Шифр 581 1 Объясните значение инженерной геологии для строительства железных дорог

Шифр 581
1. Объясните значение инженерной геологии для строительства железных дорог, промышленных и гражданских сооружений и их эксплуатации.
Инженерная геология изучает верхние горизонты земной коры и динамику последней в связи с проектированием и строительством инженерных сооружений; рассматривает состав, структуру, текстуру и свойства горных пород как грунтов; разрабатывает прогнозы процессов и явлений, которые возникают при взаимодействии сооружений с природной обстановкой, и пути возможного воздействия на процессы с целью устранения их вредного влияния. Является одной из дисциплин геологического цикла
Инженерная геология зародилась в 19 в. В России первые инженерно-геологические работы были связаны со строительством железных дорог (1842-1914). В них принимали участие А.П. Карпинский, Ф.Ю. Левинсон-Лессинг, И.В. Мушкетов, А.П. Павлов, В.А. Обручев и др. Строительство путей сообщения, заводов, фабрик, плотин и других сооружений требовало обеспечения их надежности. Как наука И. оформилась в СССР к концу 1930-х гг. в результате исследований, связанных главным образом с гидротехническим строительством. В её развитии большая роль принадлежит Ф.П. Саваренскому, И.В. Попову, Н.Н. Маслову, В.А. Приклонскому, М.П. Семенову и др.
Инженерная геология подразделяется на:
инженерную петрологию, изучающую горные породы и почвы, исследуемые в качестве оснований, естественных материалов и среды для инженерных сооружений;
инженерную геодинамику, рассматривающую наряду с природными геологическими процессами процессы, возникающие под влиянием инженерной деятельности человека, и специальную инженерную геологию, которая изучает условия строительства гражданских, дорожных, гидротехнических и подземных сооружений в различных геологических условиях.
Проведение инженерно-геологических изысканий при изучении районов строительства дает возможность при проектировании сооружений учесть все природные особенности места строительства и выбрать наиболее благоприятные участки. К основным задачам инженерной геологии относится:
Инженерно-геологическое изучение горных пород;
Изучение опасных геологических процессов (ОГП);
Совершенствование полевых методов инженерно-геологических исследований;
Разработка мероприятий по защите территорий от ОГП;
Оценка и прогноз изменения ИГ условий во времени из-за действия климата, процессов внешней и внутренней динамики Земли.
Это необходимо для разработки рациональных, экономичных и надежных конструкций сооружений (фундаментов опор мостов, зданий, насыпей, их оснований, выемок транспортных сооружений, тоннелей и любых других сооружений); безопасного и рационального освоения территорий.
Для организации инженерно-геологических изысканий и последующего инженерно-геологического заключения следует получить ясное представление о стратиграфии, тектонике, литологии, физико-геологических процессах, получивших развитие в данном районе. Правильно установленная стратиграфия определяет положение горных пород, обладающих различными физико-механическими свойствами, и тем самым является необходимой для оценки условий размещения сооружения. Роль тектоники в оценке инженерно-геологических условий места возведения сооружения очень велика. Тектонические нарушения горных пород создают иногда настолько трудные условия для строительства, что приходится искать мероприятия, позволяющие с безопасностью возводить сооружение, или определять другое место для его возведения.
Сложные формы залегания пород вызывают чрезвычайную изменчивость инженерно-геологических условий. Весьма значительна роль гидрогеологических особенностей в инженерно-геологических работах.
Охарактеризуйте элементы геологической среды.
Основными оболочками Земли является атмосфера, гидросфера, биосфера, литосфера. Геологическая среда – представляет собой верхнюю часть литосферы, рассматриваемую как многокомпонентную систему, находящуюся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека, в результате чего происходит изменение природных геологических процессов и возникновение новых антропогенных явлений, что в свою очередь вызывает изменение инженерно-геологических условий строительства объектов на определенной территории. Основными элементами геологической среды являются горные породы, подземные воды, формы рельефа, геологические процессы и явления и их инженерно-геологические аналог.
При инженерно-геологических изысканиях значительна роль гидрогеологических особенностей. Подземные воды образуются преимущественно путем инфильтрации. Атмосферные осадки, речные и другие воды под действием силы тяжести просачиваются по крупным порам и трещинам пород. Оценка тектонических нарушений горных пород важна при изучении инженерно-геологических условий места возведения сооружения, т.к. они создают иногда настолько трудные условия для строительства, что приходится искать мероприятия, позволяющие с безопасностью возводить сооружение, или определять другое место для его возведения. В инженерной геологии известна следующая классификация геологических процессов, вызываемых эндогенными (глубинными), экзогенными (поверхностными) и инженерно-геологическими факторами
Опишите строение Земной коры.
Земля имеет слоистое внутреннее строение. Она представляет собой металлическое ядро, окруженное твёрдыми силикатными оболочками (крайне вязкой мантией и земной корой). Земная кора — это верхняя часть твёрдой оболочки. Толщина земной коры, строение, состав слагающих ее горных пород и их свойства резко различаются в разных частях материков и особенно в океанах. Так, толщина земной коры под океаном колеблется в пределах от 6 км и до 30—50 км на континентах.
В строении Земли различают два вида земной коры — континентальная земная кора и океаническая земная кора. Континентальная земная кора имеет три геологических слоя: осадочный чехол, гранитный и базальтовый. Океаническая земная кора представлена в большей степени породами основного состава, плюс осадочный чехол.
Названия слоев условны и укоренились в геологии потому, что скорости распространения сейсмических волн в них близки к тем, которые наблюдались при прохождении через осадочные породы, граниты и базальты на поверхности Земли.
Рис. Строение земной коры
2. Охарактеризуйте породообразующие минералы. Перечислите их основные физические свойства. Дайте определение основных генетических групп горных пород (магматических, осадочных и метаморфических). Охарактеризуйте каждую группу как основание сооружений и строительный материал.
Минералы – природные физико-химические соединения, возникающие при химических и физико-химических процессах, протекающих в земной коре. К породообразующим минералам относятся минералы, входящие в качестве постоянных существенных компонентов в состав горных пород. Основные породообразующие минералы разделены на группы:
– группа кварца и его разновидности;
– группа алюмосиликатов (корунд, полевые шпаты, слюды, каолинит);
– группа железисто-магнезиальных силикатов;
– группа карбонатов;
– группа сульфатов.
Все эти минералы различаются по своим свойствам, поэтому преобладание в породе тех или иных минералов меняет ее строительные свойства: прочность, стойкость, вязкость и способность к обработке (полированию, шлифованию и т. п.).
По происхождению горные породы делятся на три группы:
Магматические (эффузивные и интрузивные)
Осадочные
Метаморфические
Для магматических пород наиболее характерны такие породообразующие минералы как кварц, полевые шпаты, слюды и др. Для осадочных пород – кальцит, доломит, глинистые минералы и др. Для метаморфических пород характерны кварц, полевые шпаты, хлориты, пироксены, амфиболы, гранат, слюды и др.
Магматические горные породы сформировались в результате застывания прорвавшегося в слои земной коры или на земную поверхность вещества мантии. Если силикатный расплав застывает на глубине, то образуются глубинные (или интрузивные) породы, если на поверхности — излившиеся (или эффузивные) породы. Глубинные породы застывают медленнее, поэтому структура у них полностью кристаллическая. У излившихся она скрытокристаллическая, мелкозернистая или стекловидная. Каждой глубинной породе соответствует излившиеся того же химического состава.
Метаморфические горные породы – горные породы, образованные в толще земной коры в результате метаморфизма, то есть изменения осадочных и магматических горных пород вследствие изменения физико-химических условий. Горные породы подвергаются воздействию высокой температуры, большого давления и различных газовых и водных растворов, при этом они начинают изменяться. Типичными метаморфическими горными породами являются гнейсы, разные по составу кристаллические сланцы, контактовые роговики, скарны, амфиболиты, мигматиты и др. Различие в происхождении и, как следствие этого, в минеральном составе горных пород резко сказывается на их химическом составе и физических свойствах
Магматические и метаморфические породы в строительстве могут использоваться в виде щебня, бутового камня, плит, брусков, мостовых опор и др.; также как облицовочный материал (массивные, крепкие, слаботрещиноватые разности). Являются хорошим основанием под инженерные сооружения
Осадочные горные породы образуются на земной поверхности и вблизи неё в условиях относительно низких температур и давлений в результате преобразования морских и континентальных осадков. Характерной особенностью осадочных горных пород, связанной с условиями образования, является их слоистость и залегание в виде более или менее правильных геологических тел (пластов).
Многие осадочные породы – пески, песчаники, известняки, доломиты, мергели и др. – сами используются в строительстве и промышленности.
Опишите минералы (биотит, тальк) и породы (Габбро, песок, кварцит), отвечая на вопросы, помещенные в примечаниях к этим таблицам.
Биотит – минерал, листовой алюмосиликат, группа слюд
Состав – K(Mg,Fe2+)3(Si3Al)О10(OH,F)2
Цвет: черный
Цвет черты: Черты не дает. Некоторые разности дают заленовато-серую черту
Блеск: Стеклянный
Спайность: Весьма совершенная
Излом: Неровный
Твёрдость: 2-3
Прозрачность: в толстых пластинах непрозрачен, просвечивает в краях
Реакция с HCL: разлагается
С трудом плавится в серое или черное стекло (в зависимости от содержания железа).
Иногда находит применение в качестве блесток для игрушек, театральных декораций, размолотым добавляется в черепицу, применяется как изоляционный материал. Крупные кристаллы ценятся коллекционерами. Используется в научных целях.
Тальк – минерал из класса водных алюмосиликатов, группа талька.
Состав: Mg3[Si4O10](0H)2.
Цветбесцветный, белый, зеленовато-белый, бледно-зелёный, яркий изумрудно-зелёный переходящий в тёмно-зелёный, желтоватый, серый
Цвет чертыбелый
Спайностьвесьма совершенная по {001}
Изломблизкий к раковистом
Твердость 1
Блескжирный, перламутровый, тусклый
Прозрачностьполупрозрачный
С кислотами в реакцию не вступает
Талькохлорит — порода, на 40-50 % состоящая из талька
Входит в состав метаморфических г.п.
Габбро
Происхождение – Глубинная магматическая порода.
Формы залегания – штоки, дайки
Минералогический состав: Полевой шпат, (лабрадор-лабрадорит), авгит, роговая обманка, иногда оливин
Структура: Полнокристаллическая, равномернозернистая
Текстура: Гладкая
Цвет: Зелёный, иногда чёрный
Реакция с HCI нет
Практическое применение – служит строительным материаломщебень, облицовочные плиты
Песок
Происхождение – речные, морские, ледниковые, эоловые
Минералогический состав – мономинеральный (кварцевый песок) и полиминеральный (зёрна полевого шпата, кварца, слюды)
Структура – Рыхлая порода
Текстура – Зернистая
Цвет – Жёлтый, коричневый, белый
Реакция с HCI нет
Практическое применение – как строительный материал. В стекольной, фарфорофаянсовой, металлургической промышленности, дорожном строительстве (бетон)
Кварцит.
Происхождение – метаморфическая горная порода. Образуется в результате изменения осадочных или магматических горных пород под воздействием температуры, давления
Структура – зернистая, мелкозернистая
Текстура – тонкополосчатая, слоистая
Минеральный состав – кварц и окислы железа (магнетита, мартит, гематит, гидрогематит)
Очень прочная порода
Формы залегания – пласты, линзы, прослои.
Устойчив к выветриванию.
Являются наиболее прочным естественным основанием. Используются как материал для изготовления облицовочных плит, брусков, бутового камня, щебня
3. Назовите основные физико-механические свойства горных пород, необходимые для проектирования и строительства.
Характеристики физических свойств выражают физическое состояние грунтов (плотность, влажность и др.) и позволяют их классифицировать по типу, виду и разновидностям. Под механическими подразумевают такие свойства, которые появляются в грунтах под воздействием внешних усилий (давлении, удара.). Показатели физических и механических свойств скальных и нескальных грунтов между собой значительно разнятся, особенно физические.
Физические свойства характеризуют физическое состояние горных пород. Важнейшие физические свойства: плотность, пористость, влажность, пластичность и др.
Плотность породы, или объемная масса, под которой понимают массу единицы ее объема при естественной влажности и сложении. Она определяется плотностью минеральной части, пористостью и влажностью породы Величина плотности влажной породы (объемной массы) непостоянна и изменяется в зависимости от количества содержащейся в ней воды.
Плотность минеральной части породы представляет собой отношение массы твердых частиц к их объему. Определяется плотностью слагающих пород минералов и присутствием органических веществ. Плотность минеральной части горных пород выражает среднюю плотность слагающих их минералов. Плотность главнейших породообразующих минералов песчаных и глинистых пород изменяется в сравнительно небольших пределах, вследствие чего и плотность минеральной части большинства этих пород изменяется мало, например от 2,65 г/см3 (супеси, пески) до 2,75 г/см3 у тяжелых разностей глин.
Пористость грунта это суммарный объем всех пор, на единицу объема породы. Коэффициент пористости равен отношению объема пор к объему твердой части породы, остающемуся постоянным при уплотнении. Пористость песчаных и глинистых пород изменяется в широких пределах в зависимости от формы и дисперсности (размера слагающих их частиц), степени отсортированности и однородности, плотности сложения, степени и характера цементации. Пористость глинистых пород обычно выше, чем пористость песков, гравелистых и других обломочных пород, хотя поры и пустоты у последних крупнее. Пористость неоднородных по гранулометрическому составу пород обычно меньше, чем однородных, хорошо отсортированных.
Изменение пористости песков и глин при их инженерно-геологической оценке имеет большое значение, так как она характеризует естественную уплотненность и склонность к деформации. Причины деформаций и нарушения устойчивости песчано-глинистых пород (особенно песков) состоит главным образом в недостаточной плотности сложения.
Коэффициент пористости песчаных и глинистых пород – это одна из основных характеристик, используемых при расчетах осадок сооружений. Представляет собой отношение объема пор к объему твердой фазы. Выражается в долях единицы.
Водные свойства характеризуют способность породы изменить состояние, прочность и деформируемость при взаимодействии с водой, поглощать и удерживать воду, фильтровать ее. Важнейшими свойствами грунтов по отношению к воде являются:
· влагоёмкость;
· водоотдача;
· водопроницаемость.
Показатели этих свойств используются при различных гидрогеологических расчётах.
Влажность горных пород – степень насыщенности водой (пленочной, капиллярной, гравитационной) пор, трещин и других пустот в естественных условиях. Такая влажность называется естественной влажностью. Она выражается в процентах по весу к абсолютно сухой породе. От влажности зависит их прочность, деформируемость и устойчивость. Влажность песчаных и глинистых пород в естественных условиях может варьировать в широких пределах.
Влагоёмкость – способность грунтов вмещать и удерживать определённое количество воды.
По степени влагоёмкости грунты подразделяют:
· сильно влагоёмкие – торф, глины, суглинки;
· слабовлагоёмкие – мел, мергель, супеси;
· невлагоёмкие – скальные грунты, пески, галечники.
В том случае, когда все поры заполнены водой, грунт находится в состоянии полного насыщения. Влажность, отвечающая этому состоянию, называется полной влагоёмкостью Полная влагоемкость равна отношению пористости к плотность скелета грунта;
Водопроницаемость – способность грунтов пропускать гравитационную воду через поры (рыхлые грунты) и трещины (плотные грунты). Водопроницаемость грунтов характеризуется коэффициентом фильтрации (Кф), представляющим собой скорость движения подземной воды при гидравлическом градиенте, равном 1 и изменяется в м/сут, м/час. По Кф грунты разделяют на три группы:
1. водопроницаемые Кф >1 м/сут (галечник, гравий, песок, трещиноватые грунты);
2. полупроницаемые Кф от 0,001 до 1 м/сут (глинистые пески, лёсс, торф, рыхлые песчаники);
3. непроницаемые Кф <0,001 м/сут (массивные грунты, глины).
Среди внешних факторов наибольшее влияние на Кф оказывает температура: с ее ростом происходит увеличение Кф.
Размягчаемость грунтов – способность скальных и полускальных грунтов снижать свою прочность при взаимодействии с водой. Размягчаемость является одной из характеристик водопрочности грунтов. Механизм размягчения, как и размокания грунтов, заключается в ослаблении структурных связей между частицами, зернами, кристаллами вследствие проникновения в промежутки между ними молекул воды и снижения при этом поверхностной энергии системы. Молекулы воды, адсорбируясь на поверхности твердых компонентов грунта, проникая в микротрещины и микропоры, вызывают расклинивающее давление, которое приводит к росту трещин, дефектов и снижению прочности грунта в целом.
Механические свойства отражают свойства горных пород при воздействии на них внешних усили). Различают прочностные и деформационные свойства.
Временное сопротивление сжатию (предел прочности на сжатие) – предельнуая нагрузка, при которой образец породы разрушается. Зависит от минералогического состава, структуры и пористости породы, характера цемента и степени выветрелости. Выражается в кг/см2.
Сцепление – характеристика структурных связей грунта.
Угол внутреннего трения – параметр линейной зависимости сопротивления сдвигу от вертикальной нагрузки. Для песчаных грунтов равен углу предельного откоса.
Модуль общей деформации – отношение разности конечного и начального напряжений к разности конечной и начальной относительной продольной деформации.
Опишите условия образования и строительные свойства грунтовых отложений (Эоловые).
Деятельность ветра является одним из важнейших геологических и рельефообразующих факторов на поверхности суши. Все процессы, обусловленные деятельностью ветра, создаваемые, ими отложения рельефа и формы называют эоловыми. При уменьшении скорости ветра и других благоприятных условиях происходит отложение переносимого материала (аккумуляция) – образуются ветровые (эоловые) отложения. Состав переносимых ветром частиц бывает очень разнообразен. При этом преобладают кварцевые, полевошпатовые, глинистые, и известковые частицы, могут быть и элементы органического происхождения: пыльца, споры, грибки, бактерии. Глинистые и пылеватые эоловые отложения образуются за счет осаждения мелких частиц, переносимых в виде пыли во взвешенном состоянии в воздухе, иногда высоко над поверхностью земли. Песчаные эоловые отложения, наоборот, образуются из крупных частиц, перемещаемых у самой земли или просто перекатываемых ветром по почве. Поэтому эоловые пески распространены обычно в непосредственной близости от областей развевания. Глинистые эоловые отложения могут образоваться и на значительном удалении от последних, так как пыль разносится ветром очень далеко.
Эоловые отложения преимущественно рыхлые, процесс цементации и уплотнения их происходит менее интенсивно, чем у водных осадков. Сортировка эоловых отложений обычно хуже речных или морских. Наряду с песчаными фракциями в них почти всегда обнаруживается незначительная примесь глинистых частиц.
Для строительства большое значение имеет закреплённость песков. По этому признаку песчаные накопления делят на подвижные (дюны, барханы) и закреплённые (грядовые, бугристые) пески
Подвижные пески не закреплены корневой системой растений и под действием ветра легко перемещаются.
Дюны образуются в результате навевания песка ветром вокруг какого-нибудь препятствия (кустарников, неровностей рельефа, зданий и т. д.). Это холмовидные накопления песка высотой до 20-40 м и более. Характерной особенностью дюн является движение за счёт перекатывания песчинок ветром с одной стороны холма на другую. Дюны обычно образуют цепь холмов.
Барханы возникают в пустынях, где постоянно дуют сильные ветры преимущественного одного направления. Это песчаные холмы серповидной формы, поперечный профиль барханов асимметричен — наветренный склон пологий, его угол откоса не превышает 12º, подветренная сторона более крутая — угол откоса достигает 30-40º. Высота барханов в среднем достигает 60-70 м. В пустынях образуются целые барханные цепи. Барханы сложены весьма подвижными песком. Скорость их перемещения зависит от силы ветра, длительности его действия и величины бархана. Наиболее подвижны отдельностоящие барханы.
Подвижные пески опасны своим движением. Перемещаясь, они заносят поля, оазисы, каналы, дороги, здания, селения и даже города.
Строительство и эксплуатация зданий и сооружений требует постоянной борьбы с подвижными песками. Для этой цели применяют ряд методов:
Установку на пути движения песков щитов. Этот способ не всегда эффективен, особенно в районах, где ветер часто меняет своё направление. Иногда против выдувания песка щиты укладывают на землю.
Одним из главнейших способов борьбы является посадка растительности (кустарники, травы). Высаженные растения закрепляют своей корневой системой верхние слои песка.
Битумизация, цементация, глинизация и т. д. эти методы дорогостоящие и недолговечные.
Проектирование «безаккумуляционных» форм сооружений, которые облегчают пропуск движущегося песка, не давая ему возможности скапливаться в пределах сооружений.
Закреплённые пески распространены достаточно широко, особенно в районах полупустынь. Грядовые пески представляют собой вытянутые формы высотой 10-20 м; бугристые пески — неподвижные холмы (редко высотой более 10 м) с пологими склонами. Их движение остановлено растительным покровом.
В южных районах России широко распространены рыхлые, пористые горные породы, называемые лёсом. Лёссы – очень ценные почвообразующие породы, на них всегда формируются наиболее плодородные почвы. Однако лёссы легко размываются водой, поэтому в области их распространения часто возникают овраги. Породы эти как основания зданий и сооружений обладают специфическими строительными свойствами – при увлажнении обладают высокими показателями просадки
4. Перечислите методы определения абсолютного и относительного возраста пород.
Абсолютная геохронология устанавливает возраст горных пород в единицах времени. Определение абсолютного возраста необходимо для корреляции и сопоставления биостратиграфических подразделений различных участков Земли, а также установления возраста лишенных палеонтологических остатков фанерозойских и докембрийских пород.
К методам определения абсолютного возраста пород относятся методы ядерной (или изотопной геохронологии) и не радиологические методы (Соляной метод, седиментационный метод, биологический метод, метод подсчета слоев ленточных глин, накапливающихся на периферии тающих ледников)
Разработано большое число радиоактивных методов определения абсолютного возраста: свинцовый, калиево-аргоновый, рубидиево-стронциевый, радиоуглеродный и другие
Относительный возраст позволяет определять возраст пород относительно друг друга, т. е. устанавливать, какие породы древнее, какие моложе. Для установления относительного возраста используют два метода: стратиграфический и палеонтологический.
Палеонтологический метод позволяет определять возраст осадочных пород по отношению друг к другу независимо от характера залегания слоев и сопоставлять возраст пород, залегающих на различных участках. Животные и растительные организмы развивались постепенно, последовательно. Остатки вымерших организмов захоронялись в тех осадках, которые накапливались в тот отрезок времени, когда они жили.
Все геологическое время разделили на отрезки. Так была создана геохронологическая шкала. Для слоев пород, которые образовались в эти отрезки времени, были предложены свои названия, что позволило создать стратиграфическую шкалу.
Пользуясь данными табл. 4 и 5 (N2; J1; S2; D1) назовите эры и периоды геологической истории Земли, их период с начала эр, продолжительность. Назовите основные этапы развития органического мира, свойственные для этих периодов.
N2 – кайнозойская эра, неогеновый период, поздненеогеновая (плиоценовая) эпоха. Время от начала эр – 25 млн. лет. Расцвет млекопитающих, птиц, когтистых рыб, появление человека. Расселение по всему свету покрытосемянных и млекопитающих
J1 – мезозойская эра, юрский период, раннеюрская эпоха. Время от начала эр – 185 млн. лет. Появление птиц, максимальный расцвет рептилий и аммонитов. Развитие папоротников, хвойных, саговниковых, появление млекопитающих.
S2 – палеозойская эра, силурийский период, позднесилурийская эпоха. Выход позвоночных (земноводных) на сушу, развитие кистеперых, двоякодышащих и панцирных рыб; появление папоротников, хвощевых, плауновых. Время от начала эр – 420 млн. лет
D1 – палеозойская эра, девонский период, раннедевонский эпоха. Время от начала эр – 400 млн. лет Выход позвоночных (земноводных) на сушу, развитие кистеперых, двоякодышащих и панцирных рыб; появление папоротников, хвощевых, плауновых.
5. Опишите сущность процессов внутренней динамики Земли (эндогенных процессов).
Эндогенные процессы (греч. Endon – внутри и Genes – рождающий, рожденный) – рельефообразующие геологические процессы, связанные с энергией, возникающей в недрах Земли и обусловленные ее внутренней энергией, силой тяжести и силами, появляющимися при вращении Земли. Эндогенные процессы проявляются в виде тектонических движений земной коры, магматизма, метаморфизма горных пород, сейсмической активности. Главными источниками энергии эндогенных процессов являются тепло и перераспределение материала в недрах Земли по плотности (гравитационная дифференциация). Эндогенные процессы играют главную роль при образовании крупных форм рельефа.
Наиболее отчетливо эндогенные процессы выражаются в явлениях вулканизма, под которыми понимаются процессы, связанные с перемещением магмы в верхние слои земной коры и на ее поверхность. Вторым видом эндогенных процессов являются землетрясения, проявляющиеся в определенных участках земной поверхности в виде кратковременных толчков или сотрясений.
Приведите схемы нарушений форм залегания пород (сдвиг, надвиг).
-76835835025Сдвигами называются смещения блоков в горизонтальной плоскости, по простиранию трещины. Обычно сместитель сдвигов занимает положение близкое к вертикальному. Особой категорией разрывов являются глубинные разломы, длиною в сотни, иногда тысячи километров и опускающиеся вглубь Земли на сотни километров. Обычно они прямолинейны или дугообразны. Важной особенностью этих структур является чрезвычайная длительность их развития (десятки, чаще сотни млн лет). Обычно глубинные разломы разграничивают участки земной коры, резко отличающиеся характером геологического развития.
41617906350Надвиги – разрывные дислокации типа взброса, висячее, крыло которых надвинуто на лежачее по пологому (менее 60°) сместителю. Пологие надвиги большой горизонтальной амплитуды при малом угле наклона сместителя называются шарьяжами, или тектоническими покровами.
Покажите зависимость силы землетрясения от геоморфологического строения участка, состава и обводненности пород.
С точки зрения сейсмичности участки с сильно расчлененным рельефом, слоны оврагов и ущелий, берега рек являются опасными для строительства. Опасны для строительства оползневые и карстовые участки. Следует учитывать, что наибольшие разрушения происходят на заболоченных территориях, на обводненных пылеватых, на лессовых недоуплотнённых породах.
Влияние состава пород объясняется тем, что скорость распространения землетрясения зависит от него; в твердых породах скорость гораздо больше, чем в рыхлых. В мощной толще рыхлых пород, например наносов (аллювий долин), волна ослабевает и может даже совсем затухнуть; но небольшая толща, лежащая на твердых коренных породах, не успевает смягчить удар, а подбрасывается на своем основании. В этих условиях разрушение будет сильнее, чем прямо на коренных породах.
При высокой обводненности происходит снижение прочностных свойств горных пород ввиду проникновения по трещинам воды, что выражается в большей разрушительной силе землетрясения
6. Объясните сущность процессов внешней динамики Земли (экзогенных процессов)..
Экзогенные процессы – геологические процессы, обусловленные внешними по отношению к Земле источниками энергии. Под действием экзогенных процессов происходит непрерывное образование вещества, его перенос и отложение с образованием форм рельефа. Экзогенные процессы подразделяются на три группы: процессы выветривания, процессы денудации и процессы аккумуляции (осадконакопления).
Выветривание представляет собой процесс разрушения горных пород и минералов вследствие приспособления их к условиям земной поверхности. При выветривании изменяются физические свойства минералов и горных пород, происходит в основном механическое разрушение, разрыхление и изменение химических свойств под воздействием воды, кислорода и углекислого газа, атмосферы и жизнедеятельности организмов.
Денудация – совокупность процессов разрушения и сноса продуктов разрушения горных пород, создаваемых в основном выветриванием. Денудация проявляется в разных формах (процессах), охватывающих как отдельные небольшие участки, так и большие площади, она может быть линейно действующая и плоскостная. Часто под денудацией понимается только плоскостная, а линейная выделяется отдельно под названием эрозия. Главные агенты денудации – сила тяжести, текучие воды, ветер и движущиеся льды ледников.
В процессе аккумуляции происходит накопление осадков, возникающих в понижениях рельефа Земли за счет принесенных денудаций продуктов выветривания.
Результат  аккумуляции — повышение поверхности. Оба процесса — денудация и аккумуляция — в итоге ведут к выравниванию рельефа. В деятельности каждого геологического агента — льда, воды, ветра и др. — есть денудационная и аккумулятивная составляющие.  Например, реки, врезаясь в геологический субстрат, производят его эрозию (от лат. erosion — разъедание), ледники выпахивают поверхность, по которой они движутся, производят экзарацию (от лат. exaratio —  выпахивание). Но и реки, и ледники в определенных местах откладывают захваченный и несомый ими материал, образуя аккумулятивные формы рельефа (поймы, террасы, моренные равнины и т. д.). Движение водных и воздушных масс, перемещение продуктов выветривания и их аккумуляция происходят в значительной мере благодаря силе тяжести, повсеместно и непрерывно действующей на Земле. Поэтому сила тяжести является движущей силой всех экзогенных процессов. К экзогенным относятся и космогенные процессы, в частности, метеоритная бомбардировка Земли. Она проявлялась, главным  образом, на ранних стадиях формирования земной коры.
Таким образом, выветривание подготавливает материал для денудации, в процессе денудации наиболее активно происходит преобразования облика Земли. После накопления осадка начинается диагенез, который представляет собой процесс преобразования осадка в осадочную горную породу.. К основным изменениям осадков при диагенезе относятся обезвоживание и уплотнение; цементация, происходящая из-за наличия различных химических соединений, заполняющих поры и пустоты и цементирующих частицы осадка; кристаллизация и перекристаллизация, особенно проявляющиеся в мелкозернистых и иловых хемогенных и органогенных осадках, состоящих из легко растворимых минералов; образование конкреций. В процессе диагенеза формируются различные новообразования, отличающиеся друг от друга по составу и форме нахождения.
Опишите процессы (процессы в многолетней мерзлоте, морозное пучение) и возможные защитные мероприятия
Геологические процессы в зоне вечной мерзлоты связаны с насыщением горных пород подземными водами, которые подразделяются на: надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные. Наиболее распространенными геологическими процессами в зоне вечной мерзлоты являются термокарст, вспучивание, образование бугров и наледей.
Термокарст возникает в результате сезонного неравномерного вытаивания подземного льда. Этот процесс приводит к образованию провалов, воронок, котловин оседания и озер.
Вспучивание почв происходит при сезонном промерзании влажных участков. Образуются специфические формы рельефа: бугры вспучивания, наледи, полигональные образования. Бугры вспучивания образуются зимой при замерзании воды и образовании ледяного ядра, над которым вспучивается почва.
Наледи формируются при прорывах подмерзлотных вод на поверхность. На поверхности эти воды застывают, и образуется наледь. Полигональные образования связаны с растрескиванием грунта на многоугольники из-за неравномерного промерзания сезонно-талого слоя. Аналогично формируются каменные кольца и многоугольники.
Солифлюкция представляет собой медленное течение почв. Солифлюкция происходит, когда в результате оттаивания ледонасыщенных дисперсных грунтов последние утрачивают структурные связи и переходят в вязко-пластичное состояние
Выбор принципа строительства на территориях развития многолетней мерзлоты определяется из условий наибольшей технической целесообразности и экономической выгодности. Возможны два случая: 1) строительство в условиях устойчивого режима мерзлоты, т.е. сохранение отрицательных температур; 2) когда мерзлоту поддерживать нельзя – постепенное и предварительное оттаивание.
Морозное пучение один из самых распространенных экзогенных геологических процессов в России представляет собой процесс увеличения объёма и деформирования дисперсных грунтов при промерзании. При этом образуются выпуклые формы Наиболее интенсивно этот процесс развивается в глинистых пылеватых и сильно пылеватых породах, которые называют «пучинистыми». Морозное пучение — следствие расширения грунтовой влаги при фазовом переходе вода-лёд и разуплотнения скелета грунта
Морозное пучение в природных условиях подразделяется на сезонное (при промерзании ежегодно оттаивающих приповерхностных слоев грунта) и многолетнее (при новообразовании толщ мёрзлых пород).
При сезонном морозном пучении наблюдаются поднятие грунта зимой и опускание летом с амплитудой в несколько сантиметров; деформация вспучивания поверхности грунта диаметром около 1 м и высотой около десятки сантиметров; мелкие бугры высотой 1-2 м. Разрушение форм микрорельефа происходит при летнем оттаивании грунтов и сопровождается выделением воды и (или) разжиженного переувлажнённого грунта.
При многолетнем морозном пучении образуются положительные формы мезорельефа — бугры пучения. В результате промерзания и оттаивания горных пород возникают специфический ландшафт и формы рельефа: бугры пучения (сезонные и многолетние), структурно-полигональные образования и др. Бугры пучения подразделяются на сегрегационные (миграционные), инъекционные и инъекционно-сегрегационные. Сегрегационные формируются в результате миграции внутригрунтовой влаги к фронту промерзания под влиянием градиента температуры и влаги. Инъекционные бугры пучения формируются при промерзании объемов талого грунта (например, подозерных и подрусловых таликов), окруженных мерзлыми породами, или в открытых системах, где подток воды обусловлен гидродинамическим напором. Многолетние бугры пучения достигают высоты от 1,5 – 2,0 м до 4 м и более. Они наиболее развиты на севере европейской части Союза и в Западной Сибири
Методы борьбы с воздействием морозного пучения на хозяйственные объекты: рациональный выбор мест сооружения объектов; предупреждение промерзания основания или сохранение его в постоянно мёрзлом состоянии; заанкеривание фундаментов зданий в подстилающей толще пород; уплотнение или осушение грунтов оснований; предотвращение смерзания фундаментов с грунтом (применение засыпок, прокладок, обсадки и т.д.), замена пучинистых грунтов в основании на неподверженные морозному пучению.
7. Приведите классификации подземных вод.
Подземные воды – воды, находящиеся в толщах горных пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и парообразном состоянии.
Классификаций подземных вод несколько.
По форме нахождения в горных породах выделяют кристаллизационную (в твердом виде), в виде пара, прочносвязанную, рыхлосвязанную, гравитационную, капиллярную;
Вода в твердом состоянии (лед) находится в грунте в виде кристаллов, прослоек и линз льда.
Вода в парообразном состоянии (водяной пар) заполняет вместе с воздухом не занятые водой пустоты в грунтах. Водяной пар обладает большой подвижностью и перемещается от мест с большей к местам с меньшей упругостью (меньшим давлением). Парообразная вода в грунтах активно участвует в круговороте воды в природе.
Физически связанная вода удерживается на поверхности минералов и частиц грунта молекулярными силами и может быть удалена из грунта только при температуре не менее 90-120°С. Этот вид воды подразделяют на прочносвязанную (гигроскопическую) и рыхлосвязанную (пленочную).
Гигроскопическая вода образуется вследствие адсорбции частицами грунта молекул воды. На поверхности частиц гигроскопическая вода удерживается молекулярными и электрическими силами.
Пленочная вода образует пленку поверх гигроскопической воды, когда влажность грунта становится выше его максимальной гигроскопичности. Эта вода может передвигаться от одной частицы грунта к другой: от мест, где толщина пленки больше, к местам, где ее толщина меньше.
Свободная, или гравитационная, вода – наиболее подвижный и важный компонент подземных вод. Эта вода в жидком виде находится в порах и трещинах грунта и перемещается под влиянием силы тяжести и градиентов гидростатического давления. Объем свободной (гравитационной) воды в насыщенном водой грунте зависит от его скважности, гранулометрического состава, количества и размера пор.
Капиллярная вода образуется в порах грунта после насыщения их пленочной водой, заполняет поры и тонкие трещины и перемещается в них под действием капиллярных сил. Капиллярная вода через поверхность почвы или листья растений испаряется, поэтому она участвует в круговороте воды в природе и ее следует включать в состав подземных вод, изучаемых гидрологией.
По условиям залегания подземные воды подразделяются на верховодку, грунтовые воды, межпластовые воды
Верховодка – это ненапорные подземные воды зоны аэрации, залегающие на небольшой глубине от поверхности Земли выше уровня грунтовых вод и имеющие ограниченное распространение. Верховодка представляет собой временные скопления подземных вод в зоне аэрации.
Грунтовыми водами называют постоянные во времени и значительные по площади распространения горизонты подземных вод, залегающие на первом от поверхности водоупоре. Грунтовые воды в силу наличия свободной поверхности безнапорные. Иногда они могут проявить так называемый местный напор, связанный с залеганием линзы глины в уровне зеркала.
Межпластовые подземные воды располагаются в водоносных горизонтах между водоупорами. Они бывают ненапорными и напорными (артезианскими). Межпластовые 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.
По условиям образования воды делятся на инфильтрационные; конденсационные; седиментогенные; магматогенные, или ювенильные; метаморфогенные
Инфильтрационные подземные воды образуются из наземных вод атмосферного происхождения. Одним из главных видов питания их является инфильтрация, или просачивание вглубь земли дождевых и талых атмосферных осадков. В ряде случаев в питании подземных вод принимают участие воды, фильтрующиеся из рек, озер, водохранилищ и из каналов.
Конденсационные воды образуются в результате конденсации водяных паров воздуха в порах и трещинах горных пород. Этот процесс объясняется разностью упругости водяных паров, находящихся в различных зонах аэрации, и взаимосвязанных с ними водяных паров атмосферного воздуха. Конденсация водяных паров имеет существенное значение для пустынных районов с малым количеством атмосферных осадков, где периодически возникают небольшие тонкие линзы пресных конденсационных вод, налегающих на соленые воды.
Седиментогенные подземные воды (лат. “седиментум” – осадок)- это высокоминерализованные (соленые) подземные воды в глубоких слоях осадочных горных пород. Происхождение таких вод, большинство исследователей связывают с захоронением вод морского генезиса, сильно измененных под влиянием давления и температуры.
Магматогенные (ювенильные) подземные воды, образующиеся непосредственно из магмы. Поступление таких вод происходит, с одной стороны, при извержении вулканов, с другой – из магматических тел, расположенных на глубине, в которых первоначально может содержаться до 7-10% воды. В процессе кристаллизации магмы и образования магматических пород вода отжимается, по разломам и тектоническим трещинам поднимается вверх, поступает в земную кору и местами выходит на поверхность. Количество магматогенных вод незначительно. К тому же они поступают на поверхность уже в смешанном виде, так как на своем пути пересекают различные горизонты подземных вод иного генезиса.
Метаморфогенные подземные воды (возрожденные, или дегидратационные) образуются при метаморфизме минеральных масс, содержащих кристаллизационную воду или газово-жидкие включения. Под влиянием температуры и давления происходят процессы дегидратации. Если они протекают длительно, то приводят к образованию капельножидкой воды, вступающей в общий геологический круговорот подземных вод.
Сформулируйте основные законы фильтрации подземных вод.
Линейный закон фильтрации.
Движение жидкости в порах нескальных пород в основном происходит по типу ламинарного. Количество воды, протекающее (фильтрующееся) через данное поперечное сечение породы, в единицу времени пропорционально падению напора, обратно пропорционально длине фильтрации на данном участке потока и зависит от некоторой величины, называемой коэффициентом фильтрации.
Основной закон фильтрации — закон Дарси выражается формулой:
Q=KфFΔHl= KфFi,
где Q —расход воды (количество фильтрующейся воды в единицу
времени), м3/сут;
Kф— постоянная величина для данной породы, характеризующая ее водопроницаемость; эта величина называется коэффициентом фильтрации, м/сут;
F — площадь поперечного сечения потока, м2;
ΔH — разность уровней в двух рассматриваемых сечениях, м;
l — длина пути фильтрации, м;
i — гидравлический уклон.
Разделив обе части уравнения на F и назвав QF — скоростью фильтрации V, м/сут, получим:
V=Кфi.
Это уравнение показывает, что по линейному закону скорость фильтрации прямо пропорциональна гидравлическому градиенту.
Если принять i = 1, то получим V=Кф, т.е. при гидравлически градиенте, равном единице, коэффициент фильтрации численно равен скорости фильтрации.
Формула позволяет определить так называемую кажущуюся скорость фильтрации. Так как вода течет лишь через часть сечения F, равную площади пор и трещин породы, то для определения действительной скорости фильтрации V, м/сут, следует учесть пористость п, выраженную в долях единицы и корректировать расчет: для песков и крупнообломочных пород Vд=V/n; для глинистых — Vд=V/nакт,
где nакт — актив пористость в долях единицы.
Нелинейный закон фильтрации.
В крупнообломочных, сильно трещиноватых скальных породах неглубокого залегания при наличии крупных пустот трещин значительной протяженности движение водного потока имеет вихревой или турбулентный вид. Оно характеризуем вихреобразностыо, пульсацией и перемешиванием отдельных струй воды.
Нелинейный закон фильтрации выражается формулой А.А. Краснопольского:
V=Kкi ,
где Кк —коэффициент, определяемый опытным путем в поле, м/сут;
i— гидравлический уклон.
Назовите требования к питьевой воде.
По СанПиН 2.1.4.1074-01. питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства. Т.е., вода, используемая населением для хозяйственно-бытовых целей, должна обладать хорошими органолиптическими свойствами и освежающим действием, быть позрачной, бесцветной, без неприятного привкуса или запаха; не должна содержать избытка солей и токсичных веществ, способных оказать вредное воздействие на организм человека; не может содержать патогенных возбудителей, яиц и личинок гельминтов.
Соответствие качества питьевой воды нормативам, установленным стандартом, определяют путем санитарного химико-бактериологического анализа воды.
Объясните причины агрессивности воды к бетону и металлу.
Агрессивность подземных вод выражается в разрушительном воздействии растворенных в воде солей на строительные материалы. Агрессивность воды к цементу и бетону обусловлена ее химическим составом. В частности сульфаты и хлориды обусловливают агрессивность воды по отношению к бетону на силикатном цементе. По отношению к бетону различают следующие виды агрессивности подземных вод:
· Выщелачивающая – возникает при малом содержании в воде HCO3. В этих условиях происходит растворение и вымывание из бетона содержащейся в нем извести.
· Общекислотная – обусловлена низким значением водородного показателя рН, из-за чего усиливается растворение извести бетона.
· Углекислотная – возникает в результате действия агрессивной углекислоты СО2. В процессе взаимодействия с водой из цемента выделяется свободная известь СаСО3, которая реагирует со свободной углекислотой СО2. Реакция идет по схеме
СаСО3+ СО2+Н2О = Са(НСО3)2.
Образующийся при этом бигидрокарбонат кальция является растворимым и легко выносится из бетона.
· Сульфатная – возникает при наличии в воде повышенного количества сульфата SO42-, в бетоне происходит кристаллизация новых соединений, образование которых сопровождается увеличением объема, вследствие чего происходит разрушение бетона. Такими новыми соединениями являются гипс и сульфоаллюминат кальция.
· Магнезиальная – ведет к разрушению бетона при соприкосновении его с водой, содержащей повышенное количество Mg2+.
Агрессивное действие подземных вод на металлы (коррозия металлов). Подземная вода с растворенными в ней солями и газами может обладать интенсивной коррозионной активностью по отношению к железу и другим металлам. Подземные воды обладают коррозионными свойствами при содержании в них также агрессивной углекислоты, минеральных и органических кислот, солей тяжелых металлов, сероводорода, хлористых и некоторых других солей. Мягкая вода действует значительно агрессивней, чем жесткая. Влияние сильнокислых и сильно щелочных вод способствует наибольшему разъеданию металлов. Коррозии способствует повышение температуры подземной воды, увеличение скорости ее движения, электрические токи.
Поэтому при строительстве фундаментов и различных подземных сооружений необходимо уметь оценивать степень агрессивности подземных вод и определять меры борьбы с ней. В существующих нормах, оценивающих степень агрессивности вод по отношению к бетону, кроме химического состава воды, учитывается коэффициент фильтрации пород. Одна и та же вода может быть агрессивной и неагрессивной. Это обусловлено различием в скорости движения воды — чем она выше, тем больше объемов воды войдет в контакт с поверхностью бетона и, следовательно, значительнее будет агрессивность.
8. Охарактеризуйте инженерно-геологические изыскания.
Инженерно-геологические изыскания представляют собой комплекс работ по изучению инженерно-геологических условий территории проектируемого строительства. В связи с этим к основным задачам инженерно-геологических исследований относится изучение геологического строения, геоморфологии, гидрогеологических условий, природных геологических и инженерно-геологических процессов, свойств грунтов и прогноз их изменений при строительстве и эксплуатации различных сооружений.
Инженерно-геологическая съёмка представляет собой комплексное изучение геологии, гидрогеологии, геоморфологии и других естественноисторических условий района строительства. ИГ съемка 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.
Инженерно-геологическая съемка решает следующие задачи:
– изучение всех факторов инженерно-геологических условий, влияющих на планирование и проектирование строительства;
– установление взаимосвязи между факторами инженерно-геологических условий;
– выявление закономерностей пространственной и временной изменчивости факторов инженерно-геологических условий.
– выявление взаимодействия природных факторов с существующими на территории сооружениями.
– составление прогноза изменения инженерно-геологических условий, как в естественном ходе развития, так и под влиянием инженерной деятельности человека.
Методы выбираются в зависимости от масштаба съемки и условий территории. Государственная съемка включает в себя: наземные и аэровизуальные маршруты, дешифрирование фотоснимков, буровые работы, ландшафтно-идентификационные работы, зондирование, искиметрию.
Инженерно-геологическая разведка – комплексный метод получения информации об инженерно-геологических условиях некоторой области литосферы путем проведения горно-буровых, опытных инженерно-геологических и гидрогеологических работ, инженерно-геологического опробования и лабораторных работ, документации строительных выемок и режимных инженерно-геологических наблюдений.
Инженерно-геологическая разведка в зависимости от ее целевого назначения, разделяется на предварительную, детальную и оперативную. Предварительную инженерно-геологическую разведку проводят в пределах границ выбранной для строительства площадки. Главная цель заключается в компоновке сооружений на площадке, включающей проведение предварительных расчетов их оснований. Работы должны равномерно охватить всю строительную площадку, с тем, чтобы в случае необходимости можно было получить геологический разрез по любому выбранному направлению, со свойствами грунтов, положением УГВ и другими сведениями, нужными для составления расчетной схемы и предварительных расчетов оснований
На детальной стадии происходит получение информации, необходимой для окончательных расчетов оснований зданий и сооружений; разработки проекта производства строительных работ. Детальная инженерно-геологическая разведка включает горные и буровые работы, полевые определения прочностных и деформационных свойств грунтов (сдвиги, обрушения, выпирание призм, прессиометрию, опытные нагрузки на штамп, на сваю и др.), инженерно-геологическое опробование, гидрогеологические работы. В ходе дальнейшей инженерно-геологической разведки ведут наблюдения за УГВ, отбирают пробы воды для определения химического состава и агрессивности, а в сложных условиях (УГВ выше отметки подошвы фундамента, возможность развития процесса подтопления и др.) проводят опытные гидрогеологические работы. По результатам детальной инженерно-геологической разведки составляют инженерно-геологическое заключение.
Оперативную инженерно-геологическую разведку проводят в процессе строительства ответственных сооружений, сооружений 1 класса и уникальных. Ее цели заключаются в получении информации о фактических свойствах геологической среды и инженерно-геологических процессах, развивающихся в период формирования сферы взаимодействия под влиянием строительных работ. Оперативная инженерно-геологическая разведка включает: документацию строительных выемок, режимные наблюдения за свойствами геологической среды – компонентами инженерно-геологических условий (за инженерно-геологическими процессами); инженерно-геологическое опробование; наблюдения (и контроль) за производством строительных работ, в том числе опытно-строительных. Работы сосредоточивают в пределах развивающейся сферы взаимодействия геологической среды с сооружениями: в строительных котлованах, подземных выработках, внутри контура депрессии, формирующееся при глубинном водопонижении, и т.д.
Важнейшей составной частью оперативной инженерно-геологической разведки являются режимные инженерно-геологические наблюдения. Они включают наблюдения за инженерно-геологическими процессами; за проведением строительных работ; за проведением опытно-строительных работ и их эффективностью.
Опишите методы инженерно-геологических исследований (бурение, оценка трещиноватости скальных пород).
В ходе инженерно-геологических исследований применяют способы бурения:
1) дающие керн в виде столбика грунта с относительно ненарушенной структурой (колонковый, пневмоударный, ударно-канатный с кольцевым забоем, шнековый с кольцевым забоем, вибрационный способы);
2) дающие керн, представляющий собой грунт нарушенного строения (медленно-вращательный, шнековый и ручной ударно-вращательный способы);
3) позволяющий получать полностью разрушенный грунт в виде шлама (ударно-канатное бурение сплошным забоем и роторное).
В процессе бурения инженерно-геологических скважин должна быть обеспечена возможность: полного изучения разреза горных пород и установления положения границ слоев с высокой точностью; отбора образцов грунта требуемого диаметра, сохраняющих ненарушенное сложение и естественную влажность; проведения опытных испытаний грунтов. Колонковым способом можно бурить скважины глубиной до 100 м, диаметром до 168 мм практически во всех породах. Колонковый способ не позволяет получать образцы пород с ненарушенной структурой из рыхлых несвязных и сильно выветрелых пород. В процессе бурения наблюдается их истирание и разрушение обломков.
При использовании ударно-канатного способа бурения предпочтение следует отдавать бурению с кольцевым забоем. Способ применим для проходки скважин в мерзлых песчано-глинистых породах.
Вибрационное бурение – производительный способ при проходке скважин до 15 м. Однако под действием вибрации уменьшается пористость и влажность пород и увеличивается объемная масса. Метод рекомендуется для отбора образцов без сохранения естественного сложения и влажности.
Медленно-вращательный способ применяют для проходки скважин большого диметра, при проведении инженерно-геологических изысканий с целью строительства ответственных сооружений.
При проходке скважин в условиях сложного разреза, представленного породами разных классов рационально комплексировать разные способы бурения. Одна из задач, реализуемых в процессе бурения инженерно-геологических скважин заключается в отборе образцов горных пород, в том числе сохранивших естественную структуру и влажность.
Оценка трещиноватости скальных пород
При изучении трещиноватости пород особое внимание необходимо уделять местам пересечения крупных и средней ширины трещин (ослабление механической прочности). При этом применяются разные методы инженерно геологических исследований.
Изучение механических свойств пород на образцах малого размера и перенесение показателей на массив по коррелятивным зависимостям (многочисленными экспериментами доказана связь динамического модуля упругости и модуля деформации, эта зависимость характерна и для пачек, слоев, массива – штампы, прессиометры).
Расчетные методы. Например, возможно использование формулы Фисенко (1965 г), который изучая устойчивость бортов карьеров в слоистых и трещиноватых породах, предложил эмпирическую формулу:
См и С0 – сопротивление сдвигу соответственно в массиве и в образце породы, выраженное через сцепление;
Н – общая высота борта карьера;
а – коэффициент, зависящий от величины сцепления породы в образце, от характера трещиноватости;
W – показатель, характеризующий интенсивность трещиноватости пород;
l – линейный размер блока, ограниченный двумя трещинами:
Формула учитывает только макротрещины, которые в процессе сжатия и смещений в результате приложения нагрузки претерпевают некоторые изменения. Крупные трещины, их зоны и разломы должны оцениваться как отдельный инженерно-геологический элемент массива.
Натурные методы оценки влияния трещин на механические и фильтрационные свойства массива пород в условиях естественного залегания.
Для установления масштабного фактора при характеристике сопротивления сдвигу и модуля деформации трещиноватых пород проводят испытания со штампом разной площади или в скважинах разных диаметров и при разных напряжениях, что определяет различные объемы пород, виды и число трещин, вовлекаемых в эксперимент.
Влияние трещиноватости на фильтрационные характеристика массива пород и его анизотропию устанавливается опытами поинтервальных откачек и нагнетаний в одиночные и кусты скважин с разными интервалами от 1 до 5 м.
Литература
Ананьев В.П., Потапов А.Д. Инженерная геология. М., Высш. шк., 2002. 511с
Бондарик Г.К.. Методика инженерно-геологических исследований. М., Недра, 1986. 333 с.
Гальперин А. М., Зайцев В. С., Норватов Ю. А. Гидрогеология и инженерная геология. – М.: Недра, 1989.
ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация.
Добров Э.М. Инженерная геология. М., 2008. 224 с.
Квашук С.В., Малеев Д.Ю. Даммер А.Э Инженерно-геологические задачи (Методическое пособие). Хабаровск, 2000. 88 с
Кирюхин В.А., Коротков А.И., Павлов А.Н. Общая гидрогеология. Л., Недра. 359 с.
Короновский Н.В. Общая геология. М., 2003
Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л.; Недра, 1984. 511 с.
Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика. Л.,Недра, 1977. 479 с.
Седенко М.В Гидрогеология и инженерная геология. М., Недра, 1971. 272 с.
Сергеев Е.М. Инженерная геология. М., МГУ, 1982. 248 с
СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. М., 1997
http://kristallov.net/
http://wiki.web.ru/