелкие – высота измеряется несколькими дециметрами (кочки, рытвины, промоины).
3. Мелкие формы рельефа – называют микрорельефом площадь в несколько квадратных метров, высотой не более двух-трех метров. Изучение микрорельефа дает представление об инженерно-геологических условиях строительной площадки.
4. Средние – формы называют мезорельеф, характеризуется значительной протяженностью до десятков квадратных километров при глубине до
5. Крупные формы – макрорельеф, характеризуется сотнями и тысячами квадратных километров. Положительные формы - горные массивы, отрицательные – долины, озёрные впадины (Ладожское озеро).
6. Крупнейшие формы – мегарельеф, занимает площадь до сотни и тысячи км². (Приволжская возвышенность и Бразильская котловина).
7. Величайшие (планетарные) формы рельефа измеряются миллионами км². Положительные формы – материки, отрицательные - океанические впадины.
Формы рельефа на каждой территории встречаются в определенных сочетаниях, что придает им своеобразный облик. Рассмотрим три основных типа рельефа: равнинный, холмистый и горный.
Равнина – это тип рельефа, который отличается малыми колебаниями высот, не входящих за пределы
– по отношению к уровню моря - отрицательные (депрессии, впадины), лежащие ниже уровня моря; низменные, в пределах от 0 до
– по общей форме поверхности – горизонтальные, наклонные, вогнутые и выпуклые;
– по глубине, степени и типу расчленения – плоские, нерасчлененные или слаборасчлененные, мелкорасчлененные, глубокорасчленные.
Холмистый рельеф представляют собой поверхность земли, на которой часто чередуются возвышенности (холмы) с высотами не более
Горный рельеф представляет собой крупные с относительной высотой более
8. Процессы выветривания
Под процессом выветривания понимают разрушение и изменение состава горных пород и строительных материалов, происходящих под воздействием различных агентов, действующих на поверхности земли, среди которых основную роль играют колебания температур, замерзание воды, кислот, щелочей, углекислоты, действие ветра, организмов и т.д.
Особенностью процесса выветривания является постепенное и постоянное разрушение верхних слоев литосферы. В результате этого горные породы и материалы дробятся, изменяют свой химико-минералогический состав.
Продукты выветривания горных пород, остающихся на месте их образования называют элювием. По составу он представляет собой смесь обломков этой породы и глинистого материала.
Виды выветривания. Процесс выветривания протекает при одновременном участии многих агентов, но роль их при этом далеко неодинакова. По интенсивности воздействия тех или иных агентов выветривания и характеру изменения горных пород выделяют три группы выветривания:
– физическое выветривание;
– химическое выветривание;
– биологическое выветривание.
Физическое выветривание выражается преимущественно в механическом дроблении пород без существенного изменения их минерального состава. Породы дробятся в результате колебания температур, замерзания воды, механической силы ветра и ударов песчинок, переносимых ветром, кристаллизации солей в капиллярах, давления, которое возникает в процессе роста корней растений и т.д. Физическое выветривание преобладает в местах с сухим резкоконтинентальным (пустыни) или холодным климатом (горные районы, арктический пояс).
Химическое выветривание выражается в разрушении горных пород путем растворения и изменения их состава. Наиболее активными химическими реагентами в этом процессе являются вода, кислород, углекислота и органические кислоты.
Простейшим видом химического выветривания является растворение в воде. Легко растворяются каменная соль, гипс. Разрушительное действие действие оказывает процесс гидратации. Примером служит переход ангидрита в гипс. В присутствии воды происходит также окисление. Интенсивность химического выветривания зависит от площади воздействия воды и растворов, их температуры, а также степени устойчивости минералов в отношении агентов выветривания.
Биологическое (органическое) выветривание проявляется в разрушении горных пород в процессе жизнедеятельности живых организмов и растений. Породы дробятся и в значительной мере подвергаются воздействию органических кислот.
Механическое разрушение производят растения своей корневой системой. Корни деревьев способны расщеплять даже прочные скальные породы.
Многие живые организмы, особенно из числа землероев, активно разрушают горные породы, в коре выветривания они создают многочисленные ходы, пустоты.
Кора выветривания осадочных пород отличается своим своеобразием. Наибольшему разрушению подвергаются осадочные породы, образовавшиеся в условиях, отличных от тех, в которых действуют факторы выветривания. Породы химического и органогенного происхождения большей частью полностью растворяются в воде или быстро дробятся до частиц песчаных и глинистых размеров.
Процессы выветривания могут настолько изменить свойства пород и инженерно-геологические условия строительной площадки, что строить здания и сооружения без специальных мероприятий не будет представляется возможным.
Геологическая деятельность ветра. Ветер совершает большую геологическую работу: разрушение земной поверхности (выдувание или дефляция, обтачивание или корразия), перенос продуктов разрушения и отложение (аккумуляция) этих продуктов в виде скоплений различной формы.
Все эти процессы носят общее название эоловых. Наиболее ярко эоловые процессы проявляются в пределах пустынь, полупустынь, долин рек и морских побережий.
Выдувание (дефляция) возникает в результате воздействия механической силы ветра. Наиболее ярко этот процесс проявляется в районах, сложенных рыхлыми или мягкими породами. Ветер выдувает котловины, борозды и траншеи в солончаках, суглинках, песках.
Корразия. Движение ветра часто сопровождается переносом пыли, песка и даже гравия. Наибольшую разрушительную работу совершают песчаные частицы. Ударяясь о твердые породы, они перетирают, сверлят и обтачивают их поверхность. Появляются борозды, желоба, углубления – это процесс корразии.
Совместные действия дефляции и корразии разрушают не только мягкие, но и твердые породы, превращая их в обломки различного размера.
Эоловые отложения. Перенос частиц ветром совершается во взвешенном состоянии или путем перекатывания в зависимости от скорости ветра и размера частиц. В большенстве случаев это накопления песка и пыли. Для строительства большое значение имеет закрепленность песков. По этому признаку песчаные накопления делят на подвижные (дюны, барханы) и закрепленные (грядовые, бугристые) пески.
Дюны образуются по берегам рек и морей в результате навивания песка ветром возле какого-нибудь препятствия. Это холмовидные накопления песка высотой до 20…40 м и более.
Барханы возникают в пустынях, где постоянно дуют сильные ветры преимущественно одного направления. Это песчаные холмы серповидной формы. Высота бархана в пустынях достигает 60…70 м при ширине крыльев в десятки и даже сотни метров.
Закрепленные пески распространены достаточно широко. Грядовые пески представляют собой вытянутые формы высотой 10…20 м; бугристые пески – неподвижные холмы (редко высотой более
9. Геологическая деятельность текучих поверхностных вод,
морей, озер и болот, геологическая работа ледников.
Геологическая деятельность текучих вод.
Под текучими водами подразумевают всю воду стекающею с поверхности суши. Текучие воды являются самым мощным экзогенным фактором преобразующий поверхность земли. Существует две формы проявления геологической работы:
1.Линейный размыв. Под этим процессом понимается разрушительная работа русловые, водных потоков.
2.Площядный смыв. Т.е. работа воды стекающей по склонам. Наиболее интенсивно под действием тающих снегов и прохождения дождей.
Динамика русловых водных потоков.
Простейшим случаем движения воды в русле является ламинарное движение. При котором вода движется строго параллельными струями. Ламинарное движение при скорости от 0,1 до 0,7 будет называться турбулентным. Интенсивность работы текучих вод зависят от степени многоводности (т.е. от массы воды), протекающем через поперечное сечение в единицу времени. Различают: нежен (min) и паводки (расход воды max).
Классификация рак по их режиму.
1.Реки преимущественно снегового питания (Высокие паводки и низкие летние и зимние межень).
2.Реки залежей питания, горных снегов и ледников.
3.Реки с дождевым летним питанием в условиях муссонного и экваториального климата. Для них характерны длительные летние паводки, которые совпадают с сезоном дождей.
4.Реки со смешенным питанием. За счет талых вод и летних и осенних дождей.
Эрозионные долины.
Эрозия – это процесс разрушения г.п. под действием текучих вод. Эрозия может быть:
1. Донная
2. Боковая
В результате прохождений процессов эрозий, образуются различные по форме речные долины. Долины, которые пересекают высокогорные местности и достигают, глубинны нескольких сотен метров (максимальная глубина 1 – 2км.). По форме речные долины могут быть V образными или представляют собой каньоны (Колорадо, глубинна 600-900м.).
Речные долины.
Антецедентные долины – долина древнее чем, пересекающий ее хребет.
Долины прорыва – это поперечные долины, которые моложе горных хребтов.
Водопады, водоскаты, пороги.
При прохождении боковой эрозии развиваются процессы мерондрирование. Образование: элювия, пролювия и делювия.
Олювий – это обломочный материал, который переносится текучими водами и отлагается на дне реки или в ее русле.
Терраса.
Террасы могут быть аккумулятивные, цокольные, смежные и эрозионные. Террасой называется более или менее плоская поверхность, которая может целиком или частично заполнятся речными водами. Олювий – который отлагается в русле реки называется русловый олювий. В медленно текучих равнинных реках олювий состоит из чистого песка. Отложения олювия в разных частях русла не одинакова (от мелкого к крупному). В качестве разновидностей олювия можно рассмотреть самостоятельный генетический тип. В континентальных отложениях пролювий и делювий. Делювий – это отложения накапливающееся у основания склонов, в итоге работы небольшой струи воды. Пролювий обломочный материал накапливается у основания склона, в итоге работы сильных речных потоков. Пролювий и делювий существенно отличаются друг от драга. Пролювий представляет собой крупные обломочные породы, делювий мелкие. Пролювий и делювий отличаются по климатическим областям образования. Делювий характерен длю равнинных областей с влажным климатом.
Делювиальные – шельф.
Вода, заключенная в их порах находится в твердом состоянии, и образуют грунтовый или подземный лед (области многолетней мерзлоты). Слой сезонной мерзлоты, который за лето оттаивает, а зимой снова замерзает, называется деятельный слой. Напорные воды, которые изливаются на поверхность и замерзают, образуют наледи (до нескольких километров). Районы многолетней мерзлоты составляют 50% от всей площади России. Почвенный лед сам по себе не является активным. Геологическая деятельность на много мерзлотные породы необходимо изучать т.к. многолетняя мерзлота создает особую обстановку в которой геологические процессы происходят своеобразно.
Одним из важных факторов денудации является глетчерный лед. Он накапливается в высоко горных областях, выше снеговой линии (снеговая линия – это линия выше которой выпавший в горах снег не тает в течение лета и образует снеговую шапку).
Фирн – образуется при оттаивание, и замерзание снеговой массы представляют собой рыхлую рассыпчатую массу (прозрачный, белый, бурый), большие скопление фирнов образуют фирновые поля. Глетчерный лед состоит из, шестоватых кристаллов имеет зернистое строение, слоистую текстуру, движение ледников является подобным движением воды. Оно обусловлено пластичностью льда и ее массой на плоскости и внутри ледника расположены многочисленные системы трещин. Среди них различают
1.Поперечные трещины – образуются у краев ледника и направлена вниз по течению.
2.Продольные трещины возникают в местах расширения долины или в местах растекания ледника.
3.При движении ледника часто образуется ледопады (распадение льда на глыбы которые при движении нагромождаются друг на друга).
Типы ледников и оледенение.
В зависимости от размеров, морфологии, питания. Стадии развития различают несколько морфологических типов ледников. В зависимости от морфологических типов различают типы оледенения. Которые можно разделить на две группы: 1.Горные и 2. Материковые
Горные оледенения развиваются в горах, вершины которых поднимаются выше силовой линии. Среди горных различают: 1. Долины ледников обладают хорошо выраженными ледниковыми языками и занимают практически все дно долины. 2. Весячии ледники имеют небольшой ледниковый язык, который выходит за пределы фирнного бассейна. 3. Панирский тип образуется в высоких горах с глубокими и узкими долинами (здесь нет условий для образования фирновых полей). 4. Скандинавский тип характерен для высокогорных плата или плоскостей, на вершинах этих ледников образуются обмерные фирновые поля.
Материковые оледенения возникают в субполярных и полярных странах, где снеговая линия проходит на уровне моря или немного выше его. Лед и фирн формируется даже на поверхности низменных равнин (Гренландский лед, Антарктический лед).
Перенос обломочного материала. Ледниковые отложения.
Движущейся лед переносит обломочный материал, образующейся в результате выпихивания ложа ледника. Рыхлый обломочный материал, который переносится льдом, называется моренной. В зависимости от расположения морены в толще льда выделяют.
Донные марены образуются у дна в нижней толще льда.
Поверхностные марены состоят из обломков скатывающихся по склонам горных ущелий.
Боковые марены скапливаются у боковой части ледника.
Срединные марены образуются при слиянии боковых морен, двух первоначальных ледников.
Внутреннее марены образуются в результате включения в массу льда обломков г.п. провалившихся в трещины ледника
Конечные марены представляют сабо валы или глыбы, которые ледник толкает перед собой.
Геологическая роль болот и озер.
Озерные впадины могут быть экзогенного и эндогенного происхождения, которые делятся на плотинные и континентальные. Широко развиты платинные впадины экзогенного происхождения. Котловинные впадины экзогенного происхождения разнообразны по своему происхождению (из них наиболее распространены котловины связанные с ледниковой деятельностью).
Котловинные озерные впадины экзогенного происхождения связаны с движением литосферы (Байкальская впадина (1620 – 1741м.)).
Платинные впадины эндогенного происхождения образуются редко (прикаспийские низменности).
Озера различают по своему гидрологическому режиму, который обусловлен климатическими факторами. Среди озер гумидроного климата выделяют: проточные, периодически проточные или не проточные. Озера орудного климата подразделяются на: периодически сточные и без сточные.
Озерные отложения.
Озерные отложения образуются за счет сноса с континента механически разрушенного материала, химически преобразованного или за счет жизнедеятельности живых организмов.
Механические осадки (терегеные), накапливаются интенсивно в пределах горных озерах. Химические осадки возникают в различных климатических условиях. Пример: В солевых озерах засушливых областей происходит накопление галоидных соединений, сульфатов углекислой извести. Осаждение осадков происходит в основном в летнее время. Зимой за счет понижения температуры воды и ее растворяющей способности, карбонат натрия выпадает в некоторых озерах в холодное время года. Углекислая известь (кальцит) может выпадать в осадок из толщи воды и образовывать скопление известняков и мегрелий. Если в осадках имеется примесь глины, то это способствует образованию доломита в перстных озерах умеренного пояса. Химическим и биохимическим путем могут осаждаться оксиды железа, которые выносятся грунтовыми и почвенными водами. В озерах тропического климата в результате химического выветривания образуются, залижи алюминиевых руд. Железо может осаждаться не только в озерах, но и в болотах и образуют дерновые руды. Осаждения железа в форме лимонита образует небольшие включения. Органогенные осадки подразделяются на минеральные и органические. Органогенные минеральные отложения образуют в озерах, в результате накопления моллюсков, известняк ракушечник. Широко распространены кремнистые отложения (диатонические водоросли диатомит). В перстных озерах распространены глинистые породы, которые называются сапропелей.
Болота.
Большое значение, как горючие полезные ископаемые имеют органические отложения, образующиеся в болотах. По происхождению болота можно подразделить на:
1.Внутриконтинентальные
1.1.Низменные болота грунтового питания
1.2.Верховные болота атмосферного питания
2.Приморские болота
Если болота имеют признаки внутриконтинентальное и приморское происхождение, то их выделяют в самостоятельный тип – промежуточный.
Низинные болота часто образуются на месте открытых озерных впадин в результате заполнения их осадками или данной растительностью. Разрез отложений слагающих болота в основном минеральные озерные слои (пески, глины, диатомиты). Выше сапропели, самый верхний слой, торф (лесной, моховой, камышовый, ассоковый). Верховные болота располагаются на возвышенностях и образуются путем заболачивания лугов, лесов. Эти болота характерны для, областей с умерено прохладным климатом и образуются там, где грунтовые воды залегают близко к поверхности. Их питание происходит за счет атмосферных осадков. Приморские болота расположены на низменных морских побережьях с влажным климатом. В тропиках и субтропиках такие болота покрыты мангровой растительностью.
Образование торфа и угля.
Органические осадки в болотах постепенно превращаются в торф, бурый уголь, каменный уголь и наконец в антрацит. Главным источником накопления торфа и угля служит растительная клетчатка. Возникающая за счет крахмала, который синтезируется растениями. Эти растения поглощают углекислоту и разлагают ее углерод и кислород. В условиях медленного окисления и при свободном доступе кислорода, происходит процесс разложения органического вещества с выделением тепловой энергии (тление). Когда перегнивающая растительность попадает в условия отсутствия кислорода, процесс ее изменения сводится к обугливанию, т.е. к постепенному выделению свободного углерода и образование бурого угля.
Геологическая деятельность моря.
Море занимает 71% поверхности земли и является главным экзогенным процессом. Море производит определенную геологическую работу, разрушает г.п. переносит и пере отлагает их, создает новые г.п. В результате обработки берега образуются абразионные уступы, абразионные террасы (абразия разрушительная деятельность моря). Большое значение на ход абразии оказывает характер залегания г.п. Наклонные залегания способствуют усилению абразии. Интенсивность абразии или ослаблению абразии в значительной степени зависят от морфологии берегов (строения берега). Интенсивнее процессы абразии у крутых берегов.
Морские осадки их происхождение и распределение на дне моря.
В зависимости от способа образования среди морских осадков различают.
1.Терригенные осадки. Образуются в результате сноса и пере отложения обломочного материала.
2.Химические осадки. Осаждаются из морской воды химическим путем.
3.Органогенные осадки. Образуются за счет скопления осадков живых организмов
4.Хемогенные осадки. Образуются путем выпадения (кристаллизации) из истинных или колойдных растворов.
Распределение осадков зависит от физика – химической обстановки, от скорости накопления осадков, от географического расположения, от удаленности от берега, рельефа, температуры, соленость, прозрачности. Соответственно терригенные осадки приурочены к нефритовой зоне в некоторых бассейнах в батиальной зоне. В близи Берегов терригенные осадки представляют грубообломочные породы глыбы, валуны, галечники, органические осадки в чистом виде, образуются в основном в открытых частях водоема (на большом удалении от берега). Химические осадки возникают в основном в лагунах.
1.Осадки прибрежной зоны (литоральной зоны). На образованных террасах накапливается галечник, форма которых зависит от текстуры породы. Химические осадки в литорали возникают очень редко, а если возникают, то в областях жаркого сухого климата или в прибрежной полосе морей, где содержится множество глинистого материала.
2.Осадки шельфа. Терригенные осадки представляют собой песчаный или илистый материал (… встречаются грубо обломочный встречается очень редко). В морях четко выделяется граница между терригенными материалами (песчаный и илистый материал). В черном море граница расположена 25 - 50м, а в мировом океане 100 – 150м. Органогенные осадки представляют собой рифы, которые подразделяются на береговые, расположены в вдоль берега и образуют как бы его подводные продолжения. Барьерные рифы, располагаются на некотором удалении от берега, отделяются от него лагунами. Атошы – это кольцевые рифы внутри, которых может располагаться лагуна. Образование рифов связано с жизнедеятельностью живых организмов, с ростом кораллов располагающихся глубины 45 – 50м. Рифы могут возвышаться над поверхностью вод. Химические осадки расположены в области шельфа, имеют большое значение. За счет их возникают полезные ископаемые, марганцевые, железистые, алюминиевые руды. Марганец, железо, алюминий переносится речной водой в виде колойдных соединений. При слиянии морской и речной воды, происходит вхождение в осадок марганца, железа, алюминия. Образуются железистые, марганцевые, алюминиевые минералы. Выпадение железа способствует образованию бурых железняков. Марганцевые минералы образуются в щелочной среде. Фосфориты выпадают в осадок в зоне шельфа на глубине 50 – 150м.
3.Осадки материкового склона (батиальной зоны). Осадки батиальной зоны представляют собой ил.
4.Осадки абиссальной зоны.
Среди органических илов образующихся на дне океана глубже 3000м различают: известняковые и кремнистые илы. Кроме океанических илов широко распространена красная океаническая глина.
Разрушительная работа льда.
Как и другие экзогенные факторы, глетчерный лед разрушает материал, переносит и откладывает в виде специфических горных пород продукты разрушения. Ледниковое разрушение называется экзарацией (выпахиванием). Льды в горах по долинам рек выпахивают, сглаживают, изменяют ранее созданные эрозией ложбины стока. Экзарация начинается уже в пределах фирновых бассейнов. Масса фирна и льда обрабатывает дно котловины, сглаживает, углубляет, преобразуя его в так называемый ледниковый цирк, или кар.
В районах исчезнувшего оледенения пустые кары являются характерной формой рельефа. Это глубокие циркообразные выемки в горном склоне с крутыми, почти отвесными стенками высотой до первых сотен метров и вогнутым гладким дном, нередко занятым небольшим озером (каровое озеро).
Ледниковые языки долинных ледников преобразовывают занятые ими долины в троги (нем. Trog - корыто), имеющие вогнутое дно, плавно переходящее в более-менее крутые, иногда почти отвесные склоны (корытообразный, или U-образный профиль).
Обломки пород - глыбы, щебень, песок, вмерзая в лед и двигаясь вместе с ним, шлифуют и полируют даже самые твердые скалы, покрывают их штрихами и шрамами, ориентированными в направлении движения льда. Естественно, экзарации сильнее подвергаются податливые, легко разрушающиеся породы. На таких участках лед выпахивает глубокие борозды, рытвины и целые котловины, вытянутые по движению ледника, длиной десятки километров, глубиной десятки метров. Это котловины выпахивания. Такие котловины среди твердых кристаллических пород широко распространены в Финляндии и Карелии, территория которых в четвертичном периоде была покрыта материковыми льдами. Сейчас в этих котловинах располагаются многочисленные озера.
Выступы ложа, слагаемые твердыми породами, ледник срезает и шлифует почти исключительно со стороны своего движения. Сторона, обращенная по направлению движения (в "ледниковой тени") остается крутой. Возникают своеобразные по форме скалы, называемые "бараньими лбами". Скопления их образуют "курчавые скалы".
Если лед встречает холм податливых пород, последний может быть срезан, впаян в лед и перенесен иногда на значительное расстояние в виде отторженца. Напор льда может вызвать также нарушение формы залегания слоев с образованием складок, срывов, надвигов (гляциодислокации).
Работа льда по переносу обломочного материала.
Рыхлый обломочный материал, переносимый или отложенный льдом, называется мореной. В состав морены входят обломки самых различных размеров: от крупных глыб (ледниковых валунов) со шрамами,
С таянием ледника связано также образование потоков талых ледниковых вод и приледниковых озерных водоемов. В них образуются отложения, выделяемые в группы ледниково-речных, или флювиогляциальных и ледниково-озерных, или лимногляциальных отложений.
Нунатаки - скалы, торчащие среди льда (эскимосское название).
10. Явление суффозии и карста. Плывуны.
Суффозионный процесс. При фильтрации подземная вода совершает разрушительную работу. Из пород вымываются составляющие их мелкие частицы. Это сопровождается оседанием поверхности земли, образованием провалов, воронок. Этот процесс выноса частиц называется суффозией.
Различают два вида суффозии:
– механическая: фильтрующая вода отрывает от породы и выносит во взвешенном состоянии целые частицы (глинистые, пылеватые, песчаные);
– химическая: вода растворяет частицы породы (гипс, соли, карбонаты) и выносит продукты разрушения.
Основной причиной суффозионных явлений считается возникновение в подземных водах значительных сил гидродинамического давления и превышение величины некоторой критической скорости воды. Это вызывает отрыв и вынос частиц во взвешенном состоянии.
Суффозия происходит в глубине массива пород или вблизи поверхности земли. В глубине массива суффозия может возникать также на контакте двух слоев, различных по составу и пористости. При этом мелкие частицы одной породы потоком воды переносятся в поры другой породы.
В лессовых породах суффозия развивается не только на контактах, а и в самих толщах, образуя глиняный, или лессовый карст.
При проектировании строительных объектов необходимо установить возможность проявления суффозионной осадки. Величина суффозионной осадки определяется по результатам полевых испытаний статической нагрузкой после длительного замачивания.
Химическая суффозия может проходить длительное время и выщелачивает не только карбонаты и другие сравнительно легко растворимые вещества, но и кремнезем. При значительном растворении пород химическая суффозия переходит в карстовый процесс.
Строительство на суффозионных грунтах имеет свои трудности и осуществляется по специальным требованиям строительных норм и правил.
Карстовые процессы. Это процессы выщелачивания водорастовримых горных пород (известняков, доломитов, гипсов) подземными и атмосферными видами и образования в них различных пустот.
Для карстового процесса главным является растворение пород и вынос из них веществ в растворенном виде.
Возникновение и развитие карста обусловлено способностью пород к полному растворению, наличием проточной воды и степенью ее минерализации, геологическим строением участка, рельефом местности, трещиноватостью пород, характером растительности, климатом
Из всех пород наиболее растворимыми водой являются соли, гипсы с ангидритами и известняки.
Одним из главных факторов карстообразования является действие воды – атмосферной, речной, подземной. Одним из самых важных условий развития карста является степень водопроницаемости пород. Чем более водопроницаема порода, тем интенсивнее развивается процесс растворения. Вода постепенно разрабатывает трещины в каналы и пещеры. Этот процесс, получивший название коррозии, продолжается до водоупора или уровня подземных вод.
В процессе выщелачивания в карстующихся породах образуются различные по своему положению и форме пустоты, или карстовые формы.
По отношению к земной поверхности различают два типа карста: открытый и скрытый. При открытом типе карстующиеся породы лежат непосредственно на поверхности земли, а при скрытом они перекрываются слоями нерастворимых водопроницаемых пород и лежат на некоторой глубине.
Из многочисленных форм карста наиболее часто встречаются:
– карры – мелкие желоба, борозды и канавы на склонах рельефа местности из карстующихся пород в виде известняков;
– воронки – углубления различных форм и размеров, подразделяются на поверхностные и провальные воронки;
– полья – возникают в результате постепенного объединения воронок или опускания больших участков земной поверхности в результате карстового выщелачивания;
– каверны – образуются в результате растворения пород по многочисленным трещинам. Карстующиеся породы становятся похожими на пчелиные соты;
– пещеры – подземные пустоты, формирование которых связано с растворением пород, сопровождается эрозией и обрушением.
Значение имеет определение степени активности карстового процесса. В связи с этим различают: действующий карст, который развивается в современных условиях; пассивный, или древний карст, развитие которого происходило в прошлом (отсутствует циркуляция воды)
11. Основы гидрогеологии. Физические свойства и химический состав подземных вод. Жесткость и агрессивность подземных вод.
Воды, находящиеся в верхней части земной коры, называются подземными водами. Наука, изучающая подземные воды, их происхождение, условия залегания, связь с атмосферными и поверхностными водами, называется гидрогеологией.
Для строительства подземные воды в одном случае служат источником водоснабжения, в другом – фактором, затрудняющим строительство. Подземные воды ухудшают механические свойства рыхлых и глинистых пород, являются агрессивной средой по отношению к строительным материалам.
В природе существует малый и большой круговорот воды в природе:
– Малый – море-атмосфера-море.
– Большой – море-атмосфера-суша-море. При большом круговороте, после выпадения на сушу, вода возвращается в море путем поверхностного стока и виде подземных вод.
Существует 3 способа образования поземных вод: инфильтрации, конденсации, ювенильный.
Инфильтрации – образуются из атмосферных осадков, которые, просачиваясь через слой земли, встречают водоупорный пласт. Вода задерживается, заполняет пустоты, создает водоносные горизонты.
Конденсации – образуются за счет разности температур на поверхности и внутри земли, происходит конденсация паров и формирование подвешенного горизонта подземных вод.
Ювенильные – возникают в глубине земли за счет кислорода и водорода, выделяемого магмой. Встречаются на поверхности земли в виде горных источников.
В зонах замедленного и весьма замедленного водообмена образуются минерализованные (соленые) воды так называемого седиментационного происхождения. Эти воды возникли после образования (седиментации) древних морских осадков в начале геологической истории земной коры.
Физические и химические свойства. При оценке свойств подземных вод исследуют вкус, запах, цвет, прозрачность температуру, и другие физические свойства подземной воды, которые характеризуют так называемые органолептические свойства воды (определяемые при помощи органов чувств).
Температура подземных вод колеблется в широких пределах в зависимости от глубины залегания водоносных слоев, особенностей геологического строения, климатических условий и т.д. Различают воды холодные, теплые (субтермальные), термальные, перегретые. На участках водозаборов чаще всего температура воды 7…11°С.
Химически чистая вода бесцветная. Прозрачность зависит от цвета и наличии мути. Вкус связан с составом растворённых веществ: соленый – от хлористого натрия, горький – от сульфата магния и т.д.
Запах зависит от наличия газов биохимического происхождения.
Химический состав определяется содержанием растворённых соединений газов, солей и органических соединений.
Растворенные в воде газы придают ей определенный вкус и свойства. Количество и тип газов обуславливает степень пригодности воды для питьевых и технических целей. Подземные воды у поверхности земли нередко бывают загрязнены органическими примесями.
Соли в подземных водах. Наибольшее распространение имеют хлориды, сульфаты и карбонаты. По общему содержанию растворенных солей подземные воды разделяются на: пресные – до 1 г/л растворенных солей; солоноватые – от 1 до 10 г/л; соленые – 10…50 г/л; рассолы – более 50 г/л.
Суммарное содержание растворенных в воде минеральных веществ называется общей минерализацией, о величине которой судят по сухому или плотному остатку, который получается после выпаривания определенного объема воды при температуре 105…1100С. Общая минерализация – один из главнейших показателей качества подземных вод.
Количество солей и газов определяет пригодность воды для питья. Количество растворенных солей не должно превышать 1,0 г/л. Органические примеси устанавливаются бактериологическим анализом.
Присутствие солей определяют жесткость и агрессивность воды. Жесткость воды – это свойство, обусловленное содержанием ионов кальция и магния, т.е. связанная с карбонатами. По жесткости воду разделяют на мягкую, среднюю, жесткую и очень жесткую. Жесткость бывает временной и постоянной. Временная жесткость устраняется кипячением. Постоянная жесткость кипячением не устраняется. Сумму временной и постоянной жесткости называют общей жесткостью.
Агрессивность подземных вод выражается в разрушительном воздействии растворенных в воде солей на строительные материалы. По отношению к бетону различают следующие виды агрессивных подземных вод:
а) обще кислотная;
б) сульфатная;
в) магнезиальная;
г) карбонатная.
12. Классификация подземных вод.
Подземные воды подразделяют: по характеру их использования; по условиям залегания в земной коре (см. рисунок 1).
По характеру их использования: хозяйственно-питьевые, технические, промышленные, минеральные, термальные.
По условиям залегания: верховодки, грунтовые, межпластовые.
В инженерно-геологических целях подземные воды целесообразно классифицировать по гидравлическому признаку – безнапорные и напорные.
Рисунок 1 - . классификация подземных вод по условиям в земной коре
Хозяйственно-питьевые воды – источником являются подземные воды зоны интенсивного водообмена. Глубина залегания пресных вод от поверхности земли обычно не превышает нескольких десятков метров.
Технические воды – требования к подземным техническим водам отражает специфику того или иного вида производства.
Промышленные воды – содержат в растворе полезные элементы (бром, йод и т.д.) в количестве, имеющем промышленное сырьевое значение.
Минеральными называются воды которые имеют повышенное содержание биологически активных микрокомпонентов, газов, радиоактивных элементов и т.д. Они выходят на поверхность земли источниками или вскрываются буровыми скважинами.
Термальные воды имеют температуру более 370С. Они залегают повсеместно на глубинах от нескольких десятков и сотен метров до нескольких километров. По трещинам термальные воды часто выходят на поверхность земли, образуя горячие источники с температурой 1000С.
Верхняя часть земной коры в зависимости от степени насыщения водой пор горных пород делится на две зоны:
– верхняя – зона аэрации, расположена между поверхностью земли и уровнем грунтовых вод. В этой зоне наблюдается просачивание атмосферных осадков из поверхности вод вглубь, в сторону зоны насыщения.
– нижняя – зона насыщения расположена ниже уровня грунтовых вод, В этой зоне все поры, трещины, каверны и другие пустоты заполнены гравитационной водой.
Верховодка. Верховодка – это временное скопление подземных вод в зоне аэрации.
Эта зона располагается на небольшой глубине от поверхности, над горизонтом грунтовых вод. Верховодка образуется над локальными водоупорами, которыми могут являться линзы глин и суглинков в песке, прослойки более плотных пород. При инфильтрации вода временно задерживается и образует водоносный слой (горизонт). Особенностью верховодки является возможность её образовываться в зоне аэрации водоупорных пластов. Верховодка имеет сезонный характер, небольшую площадь, малую мощность и безнапорность. Для строительства верховодка опасна, так как может подтапливать подземную часть здания. При инженерно-геологических изысканиях, проводимых в сухое время года, верховодка может и не обнаружиться.
Грунтовые воды Грунтовыми называют постоянные во времени и значительные по площади подземные воды, залегающие на первом от поверхности водоупоре. Они характеризуются:
1. свободной поверхностью, то есть сверху не перекрыты водоупорными слоями. Свободная поверхность называется зеркалом. Глубина залегания уровня от поверхности – от 1…
2. питание грунтовых вод происходит за счет атмосферных осадков, а так же поступление воды из поверхностных водоемов и рек.
3. грунтовые воды находятся в непрерывном движении и образуют потоки, которые направлены в сторону общего наклона водоупора.
4. количество, качество и глубина залегания грунтовых вод зависит от геологических условий местности и климатических факторов. По степени минерализации воды преимущественно пресные, реже солоноватые и соленые, состав гидрокарбонатно-кальциевый, сульфатный и сульфатно-хлоридный.
Межпластовые воды. Эти воды располагаются в водоносных горизонтах между водоупорами. Они бывают ненапорными и напорными (артезианскими).
Ненапорные воды встречаются сравнительно редко. Они связаны с горизонтально залегающими водоносными слоями, заполненными водой полностью или частично
Напорные (артезианские) воды связаны с залеганием водоносных слоев в виде синклиналей или моноклиналей. Площадь распространения напорных водоносных горизонтов называют артезианским бассейном.
Напорность вод характеризуется пьезометрическим уровнем. Высотное положение уровня связано с характером залегания водоносных слоев. Он может быть выше поверхности земли или ниже ее. В первом случае, выходя через буровые скважины, вода фонтанирует, во втором – поднимается лишь до пьезометрического уровня.
Артезианские воды обычно залегают на большой глубине и приурочены к синклинальным (прогнутым) геологическим структурам. При синклинальном залегании пластов создаются наиболее благоприятные условия для образования гидростатического напора. Напорные воды встречаются и при моноклинальном залегании водоносных пластов, если последние резко изменяют свою водопроницаемость или выклиниваются. Они могут быть приурочены также и к зонам тектонических нарушений и разломов.
Геологические структуры синклинального типа, содержащие один или несколько напорных водоносных горизонтов и занимающие значительные площади (до нескольких сотен тысяч квадратных километров), называют артезианскими бассейнами. При моноклинальном залегании слоев образуется артезианский склон.
Основные элементы артезианского бассейна (склона). В артезианских бассейнах выделяют три области: питания, напора (распространения) и разгрузки. Разгрузка напорных вод возможна и искусственным путем через водозаборные скважины при их длительной эксплуатации. Работа водозаборов усиливает также процессы перетекания воды из одного водоносного горизонта в другой.
Подземные воды в трещинованых и закарстованных породах. Трещинные воды – это подземные воды, циркулирующие в трещиноватых горных породах. Перемещаются они по системе взаимосвязанных трещин и образуют единую гидравлическую систему. В зависимости от условий залегания трещинные воды могут быть грунтовыми, межпластовыми, жильными. Трещинно–грунтовые воды развиты в верхней трещиноватой зоне кристаллических массивов (до глубины 80…100 м). Питаются они в основном за счет инфильтрации атмосферных осадков и отличаются значительными колебаниями уровня подземных вод во времени. Трещино-жильные воды развиты локально, исключительно в зонах тектонических нарушений с крупными трещинами. Это линейно вытянутые узкие водные потоки (жилы) , уходящие в глубину на несколько сот метров, поэтому они часто имеют повышенную температуру. Карстовые воды называются подземные воды, которые циркулируют по трещинам и пустотам карстового происхождения. Карстовые воды отличаются от трещинных вод более интенсивным движением, особенно в верхней зоне массива закарстованных пород, непостоянством химического состава, резким изменением водообильности на сравнительно небольших расстояниях.
13. Режим грунтовых вод. Карта грунтовых вод.
Под грунтовыми водами понимают свободные (гравитационные) воды первого от поверхности Земли стабильного водоносного горизонта, заключенного в рыхлых отложениях или верхней трещиноватой части коренных пород, залегающего на первом от поверхности, выдержанном по площади водоупорном слое. Область их питания совпадает с областью распространения водопроницаемых пород. Верхняя граница зоны насыщения называется уровнем или зеркалом грунтовых вод. Порода, насыщенная водой, называется водоносным горизонтом, мощность которого определяется расстоянием по вертикали от зеркала грунтовых вод до водоупора. Она изменяется в пространстве и во времени. Питание грунтовых вод происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков, местами за счет инфильтрации вод рек и других поверхностных водоемов.
По гидравлическим свойствам грунтовые воды безнапорные со свободной поверхностью. Уровень воды в буровых скважинах и колодцах, вскрывающих грунтовые воды, устанавливается на высоте, соответствующей верхней границе их свободной поверхности. Выше уровня грунтовых вод располагается капиллярная кайма.
Движение грунтовых вод подчиняется силе тяжести и осуществляется в виде потоков по сообщающимся порам или трещинам. Зеркало грунтовых вод до известной степени повторяет рельеф поверхности, и грунтовые потоки движутся от повышенных участков (начиная от водораздела грунтовых вод) к пониженным участкам (оврагам, рекам, озерам, морям), где происходит их разгрузка в виде нисходящих источников (родников) или скрытым субаквальным рассредоточенным способом (например, под водами русел рек, дном озер и морей). Такие области называются областями разгрузки или дренирования (франц. "дренаж" - сток). Грунтовый поток, направленный к местам разгрузки, образует криволинейную поверхность, называемую депрессионной. Течение грунтовой воды называется фильтрацией. Она зависит от наклона зеркала грунтовых вод или от гидравлического (напорного) градиента, а также от водопроницаемости горных пород.
Движение грунтовых вод через относительно мелкие поры и неширокие трещины происходит в виде отдельных струек и называется ламинарным (параллельно-струйчатым) и только в галечниках, сильно трещиноватых и закарстованных породах приобретает местами турбулентный характер. Скорость движения воды V, по линейному закону А. Дарси, пропорциональна коэффициенту проницаемости (коэффициенту фильтрации) К и гидравлическому градиенту J: V=KJ, где J=h (разница высот) /е (пройденное расстояние).
Скорость движения воды в песках от 0,5 до 1-5 м/сут, в галечниках значительно увеличивается. Особенно большая скорость потока грунтовых вод местами наблюдается в крупных подземных карстовых каналах и пещерах. Расход грунтовых вод (Q) прямо пропорционален гидравлическому градиенту (J) и площади поперечного сечения (F): Q = KJF, или Q=VF.
Режим грунтовых вод. Зеркало грунтовых вод, количество и качество их изменяются во времени. Это тесно связано с меняющимся количеством инфильтрующихся атмосферных осадков. В многоводные годы при большом количестве атмосферных осадков (включая и снеговой покров) уровень грунтовых вод повышается, а в маловодные годы понижается. При таких колебаниях некоторые слои пород то заполняются водой, то осушаются. В результате периодически появляется зона переменного насыщения, находящаяся над зоной постоянного насыщения . Вместе с колебанием уровня грунтовых вод изменяется дебит (франц. "дебит" - расход) источников, а иногда и химический состав.
В режиме грунтовых вод определенное значение имеет также их взаимодействие с поверхностными водотоками и другими водоемами. Направленность процессов взаимодействия во всех случаях определяется соотношением уровней подземных и поверхностных вод, что связано с рядом факторов, среди которых важнейшее значение имеют климатические условия. В районах с влажным и умеренным климатом реки, как правило, дренируют подземные воды, уровень которых имеет наклон к реке, но во время половодья и паводков происходит отток воды из реки и повышение уровня грунтовых вод .
В этом случае реки выступают в качестве временного дополнительного источника питания подземных вод, в результате происходит сокращение или полное прекращение разгрузки грунтовых вод в бортах долины реки. После спада паводка уровень грунтовых вод, стремясь к равновесию, постепенно снижается и приобретает свой обычный уклон к реке. В районах с аридным климатом, где количество атмосферных осадков очень мало, уровень грунтовых вод нередко понижается от реки. В этих условиях происходит инфильтрация воды из рек, пополняющая подземные воды. Такая инфильтрация имеет место из рек Амударьи и Сырдарьи при пересечении ими степных районов. В аридных областях могут формироваться линзы пресных вод под такырами и вблизи каналов.
При изучении режима грунтовых вод важно знать: 1) высотное положение их уровня и уменьшение его во времени и по площади; 2) дебит источников; 3) количество выпадающих атмосферных осадков; 4) изменение уровня воды в поверхностных водоемах и реках, с которыми связаны грунтовые воды. Изучение этих вопросов и систематические замеры уровня грунтовой воды в колодцах и специальных буровых скважинах производятся на многочисленных режимных гидрогеологических станциях. По результатам этих замеров, соответствующих определенному времени, строятся карты гидроизогипс (греч. "изос" - равный, "гипсос" - высота), на которых отражаются линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными отметками уровня грунтовых вод. По карте гидроизогипс можно определить направление грунтового потока, глубину и характер залегания уровня грунтовых вод и зависимость его уклона от водопроницаемости отложений и мощности водоносного горизонта. Как видно из данных рис. 7.6, А, при пересечении хорошо водопроницаемых галечников уровень грунтовых вод выполаживается, что отражено и на карте гидроизогипс (Б). Изучение режима грунтовых вод имеет большое значение при решении ряда важнейших народнохозяйственных задач. К ним относятся питьевое и промышленное водоснабжение, мелиорация земель, строительство гидростанций и других крупных промышленных сооружений. Во всех случаях необходим точный прогноз возможных изменений режима грунтовых вод во времени и по площади. Межпластовые ненапорные воды. Эти безнапорные воды располагаются в водопроницаемых породах, которые сверху и снизу ограничены водонепроницаемыми пластами. Обычно они встречаются на приподнятых междуречных массивах в условиях расчлененного рельефа (местной гидрографической сети) и выходят в виде нисходящих источников в береговых склонах оврагов, рек и других поверхностных водоемов .
14. Методы борьбы с грунтовыми водами. Типы дренажей.
Искусственное понижение уровня подземных вод для осушения водоносных пластов широко применяют в период строительства и эксплуатации водопроводно-канализационных сооружений. Необходимость в защите от подземных вод возникает при откапывании котлованов в водонасыщенных грунтах, ликвидации аварий на действующих коллекторах, а так же при подтоплении уже застроенной территории.
При выборе рационального способа водопонижения учитывают не только характер возводимого или уже построенного сооружения, размер осушаемой зоны, но и конкретное геологические и гидрогеологические условия.
Временное понижение уровня подземных вод (на период строительства) называют строительным водопонижением, длительное водопонижение (несколько лёт и более) -дренажем. Различают естественный и искусственный дренаж. Осушение местности при естественном дренаже происходит путем естественного стока подземных вод в понижениях (долины, реки, впадины). При искусственном дренаже уровень подземных вод понижается путем сбора и отвода воды специально построенными дренами.
Дрены, или каналы-осушители, не только собирают воду, но и транспортируют ее в сторону от дренирующей площади, т. е. от той, где обеспечено понижение уровня подземных вод. Водопонижающие дрены могут быть совершенными и несовершенными. В первом случае они прорезают весь водоносный пласт, во втором - до водоупора не доходят. В зависимости от конструкций водоприемных устройств и характера расположения их в толще грунтов различают горизонтальный, вертикальный и комбинированный дренажи.
Горизонтальный дренаж обеспечивает понижение уровня отвода воды с помощью канав (траншей), подземных галерей и других горизонтальных дрен. Отток воды при горизонтальном расположении дрен происходит самотеком. Для этого дренам придают необходимый уклон. Глубина заложения горизонтальных дрен обычно не более
Вертикальный дренаж обеспечивает понижение уровня подземных вод откачкой насосами или сбросом воды в нижележащие водопроницаемые породы. Вертикальный дренаж осуществляют с помощью водопонижающих скважин, иглофильтровых установок, поглощающих скважин и открытого водоотлива. Общей их чертой является вертикальное расположение водоприемных устройств.
Осушение глинистых грунтов основано на электроосмотическом явлении. Под действием электротока вода вместе с положительно заряженными ионами перемещается от металлического штыря — анода к иглофильтру — катоду и затем откачивается. Поглощающие скважины устраивают для понижения уровня путем сброса воды верхних водоносных горизонтов в нижние. Принимающий пласт должен иметь уровни ниже подошвы осушаемого пласта и быть достаточно водообильным.
Системы водопонижающих установок и дренажей в зависимости от их расположения по отношению зданий и сооружений подразделяют на линейные, кольцевые (контурные) и площадные системы. Линейные системы водопонижающих установок используют для защиты вытянутых в плане выемок типа траншей. Кольцевые системы применяют при значительных размерах осушаемой зоны. Площадные системы применяют для понижения уровня подземных вод в пределах всего осушаемого участка.
15. Инженерно-геологические исследования
Проводятся для обоснования проектирования, этапов строительства, разведки месторождений полезных ископаемых. В зависимости от назначения инженерно-геологические исследования выполняют: до проектирования, в период строительства, в период эксплуатации.
На уровне "допроектного" исследования изучают участок для строительства, свойства грунтов, наличие строительных материалов. Делают выводы о глубине заложения фундаментов, допустимое давление на грунт, прогнозируют устойчивость сооружения. В период строительства при отрывке котлованов производят сверку наблюдаемых геологических данных с геологическим материалом, полученным в "допроектный" период. При эксплуатации сооружений проводятся наблюдения за характером и величиной режима грунтовых вод, устойчивостью склонов. Устанавливают причины возникновения деформации зданий. Инженерно-геологические работы, проводимые на всех этапах, разделяют на три группы.
1. Подготовительные работы – это изучение архивов данного района.
2. Полевые работы – это съёмка участка, исследование грунтов, изучение подземных вод.
3. Камеральные работы – это обработка полевых материалов, составление отчетов, составление карт и разрезов.
16. Инженерно-геологическая съемка, геологическая карты и разрезы.
Инженерно-геологическая съёмка представляет собой комплексное изучение геологии, гидрогеологии, геоморфологии и других естественно-исторических условий района строительства. Эта работа даёт возможность оценить территорию со строительной точки зрения.
Масштаб инженерно-геологической съёмки определяется детальностью инженерно-геологических исследований и колеблется от 1:200000 до 1:10000 и крупнее. Основой для проведения съёмки служит геологическая карта данной территории.
Геоморфологические исследования уточняют характер рельефа, его возраст и происхождение. При геологических работах определяют условия залегания пород, их мощность, возраст, тектонические особенности, степень выветрелости и т. д. Для этой цели изучают естественные обнажения, представляющие собой выходы на поверхность слоёв горных пород на склонах гор, оврагов, речных долин. Для каждого слоя записывают наименование породы, окраску, состав, примеси, измеряют видимую мощность и элементы залегания.
При инженерно-геологической съёмке изучают гидрогеологические условия для выяснения обводнённости пород, глубины залегания подземных вод, их режима и химического состава; выявляют геологические явления и процессы (обвалы, осыпи, оползни, карсты и т. д.), которые могут вредно отразиться на устойчивости и нормальной эксплуатации зданий и сооружений, изучают опыт строительства на данной территории, определяют физико-механические свойства пород полевыми методами, а также в специальных полевых лабораториях.
В процессе инженерно-геологической съёмки производят поиски месторождений естественных строительных материалов.
Геологические карты представляют собой проекцию геологических структур на горизонтальную плоскость. По картам можно судить о площади распространения и условий залегания горных пород. Все карты подразделяются: на карты коренных пород и четвертичных отложений.
Четвертичные отложения покрывают поверхность земли, скрывая коренные породы.
Геологические карты бывают:
Стратиграфическими – указывают границы распространения пород различного возраста. Породы одного и того же возраста на карте обозначают условными буквенными индексами.
Литологическими – отражают состав пород. Каждую породу обозначают типовым условным знаком.
Инженерно-геологическими – отражают сведения о важнейших инженерно-геологических факторах в пределах изучаемой территории. Инженерно-геологические карты классифицируются на 3 вида: 1) инженерно-геологические карты;; 2) карты инженерно-геологического районирования; 3) инженерно-геологические карты специфического назначения.
Инженерно-геологические карты отражают оценку природных условий места строительства.
Карты инженерно-геологического районирования отражают разделение территории на части.
Инженерно-геологические карты специфического назначения составляют применительно к конкретным видам строительства или сооружения.
Геологические разрезы – это проекция геологического разреза на вертикальную плоскость. На разрезе указывают состав и мощность слоев, гидрогеологические условия. Строятся по данным разведочных выработок и геологическим картам. По выбранной линии разреза строят топографический профиль поверхности. На профиль переносят точки, отражающие места заложения разведочных выработок. Далее на профиль переносят все геологические и гидрогеологические данные. Разрез оформляется в масштабе с указанием всех условных обозначений
17. Разведочные выработки и опробование пород.
Разведочные выработки. На последующих стадиях геологических исследований производят разведочные выработки . Глубина разведочных выработок зависит от особенностей и сложности геологического строения. При небольшой глубине залегания скальных пород выработки должны быть на 0,5 –
На участках распространения (водонасыщенных песков, илов и т.д.) скважины должны достигнуть их и на 2-
