Лёссовые и лёссовидные грунты

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ)

имени М.И. Платова»

Каменский институт (филиал) ЮРГПУ(НПИ) им. М.И. Платова

Лекции

По дисциплине

Инженерное обеспечение строительства (геология)

Каменск-Шахтинский

Оглавление

Тема 1. Введение. 2

Тема 2. . Основные сведения из геологии. 6

2.1. Предмет и задачи геологии. 7

2.2. Цикл геологических наук. 7

2.3. Методы изучения земных недр. 8

2.4. Строение Земли. 9

2.5. Земная кора. 10

Тема 3. Происхождение и классификация горных пород. 11

3.1. Изверженные («первичные» породы) 11

3. 2. Осадочные (или «вторичные» породы) 12

3.4. Полудрагоценные камни. 14

Тема 4. Горные породы как грунты. 14

Тема 5 Физико-механические свойства грунтов. 16

Тема 6. Классификация грунтов. 18

6.1. Скальные грунты.. 18

6.2. Нескальные грунты.. 19

6.3. Крупнообломочные грунты.. 19

6.4. Песчаные грунты.. 19

6.5 Пылевато-глинистые грунты.. 20

6.5.1 Глинистые грунты.. 20

6.5.2. Лёссовые и лёссовидные грунты.. 21

6.5.3. Плывуны.. 21

6.6 Биогенные грунты.. 22

6.7. Почвы.. 22

6.8 Насыпные грунты.. 22

Тема 7 Подземные воды . 23

7.1. Общие положения. 23

7.2Почвенные воды и верховодка. 24

7.3Грунтовые воды.. 26

7.4Межпластовые воды.. 26

7.5Температура подземных вод. 27

7.6Значение и охрана подземных вод. 27

Тема 8. Инженерно-геологические процессы. 28

Тема 9. Стадии проектирования. 34

Тема 1. Введение.

Геология — наука о Земле. Земля — очень сложное материальное тело, имеющее свою большую историю, свое настоящее и свое будущее. Как небесное тело, она является частицей космоса, планетой Солнечной системы. Космические законы и явления распространяются на нее, например, в виде всемирного тяготения, солнечной радиации и других форм, вызывают приливные течения, в значительной мере определяют климат, поддерживают жизнь и имеют самое непосредственное отношение (прямое или косвенное) к многообразным происходящим на Земле процессам, к ее строению и составу. Вместе с тем на Земле происходят чисто земные процессы, свойственные в каждый данный момент только ей, неизвестные на других планетах и определяющие ее индивидуальность. Космические и «земные» процессы тесно связаны между собой и в совокупности определяют Землю такой, какой мы видим ее, с ее горами и морями, лесами и пустынями, с бурно кипящей жизнью, с ее прошлым, теряющимся в необозримых просторах Вселенной, с ее будущим, едва намечающимся лишь в фантастических творениях научной мысли.

Современная геология изучает состав, строение и историю Земли, закономерности и процессы формирования земной коры, слагающих ее минералов, горных пород, руд и других полезных ископаемых и их взаимные отношения, а также историю развития жизни на Земле. Практическое значение геологии очень велико и разнообразно. Вся мощная современная техника основана на использовании продуктов земных недр — нефти, угля, металлов, различных строительных материалов, подземных вод и др. Необходимость поисков извлечения разнообразного минерального сырья способствует развитию геологических исследований, ставит перед геологией все новые теоретические и практические задачи, требует скорейшего их решения.

Очень велико и познавательное значение геологии. Как наука о Земле, ее происхождении и формировании, затрагивающая вопросы происхождения и развития жизни, геология всегда была в центре ожесточенной идеологической борьбы, являлась важнейшим звеном в борьбе за материалистическое понимание мира, против идеалистических мировоззрений и религиозных предрассудков.

Земля состоит из ядра и нескольких оболочек, обладающих различным составом и разными физическими свойствами. Практическая работа геолога протекает в пределах верхней части твердой оболочки — земной коры, находящейся в постоянном взаимодействии с внешними (атмосферой, гидросферой и биосферой) и с внутренними оболочками, обладающими иным составом и другими физическими свойствами, чем земная кора. В зависимости от этого геологические процессы делятся на внешние (экзогенные), связанные с взаимодействием земной коры с внешними оболочками и через них с космосом, и внутренние (эндогенные), связанные с развитием материи в глубоких недрах планеты.

При геологических исследованиях изучаются главным образом верхние горизонты земной коры непосредственно в естественных обнажениях (выходах на поверхность Земли горных пород из-под наносов) и в обнажениях искусственных — горных выработках (закопушках, канавах, шурфах, карьерах, шахтах, буровых скважинах и др.). Для изучения глубинных частей земного шара применяются главным образом геофизические методы. Объектами геологических исследований являются:

1) природные тела, слагающие верхние горизонты земной коры (горные породы, руды, минералы и др.), в частности их строение и состав;

2) расположение природных тел в земной коре, определяющее геологическое строение или структуру последней;

3) различные геологические процессы, как внешние, так и внутренние, в результате которых природные тела появились и появляются, изменяются и исчезают, а также формируется рельеф земной поверхности;

4) причины и закономерности возникновения и развития геологических процессов, а также закономерности развития Земли в целом.

Специфической особенностью развития Земли являются исключительная длительность и огромные масштабы многих существеннейших геологических процессов, распространяющихся на огромные территории и растягивающихся на миллионы и миллиарды лет. По сравнению с этим не только жизнь отдельных людей, но и существование всего человечества представляется мгновенным эпизодом в истории планеты. Геологические процессы, изменяющие земную кору и формирующие ее, если и могут наблюдаться (многие из них вообще недоступны для непосредственного наблюдения и не-воспроизводимы в лабораторных условиях), то на протяжении ничтожно короткого промежутка времени по сравнению с их общей продолжительностью. Судить об этих процессах можно лишь по их результатам, проявляющимся, например, в образовании различных пород и руд, геологических структур, разных типов рельефа земной поверхности и т. д., определяющим строение и состав земной коры. Понять эти процессы можно, восстанавливая шаг за шагом их историю и в конечном счете историю Земли, ее твердой оболочки. Вот почему геология прежде всего — историческая наука. Она стала успешно развиваться лишь после того, как были выяснены в XVII— XVIII вв. общие закономерности процесса осадконакопления (порядок формирования слоистых осадочных пород), а также была разработана на рубеже XVIII и XIX вв. методика определения относительного возраста осадочных пород, основанная на изучении включенных в них остатков вымерших организмов. Изучение этих остатков показало, что каждой эпохе развития Земли соответствуют определенные, свойственные ей формы органического мира — животные и растения, населявшие в то время Землю.

Метод определения относительного возраста горных пород позволил разработать общую для планеты геохронологическую шкалу, выделить запечатленные в камнях эры, периоды, эпохи и века в развитии органической жизни и соответственно разделить массы горных пород, слагающих верхние горизонты земной коры, на последовательно сменяющиеся группы, системы, отделы и ярусы, отвечающие по времени образования эрам, периодам, эпохам и векам. Это позволило также установить последовательность проявления, масштаб и относительную длительность геологических процессов, имевших место в геологическом прошлом.

Значительно позднее — после открытия радиоактивного распада — были разработаны методы определения точного (абсолютного) возраста (точнее, времени первичного образования или преобразования) горных пород. Применение этих методов показало, что длительность существования земной коры превосходит 3,5—4 млрд. лет, причем основная часть этого времени приходится на древнейшие эры в жизни Земли — архейскую и протерозойскую, для выяснения истории которых палеонтологический метод непригоден. Изучение строения докембрийских толщ на радиометрической основе позволило выявить ряд крупнейших переломных моментов («великих обновлений») в истории формирования земной коры в эти древнейшие времена.

Однако для суждения о геологических процессах оказалось недостаточно представления о их возрасте, длительности проявления и масштабах. Для этого нужно было понять и объяснить их сущность, содержание и направленность. Ж.Кювье и его ученики (А. Д. Орбиньи, Ж. Агассис и др.), выявившие изменения органического мира, объясняли их периодически повторявшимися в истории Земли катастрофами, уничтожавшими все организмы. Появление после катастроф новой жизни объяснялось новыми актами творения. Эти взгляды разделялись крупнейшими европейскими геологами XIX в. и были положены в основу представлений о вулканизме, горообразовании и др. Они сыграли отрицательную роль в развитии геологии, так как объясняли развитие Земли мистическими причинами («чудесами», по образному выражению Ф. Энгельса). Поэтому в развитии геологии огромное значение имело введение эволюционного метода, известного под названием актуализма.

Актуализм возник стихийно в борьбе против религиозных представлений о сотворении мира в XVI и XVII вв., но был оформлен лишь в 30-х годах XIX в. крупнейшим английским геологом Ч. Лайелем. Сущность этого метода заключается в определении решающей роли связи настоящего с прошедшим для понимания геологических процессов. Как писал Ч. Лайель, «настоящее — ключ к познанию прошлого», т. е. только тщательное изучение современных геологических процессов и сравнение их результатов с результатами геологических процессов далекого прошлого может указать правильный путь к пониманию сущности последних. Принцип актуализма оказал огромное положительное влияние на развитие современной геологии, и с ним справедливо связывают начало ее зарождения.

В настоящее время идея актуализма претерпела серьезные изменения. Советские геологи придали ей новую, качественно более высокую форму сравнительно-исторического метода. Сравнение образований прошлых геологических эпох с современными производится не механически, а с учетом изменений физико-географических условий и процессов породообразования, предопределивших современную нам геологическую обстановку.

Основным методом геологии является геологическая съемка — совокупность геологических исследований, необходимых для всестороннего изучения геологического строения и полезных ископаемых местности. Геологическую съемку называют также геологическим картированием, поскольку она всегда или сопровождается составлением геологической карты, или опирается на геологическую карту и вносит в нее те или иные дополнения и уточнения. При геологическом картировании широко используются многочисленные и разнообразные геофизические, геохимические методы, аэрофотосъемка, а также мощная современная техника, позволяющая создавать искусственные обнажения на разных глубинах.

Правильная интерпретация всех этих методов возможна лишь на хорошей геологической основе, и до последнего времени они имели вспомогательное значение при геологической съемке. Однако в настоящее время, когда для большей части материков имеются геологические карты, роль этих методов растет и часто они становятся ведущими. Особенно велико значение геофизических методов для изучения геологического строения дна морей и океанов, а также глубоких недр и Земли в целом. Наконец, в последнее время выявляется положительное значение «космических» методов, позволяющих рассматривать Землю с огромных высот и сравнивать ее с другими планетами Солнечной системы.

Тема 2. . Основные сведения из геологии.

В процессе развития и углубления специализации в геологии сформировался ряд научных направлений (разделов).
К ним относятся:

Геология полезных ископаемых - изучает типы месторождений, методы их поисков и разведки.
Гидрогеология — раздел геологии, изучающий подземные воды.
Инженерная геология — раздел геологии, изучающий взаимодействия геологической среды и инженерных сооружений.
Геохимия — раздел геологии, изучающий химический состав Земли, процессы, концентрирующие и рассеивающие химические элементы в различных сферах Земли.
Геофизика — раздел геологии, изучающий физические свойства Земли, включающая также комплекс разведочных методов: гравиразведка, сейсморазведка, магниторазведка, электроразведка различных модификаций и пр.
Изучением Солнечной системы занимаются следующие разделы геологии: космохимия, космология, космическая геология и планетология.
Минералогия — раздел геологии, изучающий минералы, вопросы их генезиса, квалификации.
Многолетнемёрзлые горные породы приобретают ряд характерных свойств и особенностей, изучением которых занимается геокриология.
Литология — раздел геологии, изучающий образование осадочных пород.
Петрология — раздел геологии, изучающий происхождение горных пород.
Петрография — раздел геологии, изучающий происхождение горных пород, образованных при высоких температурах и давлениях.

Геобаротермометрия — наука, изучающая комплекс методов определения давления и температур образования минералов и горных пород.
Структурная геология — раздел геологии, изучающий нарушения земной коры.
Микроструктурная геология — раздел геологии, изучающий деформацию пород на микроуровне, в масштабе зёрен минералов и агрегатов.
Геодинамика — наука, изучающая процессы самого планетарного масштаба в результате эволюции Земли. Она изучает связь процессов в ядре, мантии и земной коре.
Тектоника — раздел геологии, изучающий движение Земной коры.
Историческая геология — отрасль геологии, изучающая данные о последовательности важнейших событий в истории Земли.
Палеонтология изучает древние формы жизни и занимается описанием ископаемых остатков, а также следов жизнедеятельности организмов.
Стратиграфия — наука об определении относительного геологического возраста осадочных горных пород, расчленении толщ пород и корреляции различных геологических образований. Одним из основных источников данных для стратиграфии является палеонтологические определения.
Геохронология — раздел геологии, определяющий возраст пород и минералов.

2.1. Предмет и задачи геологии.

Геология - одна из фундаментальных естественных наук, изучающая строение, состав, происхождение и развитие Земли. Она исследует сложные явления и процессы, протекающие на ее поверхности и в недрах. Современная геология опирается на многовековой опыт познания Земли и разнообразные специальные методы исследования. В отличии от других наук о Земле, геология занимается исследованием ее недр. Основные задачи геологии состоят в изучении наружной каменной оболочки планеты - земной коры и взаимодействующих с ней внешних и внутренних оболочек Земли (внешние - атмосфера, гидросфера, биосфера; внутренние - мантия и ядро).

Объектами непосредственного изучения геологии являются минералы, горные породы, ископаемые органические остатки, геологические процессы.

2.2. Цикл геологических наук.

Геология тесно связана с другими науками о Земле, например с астрономией, геодезией, географией, биологией. Геология опирается на такие фундаментальные науки как математика, физика, химия. Геология является синтетической наукой, хотя в то же время распадается на множество взаимосвязанных отраслей, научных дисциплин, изучающих Землю в разных аспектах и получающих сведения об отдельных геологических явлениях и процессах. Так, изучением состава литосферы занимаются: петрология, исследующая магматические и метаморфические породы, литология, изучающая осадочные горные породы, минералогия - наука, изучающая минералы как природные химические соединения и геохимия - наука о распределении и миграции химических элементов в недрах земли.

Геологические процессы, формирующие рельеф земной поверхности, изучает динамическая геология, частью которой являются геотектоника, сейсмология и вулканология.

Раздел геологии, занимающийся изучением истории развития земной коры и Земли в целом, включает стратиграфию, палеонтологию, региональную геологию и носит название ╚Историческая геология.

Есть в геологии науки, имеющие большое практическое значение. Такие, как о месторождениях полезных ископаемых, гидрогеология, инженерная геология, геокриология.

В последние десятилетия появились и приобретают все большее значение науки связанные с исследованием космоса (космическая геология), дна морей и океанов (морская геология).

Наряду с этим есть геологические науки, находящиеся на стыке с другими естественными науками: геофизика, биогеохимия, кристаллохимия, палеоботаника. К таковым относятся также геохимия и палеогеография. Наиболее близкая и разносторонняя связь геологии с географией. Для географических наук, таких как ландшафтоведение, климатология, гидрология, океанография, более всего важны геологические науки, изучающие процессы, влияющие на формирование рельефа земной поверхности и историю образования земной коры всей Земли.

2.3. Методы изучения земных недр.

В геологии применяют прямые, косвенные, экспериментальные и математические методы.

Прямые - это методы непосредственных наземных и дистанционных (из тропосферы, космоса) изучений состава и строения земной коры. Основной - геологическая съемка и картирование. Изучение состава и строения земной коры производится путем изучения естественных обнажений (обрывы рек, оврагов, склоны гор), искусственных горных выработок (каналы, шуффы, карьеры, шахты) и буровых скважин (мах - 3,5 - 4 км. в Индии и ЮАР, Кольская скважина - более 12 км., проект 15 км.) В горных районах можно наблюдать естественные разрезы в долинах рек, вскрывающих толщи горных пород, собранных в сложные складки и поднятых при горообразовании с глубин 16 - 20 км. Таким образом, метод непосредственного наблюдения и исследования слоев горных пород применим лишь к небольшой, самой верхней части земной коры. Лишь в вулканических областях по извергнутой из вулканов лаве и по твердым выбросам можно судить о составе вещества на глубинах 50 - 100 км. и больше, где обычно располагаются вулканические очаги.

Косвенные - геофизические методы, которые основаны на изучении естественных и искусственных физических полей Земли, позволяющие исследовать значительные глубины недр.

Различают сейсмические, гравиметрические, электрические, магнитометрические и др. геофизические методы. Из них наиболее важен сейсмический (сейсмос - трясение) метод, основанный на изучении скорости распространения в Земле упругих колебаний, возникающих при землетрясениях или искусственных взрывах. Эти колебания называются сейсмическими волнами, которые расходятся от очага землетрясений. Бывают 2 типа: продольные Vp, возникающие как реакция среды на изменения объема, распространяются в твердых и жидких телах и характеризуются наибольшей скоростью, и поперечные волны Vs, представляющие реакцию среды на изменение формы и распространяются только в твердых телах. Скорость движения сейсмических волн в разных горных породах различна и зависит от их упругих свойств и их плотности. Чем больше упругость среды, тем быстрее распространяются волны. Изучение характера распространения сейсмических волн позволяет судить о наличии различных оболочек шара с разной упругостью и плотностью.

Экспериментальные исследования направлены на моделирование различных геологических процессов и искусственное получение различных минералов и горных пород.

Математические методы в геологии направлены на повышение оперативности, достоверности и ценности геологической информации.

2.4. Строение Земли.

Выделяют 3 оболочки Земли: ядро, мантию и земную кору.

Ядро - наиболее плотная оболочка Земли. Полагают, что внешнее ядро находится в состоянии, приближающемся к жидкому. Температура вещества достигает 2500 - 3000 ⁰С, а давление ~ 300Гпа. Внутреннее ядро, предположительно находится в твердом состоянии. Состав внешнего и внутреннего ~ одинаков - Fe - Ni, близкий к составу метеоритов.

Мантия - самая крупная оболочка Земли. Масса - 2/3 массы планеты. Верхняя мантия характеризуется вертикальной и горизонтальной неоднородностью. Под континентами и океанами ее строение существенно отличается. В океанах на глубине ~ 50 км., а материках - 80 - 120 км. начинается слой пониженных сейсмических скоростей, который носит название сейсмического волновода или астеносферы ( т.е. геосфера ╚без прочности╩) и отличается повышенной пластичностью. (Волновод распространяется под океанами до 300 - 400 км., под материками — 100- 150 км. ) К ней приурочено большинство очагов землетрясений. Полагают, что в ней возникают магматические очаги, а также зона подкорковых конвекционных течений и зарождение важнейших эндогенных процессов.

В. В. Белоусов объединяет земную кору, верхнюю мантию, включая астеносферу в тектоносферу.

Промежуточный слой и нижняя мантия отличаются более однородной средой, чем верхняя мантия.

Верхняя мантия сложена преимущественно ферро-магнезиальными силикатами (оливин, пироксены, гранаты), что соответствует перидотитовому составу пород. В переходном слое С основной минерал - оливин.

Химический состав: оксиды Si, Al? Fe (2+, 3+), Ti, Ca, Mg, Na, K, Mn. Преобладают Si и Mg.

2.5. Земная кора.

Земная кора - это верхняя оболочка Земли, сложенная магматическими, метаморфическими и осадочными породами, мощностью от 7 до 70 - 80 км. Это наиболее активный слой Земли. Для нее характерен магматизм и проявления тектонических процессов.

Нижняя граница земной коры симметрична поверхности Земли. Под материками она глубоко опускается в мантию, и под океанами приближается к поверхности. Земная кора с верхней мантией до верхней границы астеносферы ( т.е. без астеносферы) образует литосферу.

В вертикальном строении земной коры выделяют три слоя, сложенных различными по составу, свойствам и происхождению породам.

1 слой - верхний или осадочный (стратосфера) сложен осадочными и вулканогенно-осадочными породами, глинами, глиняными сланцами, песчаными, вулканогенными и карбонатными породами. Слой покрывает почти всю поверхность Земли. Мощность в глубоких впадинах достигает 20 - 25 км., в среднем - 3 км.

Для пород осадочного чехла характерна слабая дислоцированность, сравнительно низкие плотности и небольшие изменения, соответствующие диагенетическим.

2 слой - средний или гранитный ( гранито - гнейсовый), породы имеют сходство со свойствами гранитов. Сложена: гнейсами, гранодиоритами, диоритами, окализами, а так же габбро, мраморами, силинитами и др.

Породы этого слоя разнообразны по сотаву и степени их дислоцированности. Они могут быть неизменными и метаморфированными. Нижняя граница гранитного слоя называется сейсмический раздел Конрада. Мощность слоя - от 6 до 40 км. На отдельных участках Земли этот слой отсутствует.

3 слой - нижний, базальтовый состоит из более тяжелых пород, которые по свойствам близки к магматическим породам, базальтам.

В отдельных местах между базальтовым слоем и мантией залегает так называемый эклогитовый слой с более высокой плотностью, чем базальтовый.

Средняя мощность слоя в континентальной части ~ 20 км. Под горными хребтами достигает 30 - 40 км., а под впадинами снижается до 12 - 13 и 5-7 км.

Средняя мощность земной коры в континентальной части (Н. А. Белявский) -40,5 км., мин. - 7 - 12 км. в океанах, макс. - 70 - 80 км. (высокогорье на континентах).

Тема 3. Происхождение и классификация горных пород.

Любой натуральный камень – это «горная порода, природное образование, состоящее из отдельных минералов и их ассоциаций». Изучением состава, происхождения и физических свойств горных пород занимается петрография. Согласно ей все породы по происхождению длятся на три основные группы:

3.1. Изверженные («первичные» породы)

- образовались непосредственно из магмы – расплавленной массы преимущественно силикатного состава, в результате ее охлаждения и застывания. В зависимости от условий застывания различаются глубинные и излившиеся.
Глубинные
возникли в результате постепенного остывания магмы при высоком давлении внутри земной коры. В этих условиях составляющие магмы кристаллизовались, благодаря чему образовались массивные плотные породы с полнокристаллической структурой: гранит, сиенит, лабрадорит и габбро.
Излившиеся
образовались в результате вулканического извержения магмы, которая быстро остывала на поверхности при низкой температуре и давлении. Недостаточно было времени для образования кристаллов, поэтому породы этой группы имеют скрыто или мелко кристаллическую структуру с обилием аморфного стекла с большой пористостью: порфиры, базальты, травертин, вулканические туфы, пеплы и пемзы.

Гранит (от латинского granum, зерно) - самая распространенная горная порода. Гранит имеет ярко выраженную зернисто-кристаллическую структуру и состоит в основном из полевых шпатов, кварца, слюды и других минералов.

По величине зерен различается 3 структуры гранита: мелкозернистые, среднезернистые, крупнозернистые.Цвет гранита может быть самым разным. Чаще всего можно встретить серый гранит, от светлого до темного с разными оттенками, есть также розовый, оранжевый, красный, голубовато-серый и иногда голубовато-зеленый гранит. Исключительно редок гранит с голубым кварцем. В декоративном отношении наиболее ценными являются мелкозернистые светло-серые с голубым оттенком, насыщенно темно-красные и зеленовато-голубые разновидности гранитов.

3. 2. Осадочные (или «вторичные» породы)

- называются вторичными, так как образовались в результате разрушения изверженных пород или из продуктов жизнедеятельности растений и животных организмов.
Они могут быть в виде химических осадков, которые образуются в процессе высыхания озер и заливов, когда в осадок выпадают различные соединения. Со временем они превращаются в известняковые туфы, доломит. Общая особенность этих пород – пористость, трещиноватость, растворяемость в воде.
Бывают также обломочные осадочные породы. К ним относятся сцементированные песчаники, брекчии, конгломераты и рыхлые: пески, глины, гравий и щебень. Сцементированные отложения образовались из рыхлых в результате природного скрепления, цементирования. Например, песчаник – из кварцевого песка с известковым цементом, брекчия – из сцементированного щебня, а конгломерат – из гальки.
Еще известны породы органического происхождения, это известняки и мел. Они образуются в результате жизнедеятельности животных организмов и растений.

Песчаник

Для геологов и петрографов - обломочная порода, состоящая из сцементировавшегося песка. Бывают серого, зеленого, красного, желтого, коричневого и бурого цвета. Наиболее прочными считаются кремнистые песчаники.
В основном песчаники не способны приобретать полированную фактуру, поэтому для них обычно используют фактуру скалывания или пиленую, а иногда – шлифованную. Песчаники хорошо поддаются теске и алмазной обработке.
Декоративными считаются мелкозернистые красные, шоколадно-коричневые и зеленые разновидности песчаника, которые с успехом используются для наружной облицовки. В московских и петербургских памятниках архитектуры, построенных в XIX и начале XX века, хорошо сохранились облицовки из польского песчаника серо-зеленого, желтого и розового оттенков. Успенская площадь Кремля облицована люберецким песчаником.
Песчаник - довольно пористый материал, поэтому использовать его для отделки элементов, соприкасающихся с водой, нежелательно. Не рекомендуется также использовать его на цокольных конструкциях.

3. 3. Метаморфические (видоизмененные породы)

- образовались путем превращения изверженных и осадочных горных пород в новый вид камня под воздействием высокой температуры, давления и химических процессов.

Среди метаморфических пород различают массивные (зернистые), к ним относятся мрамор и кварцит, а также сланцеватые – гнейсы и сланцы.

Мрамор

Название "мрамор" произошло от греческого marmaros, блестящий. Это зернисто-кристаллическая порода, которая образовалась в недрах Земли в результате перекристаллизации известняка и доломита под воздействием высоких температур и давления. В строительстве мрамором часто называют не только этот камень, но и другие плотные переходные карбонатные породы. Это, прежде всего, мраморовидные или мраморизованые известняки и доломиты.

Кварцит

Это мелкозернистые породы, которые образовались при перекристаллизации кремнистых песчаников и состоят в основном из кварца. Кварцит бывает серого, розового, желтого, малиново-красного, темно-вишневого и иногда белого цветов.
Кварцит считается высокодекоративным камнем, особенно малиново-красный и темно-вишневый. Фактура «скала» значительно осветляет общий фон этого камня, чем часто пользуются, совмещая такие изделия с контрастными по цвету полированными.
Кварцит имеет очень высокую твердость и относится к труднообрабатываемым материалам, но принимает полировку очень высокого качества.
Часто применяется при строительстве уникальных сооружений. Был использован при строительстве храма «Спас на крови». На протяжении столетий использовался и как ритуальный камень. Из него выполнены саркофаги Наполеона и Александра II, верхняя часть мавзолея Ленина.

Сланец

Плотная и твердая горная порода, которая образовалась из сильно уплотнившейся глины, частично перекристаллизовавшейся под высоким и односторонним давлением (сверху вниз, например). Характеризуется ориентированным расположением породообразующих минералов и способностью раскалываться на тонкие пластины. Цвет сланцев чаще всего темно-серый, черный, серо-коричневый, красно-коричневый.
Сланец - долговечный материал, он поддается обработке (расслаивается на тонкие пластины), некоторые виды принимают и полировку. Однако чаще его используют вообще без обработки, так как поверхность раскола очень декоративна.
Сланец используют и в наружной, и во внутренней облицовке. Этот камень широко применялся в известных архитектурных памятниках (полы Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге частично сделаны из сланца).

3.4. Полудрагоценные камни.

К ним можно относятся, в основном горные породы, получившие название «декоративно-поделочные камни». Это яшма, оникс, опал, малахит, лазурит. Встречаются они гораздо реже обычного камня и ценятся больше. Однако облицовывать ими большие участки дорого, поэтому чаще всего этими камнями отделывают небольшие элементы: детали колонн, подоконников, ванных комнат…

Одним из самых распространенных декоративно-поделочных камней считается оникс («ноготь» в переводе с греческого). Оникс имеtт слоистое или радикально-лучистое строение. Цвет оникса - белый, светло-желтый, желтый, коричневый, темно-бурый, бледно-зеленый. Рисунок полосчатый - чередование полос разных оттенков. Большинство мраморных ониксов просвечиваются, иногда на глубину 30…40 мм. Оникс хорошо обрабатывается режущими и шлифовальными инструментами и принимает полировку высокого качества.

Тема 4. Горные породы как грунты.

горные породы, залегающие преимущ. в зоне коры выветривания Земли (включая почвы), которые могут быть использованы в качестве оснований, материалов или среды для зданий и сооружений. Основные группы грунтов разделяются на скальные и нескальные. Скальные грунты — магматические, осадочные и метаморфические горные породы с жесткой связью между зернами (спаянные и сцементированные), залегающие в виде сплошного массива или трещиноватого слоя, образующего подобие сухой кладки. Скальные грунты различаются по пределу прочности при сжатии в насыщенном водой состоянии, растворимости и размягчаемости в воде. Скальные грунты, имеющие отношение пределов прочности при сжатии в насыщенном водой и в воздушно-сухом состоянии меньше 0,75, наз. размягчаемыми. Нескальные грунты разделяются на крупнообломочные — несцементированные грунты, содержащие более 50% по весу обломков изверженных, метаморфических или осадочных пород, размерами крупнее 2 мм; песчаные — сыпучие в сухом состоянии грунты, не обладающие свойством пластичности (число пластичности Wn <1) и содержащие менее 50% по весу частиц крупнее 2 мм; глинистые — связные. Крупнообломочные и песчаные грунты в зависимости от гранулометрический состава разделяются на виды

Глинистые грунты в начальной стадии формирования, образовавшиеся в виде структурного осадка в воде при наличии микробиологич. процессов и обладающие в природном сложении влажностью, превышающей влажность на границе текучести, и коэффициентом пористости е>1 для супесей и суглинков и е>1,5 для глин, наз. илами. Различают просадочные и набухающие глинистые грунты.

Глинистые непросадочные грунты делятся по консистенции. В зависимости от величины этого показателя им присваиваются дополнит, наименования.

Песчаным и глинистым грунтам присваиваются также дополнит, наименования в зависимости от содержания в них растительных остатков—торфа, перегноя и т. п.

Содержание растительных остатков измеряется отношением веса сухих растительных остатков, выделенных из образца грунта и высушенных при t° i00—105°, к весу сухой минеральной части того же образца грунта.

Грунты всех видов наз. мерзлыми, если они содержат в своем составе лед при отрицательной или нулевой темп-ре, и многолетнемерзлыми, если они в продолжение многих лет не подвергались сезонному оттаиванию. Наименования видов многолетнемерзлых грунтов определяются (после оттаивания их) по номенклатуре, принятой для талых грунтов; при этом для глинистых Г., содержащих частиц размером от 0,05 до 0,005 мм больше, чем частиц др. размеров, вместе взятых, к обычному наименованию добавляется наименование «пылеватые».

Обломки, зерна и частицы горных пород, слагающие нескальные грунты, в зависимости от их крупности имеют наименования

Тема 5 Физико-механические свойства грунтов.

По классификации, принятой в Строительных нормах и правилах, грунты разделяются на скальные и нескальные. К скальным грунтам относятся изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткими связями между зернами, залегающие в виде монолитного или трещиноватого массива. К нескальным (рыхлым) относятся грунты: крупнообломочные несцементированные (валунные, галечниковые, гравийные, щебенистые, дресвяные), песчаные (пески разной крупности), глинистые (глины, суглинки), супеси.

По физико-механическим свойствам породы делятся на монолитные, пластичные, сыпучие и плывунные (насыщенные водой сыпучие породы — плывуны).

Физико-механические свойства грунтов (пород) характеризуются рядом показателей; наиболее важные из применяемых в горном деле указаны ниже.

Плотностью породы называют отношение массы твердых частиц к их объему.

Объемная масса породы — это масса единицы объема породы при естественной влажности и пористости. Объемная масса влажной породы зависит от количества содержащейся в ней воды и пористости. Объемная масса влажной породы учитывается в горном деле при расчетах горного давления, давления грунтов на свайное крепление котлованов и др.

Пористость — это суммарный объем всех пор, приходящийся на единицу объема породы. Показатели, характеризующие пористость пород, используют при определении водопроницаемости и сжимаемости пород.

Влажностью называют отношение массы воды, содержащейся в породе, к массе абсолютно сухой породы в процентах.

Сжимаемостью называют способность породы к уменьшению объема под воздействием нагрузки.

Коэффициент фильтрации, являющийся основной характеристикой водопроницаемости пород, равен скорости движения воды через массив. Для различных грунтов коэффициент фильтрации K_ф имеет следующие значения, м/сут:

Суглинки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,01-0,1
Супесь. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,10-1
Песок:
пылеватый. . . . . . . . . . . . 0,01-1
мелкозернистый. . . . . . . 1-5
среднезернистый. . . . . . .5-20
крупнозернистый. . . . . . 2.0-50
Гравий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50-150
Галечник. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100-500

Коэффициент фильтрации используют при различных гидрогеологических расчетах (определении притока воды в горные выработки, дебита скважин).

Кроме указанных свойств пород, при решении отдельных строительных вопросов учитывают прочность, твердость, упругость, пластичность, хрупкость, вязкость, разрыхляемость горных пород.

Прочность — это свойство горных пород сопротивляться разрушению под действием внешней нагрузки. Различают прочность при сжатии, растяжении, изгибе, скалывании и ударе.

Твердостью называют способность горной породы сопротивляться проникновению в нее другого более твердого тела (например, острия пики отбойного молотка). Твердость пород определяют по специальной шкале.

Уцругость — свойство горных пород изменять свою форму или объем под действием внешней нагрузки и возвращаться к первоначальной форме или объему после снятия этой нагрузки.

Пластичность — это свойство горных пород деформироваться без разрушения под действием внешней нагрузки и оставаться в деформированном состоянии после ее снятия.

Хрупкость — свойство горных пород разрушаться под действием ударных нагрузок без заметной остаточной деформации.

Вязкостью называют способность горной породы сопротивляться силам, стремящимся разъединить ее частицы. При горных работах вязкость пород оценивают по сопротивлению, оказываемому породой при отделении части ее от массива.

Разрыхляемость — это увеличение объема горной породы при ее выемке из массива. Разрыхляемость характеризуется коэффициентом разрыхления, представляющим собой отношение объема вынутой породы к первоначальному объему породы в массиве.

Коэффициенты разрыхляемости некоторых горных пород имеют следующие значения.

Песок, супесь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1,1-1,2
Растительный грунт, глина, суглинок, гравий 1,2-1,3
Полускальные породы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1,3-1,4
Скальные породы:
средней прочности . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,4-1,6
прочные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,6-1,8
очень прочные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,8-2,0

Крепость горных пород характеризуется их сопротивляемостью различным механическим воздействиям: бурению, отбойке, взрыванию, разработке другими механическими средствами. Крепость пород зависит от многих физико-механических свойств: твердости, вязкости, трещиноватости, хрупкости, упругости. В горном деле принята шкала крепости горных пород, предложенная проф. М. М. Прото дьяконовым. По этой шкале все горные породы в зависимости от коэффициента крепости f_кр разделены на десять категорий, причем наиболее крепкие породы (кварциты, базальты и др.), имеющие коэффициент крепости f_кр=20, отнесены к I категории, а наименее крепкие (плывуны, разжиженные грунты), имеющие f_кр=0,3,— к X категории.

В Строительных нормах и правилах, являющихся сводом основных общеобязательных нормативных документов, применяемых в строительстве в нашей стране, принята шкала классификации горных пород, в которой наиболее крепкие породы (с f_кр=20) отнесены к высшей, XI, группе по сложности разработки, а наименее крепкие — к I группе.

Тема 6. Классификация грунтов.

Грунты разнообразны по своему составу, структуре и характеру залегания. Строительная классификация грунтов и виды грунтов определяются согласно СНиП II-15-74 ч.2.

Грунты подразделяются на два класса: скальные - грунты с жесткими (кристаллизационными или цементационными) структурными связями и нескальные - грунты без жестких структурных связей.

Скальные грунты

Скальные – грунты с жесткими структурными связями залегают в виде сплошного массива или в виде трещиноватого слоя. К ним относятся магматические (граниты, диориты и др.), метаморфические (гнейсы, кварциты, сланцы и др.), осадочные сцементированные (песчаники, конгломераты и др.) и искусственные.

Они водоустойчивы, несжимаемы, имеют значительную прочность на сжатие и не промерзают и при отсутствии трещин и пустот являются наиболее прочными и надежными основаниями. Трещиноватые слои скальных грунтов менее прочны.

Скальные грунты разделяют по пределу прочности, растворимости, размягчаемости и засоленности.

Нескальные грунты

Нескальные грунты – это осадочные породы без жестких структурных связей. По крупности частиц и их содержанию делят на крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинистые, биогенные и почвы. Характерной особенностью этих грунтов является их раздробленность и дисперсность, отличающие их от скальных весьма прочных пород.

Крупнообломочные грунты

Крупнообломочные – несвязные обломки скальных пород с преобладанием обломков размером более 2 мм (свыше 50%). По гранулометрическому составу крупнообломочные грунты подразделяют на: валунный d>200 мм (при преобладании неокатанных частиц – глыбовый), галечниковый d>10 мм (при неокатанных гранях – щебенистый) и гравийный d>2 мм (при неокатанных гранях – дресвяный). К ним можно отнести гравий, щебень, гальку, дресву.

Эти грунты являются хорошим основанием, если под ними расположен плотный слой. Они сжимаются незначительно и являются надежными основаниями.

При наличии более 40% песчаного заполнителя или более 30% пылевато-глинистого от общей массы учитывается только мелкая составляющая грунта, так как именно она будет определять несущую способность.

Крупнообломочный грунт может быть пучинистым, если мелкая составляющая — пылеватый песок или глина.

Песчаные грунты

Песчаные – состоят из частиц зерен кварца и других минералов крупностью от 0,1 до 2 мм, содержащие глины не более 3% и не обладают свойством пластичности. Пески разделяют по зерновому составу и размеру преобладающих фракций на гравелистые лески d>2 мм, крупные d>0,5 мм, средней крупности d>0,25 мм, мелкие d>0,1 мм и пылеватые d=0,05 - 0,005 мм.

Частицы грунта крупностью от d=0,05 - 0,005 мм называют пылеватыми. Если в песке таких частиц от 15 до 50 %, то их относят к категории пылеватых. Когда в грунте пылеватых частиц больше, чем песчаных, грунт называют пылеватым.

Чем крупнее и чище пески, тем большую нагрузку может выдержать слой основания из него. Сжимаемость плотного песка невелика, но скорость уплотнения под нагрузкой значительна, поэтому осадка сооружений на таких основаниях быстро прекращается. Пески не обладают свойством пластичности.

Гравелистые, крупные и средней крупности пески значительно уплотняются под нагрузкой, незначительно промерзают.

Тип крупнообломочных и песчаных грунтов устанавливается по гранулометрическому составу, разновидность – по степени влажности.

Пылевато-глинистые грунты

Пылевато-глинистые грунты содержат пылеватые (размером 0,05 – 0,005 мм) и глинистые (размером менее 0,005 мм) частицы. Среди пылевато-глинистых грунтов выделяют грунты, проявляющие специфические неблагоприятные свойства при замачивании, – просадочные и набухающие. К просадочным относятся грунты, которые под действием внешних факторов и собственного веса при замачивании водой дают значительную осадку, называемую просадкой. Набухающие грунты увеличиваются в объеме при увлажнении и уменьшаются в объеме при высыхании.

Глинистые грунты

Глинистые – связные грунты, состоящие из частиц крупностью менее 0,005 мм, имеющих в основном чешуйчатую форму, с небольшой примесью мелких песчаных частиц. В отличие от песков глины имеют тонкие капилляры и большую удельную поверхность соприкосновения между частицами. Так как поры глинистых грунтов в большинстве случаев заполнены водой, то при промерзании глины происходит ее пучение.

Глинистые грунты делятся в зависимости от числа пластичности на глины (с содержанием глинистых частиц более 30%), суглинки (10...30%) и супеси (З...10%).

Несущая способность глинистых оснований зависит от влажности, которая определяет консистенцию глинистых грунтов. Сухая глина может выдерживать довольно большую нагрузку.

Тип глинистого грунта зависит от числа пластичности, разновидность – от показателя текучести.

Лёссовые и лёссовидные грунты

Лёссовые и лёссовидные – глинистые грунты с содержанием большого количества пылеватых частиц (содержат более 50% пылевидных частиц при незначительном содержании глинистых и известковых частиц) и наличием крупных пор (макропор) в виде вертикальных трубочек, видимых невооруженным глазом. Эти грунты в сухом состоянии имеют значительную пористость - до 40% и обладают достаточной прочностью, но при увлажнении способны давать под нагрузкой большие осадки. Они относятся к просадочным грунтам (под действием внешних факторов и собственного веса дают значительную просадку) и при возведении на них зданий требуют надлежащей защиты оснований от увлажнения. С органическими примесями (растительный грунт, ил, торф, болотный торф) неоднородны по своему составу, рыхлы, обладают значительной сжимаемостью.

В качестве естественных оснований под здания непригодны (при увлажнении полностью теряют прочность и возникают большие, часто неравномерные, деформации - просадки). При использовании лёсса в качестве основания необходимо принимать меры, устраняющие возможность его замачивания.

Плывуны

Плывуны – это грунты, которые при вскрытии приходят в движение подобно вязко-текучему телу, образуются мелкозернистыми пылеватыми песками с илистыми и глинистыми примесями, насыщенными водой. При разжижении становятся сильно подвижными, фактически, превращаются в жидкообразное состояние.

Различают плывуны истинные и псевдоплывуны. Истинные плывуны характеризуются присутствием пылевато-глинистых и коллоидных частиц, большой пористостью (> 40%), низкими водоотдачей и коэффициентом фильтрации, особенностью к тиксотропным превращениям, оплыванием при влажности 6 - 9% и переходом в текучее состояние при 15 - 17%. Псевдоплывуны – пески, не содержащие тонких глинистых частиц, полностью водонасыщенные, легко отдающие воду, водопроницаемые, переходящие в плывунное состояние при определенном гидравлическом градиенте.

Они малопригодны в качестве естественных оснований.

Биогенные грунты

Биогенные грунты характеризуются значительным содержанием органических веществ. К ним относятся заторфованные грунты, торфы и сапропели. К заторфованным грунтам следует отнести песчаные и пылевато-глинистые грунты, содержащие 10 - 50% (по массе) органических веществ. Если их больше 50%, то это торф. Сапропели - это пресноводные илы.

Почвы

Почвы – это природные образования, слагающие поверхностный слой земной коры и обладающие плодородием.

Почвы и биогенные грунты служить основанием для здания или сооружения не могут. Первые - срезают и используют для целей земледелия, вторые - требуют специальных мер по подготовке основания.

Насыпные грунты

Насыпные – образовавшиеся искусственно при засыпке оврагов, прудов, мест свалки и т.п. или грунты природного происхождения с нарушенной структурой в результате перемещения грунта. Свойства таких грунтов очень различны и зависят от многих факторов (вид исходного материала, степень уплотнения, однородность и т. д.). Обладают свойством неравномерной сжимаемости, и в большинстве случаев их нельзя использовать в качестве естественных оснований под здания. Насыпные грунты весьма неоднородны; кроме того, различные органические и неорганические материалы существенно ухудшают его механические свойства. Даже при отсутствии органических примесей, в некоторых случаях, они остаются слабыми на протяжении многих десятилетий.

В качестве основания для зданий и сооружений насыпной грунт рассматривается в каждом отдельном случае в зависимости от характера грунта и возраста насыпи. Например, слежавшиеся более трёх лет, особенно пески, могут служить основанием под фундамент небольших строений, при условии, что в нем отсутствуют растительные останки и бытовой мусор.

В практике встречаются также намывные грунты, образовавшиеся в результате очистки рек и озер. Эти грунты называют рефулированными насыпными грунтами. Они являются хорошим основанием для зданий.

Тема 7 Подземные воды .

7.1. Общие положения

Среди вод суши наибольшие запасы приходятся на подземные воды, общие запасы которых составляют 60 млн км³. Подземные воды могут находиться в жидком, твердом, парообразном состоянии. Они располагаются в почве и в горных породах верхней части земной коры.

Способность горных пород пропускать воду зависит от размеров и количества пор, пустот, трещин.

По отношению к воде все горные породы подразделяют на три группы: водопроницаемые (хорошо пропускают воду), водонепроницаемые (задерживают воду) и растворимые.

Растворимые породы - это калийная и поваренная соли, гипс, известняк. Когда подземные воды растворяют их, на глубине образуются большие пустоты, пещеры, воронки, колодцы (это явление называется карстом).

Водопроницаемые породы можно подразделить на две категории: проницаемые во всей их массе (однородно проницаемые) и относительно проницаемые (полупроницаемые). Примерами хорошо проницаемых горных пород служат галечники, гравий, песок. К полупроницаемым относятся мелкозернистый песок, торф и др.

Кроме этого, водопроницаемые породы могут быть влагоемкими и не влагоемкими.

Невлагоемкие породы - это горные породы, которые свободно пропускают воду, не насыщаясь ею. Это, например, пески, галечник и др.

Влагоемкие - это горные породы, которые удерживают в себе какое-то количество воды (например, один кубический метр торфа удерживает свыше 500 л воды).

К водонепроницаемым горным породам относятся глины, массивные кристаллические и осадочные породы. Однако эти породы могут быть разбиты трещинами и в естественных условиях стать проницаемыми.

Слои водонепроницаемых пород, над которыми залегают водоносные породы, называют водоупорными.

На водоупорных породах просачивающаяся вниз вода задерживается и заполняет промежутки между частицами вышележащей водопроницаемой породы, образуя водоносный горизонт.

Слои водопроницаемых пород, которые содержат воду, называются водоносными.

На равнинах, сложенных осадочными горными породами, обычно чередуются водопроницаемые слои и водоупорные.

Подземные воды залегают слоями (рис. 1). Их можно разделить на три горизонта:

Верхний горизонт — это пресные воды, залегающие на глубине от 25 до 350 м.
Средний горизонт - воды, залегающие на глубине от 50 до 600 м. Они обычно минеральные, или соленые.
Нижний горизонт — вода, нередко погребенная, в высокой степени минерализованная, представлена рассолами. Залегает на глубине от 400 до 3000 м.

Глубокие горизонты вод могут быть ювенильным и (магматического происхождения) или реликтовыми. Вода нижних горизонтов в большинстве случаев образовалась в период формирования заключающих их осадочных пород.

По условиям залегания подземные воды подразделяют на почвенные, верховодку и воды насыщения — грунтовые и межпластовые (рис. 2).

7.2Почвенные воды и верховодка

Почвенные воды заполняют часть промежутков между частицами почвы. Они необходимы для нормальной жизни растений.

Верховодка залегает неглубоко, существует временно, малообильна. В наших климатических условиях она появляется весной после таяния снега, иногда осенью.

Рис. 1. Слои подземных вод

Рис. 2. Виды вод по условиям

7.3Грунтовые воды

Грунтовые воды образуют водоносный горизонт на первом от поверхности водоупорном слое. Поверхность грунтовых вод называется зеркалом грунтовых вод. Расстояние от зеркала грунтовых вод до водоупорного слоя называют мощностью водоупорного слоя.

Грунтовые воды питаются просочившимися атмосферными осадками, водами рек, озер, водохранилищ.

В связи с неглубоким залеганием от поверхности уровень грунтовых вод испытывает значительные колебания по сезонам года: он то повышается после выпадения осадков или таяния снега, то понижается в засушливое время. В суровые зимы грунтовые воды могут промерзать.

Так как глубина залегания грунтовых вод определяется прежде всего климатическими условиями, в разных природных зонах она различна. Так, в тундре уровень грунтовых вод практически совпадает с поверхностью, а в полупустынях находится на глубине 60-100 м, причем не повсеместно, и эти воды не обладают достаточным напором.

Большое влияние на глубину залегания грунтовых вод оказывает степень расчлененности рельефа территории. Чем она сильнее, тем глубже находятся грунтовые воды.

Грунтовые воды значительно подвержены загрязнению.

7.4Межпластовые воды

Межпластовые воды — нижележащие водоносные горизонты, заключенные между двумя водоупорными слоями. В отличие от грунтовых уровень межпластовых вод более постоянен и меньше изменяется во времени. Межпластовые воды более чистые, чем грунтовые.

Особую группу подземных вод составляют напорные межпластовые воды. Они полностью заполняют водоносный горизонт и находятся под давлением. Напором обладают все воды, заключенные в слоях, залегающих в вогнутых тектонических структурах.

Вскрытые скважинами и поднимающиеся вверх, они изливаются на поверхность или фонтанируют. Так устроены артезианские колодцы (рис. 3).

Рис. 3. Артезианский колодец

Химический состав подземных вод неодинаков и зависит от растворяемости прилегающих пород. По химическому составу различают пресные (до 1 г солей на 1 л воды), слабоминерализованные (до 35 г солей на 1 л воды) и минерализованные (до 50 г солей на 1 л воды) подземные воды. При этом верхние горизонты подземных вод обычно пресные или слабоминерализованые, а нижние горизонты могут быть сильноминерализованными. Минеральные воды по своему составу могут быть углекислыми, щелочными, железистыми и т. д. Многие из них имеют лечебное значение.

7.5Температура подземных вод

По температуре подземные воды подразделяются на холодные (до +20 °С) и термальные (от +20 до +1000 °С). Термальные воды обычно отличаются высоким содержанием различных солей, кислот, металлов, радиоактивных и редкоземельных элементов.

Естественные выходы подземных вод (обычно грунтовых) на поверхность земли называется источниками (родниками, ключами). Они образуются обычно в пониженных местах, где земную поверхность пересекают водоносные горизонты.

Источники бывают холодными (с температурой воды не выше 20 °С), теплыми (от 20 до 37 °С) и горячими, или термальными (свыше 37 °С). Периодически фонтанирующие горячие источники называются гейзерами. Они находятся в областях недавнего или современного вулканизма (Исландия, Камчатка, Новая Зеландия, Япония).

7.6Значение и охрана подземных вод

Подземные воды имеют большое значение в природе: являются важнейшим источником питания рек, озер, болот; растворяют различные вещества в породах и переносят их; при их участии формируются карстовые и оползневые формы рельефа; при близком залегании к поверхности могут вызывать процессы заболачивания; снабжают растения влагой и растворенными в них элементами питания и т. д. Они широко используются человеком: являются источниками чистой питьевой воды; применяются для лечения целого ряда заболеваний человека; обеспечивают производственный процесс водными ресурсами; используются для орошения полей; из термальных вод получают большое количество различных химических веществ (йод, гауберову соль, борную кислоту, различные металлы); тепловая энергия подземных вод может служить для обогрева зданий, теплиц, получения электроэнергии и др.

На сегодняшний день во многих регионах состояние подземных вод оценивается как критическое и имеющее опасную тенденцию дальнейшего ухудшения. Несмотря на то что запасы подземных вод велики, возобновляются они крайне медленно, и это необходимо учитывать при их расходовании. Не менее важна и охрана подземных вод от загрязнений.

Подземные воды (причем не только поверхностные, но и глубинные) вслед за другими элементами окружающей среды испытывают загрязняющее влияние хозяйственной деятельности человека: от предприятий гор но-добываю щей промышленности, хранилищ химических отходов и удобрений, свалок, животноводческих комплексов, населенных пунктов и др. Среди загрязняющих подземные воды веществ преобладают: нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель, ртуть), сульфаты, хлориды, соединения азота. Площади очагов загрязнения подземных вод достигают сотен квадратных километров. Происходит ухудшение качества питьевой воды.

Тема 8. Инженерно-геологические процессы.

В инженерной-геологии изучаются все современные геологические процессы, имеющие значение при оценке отдельных регионов в целях и народнохозяйственного освоения и при строительстве и при создании крупных инженерных сооружений (гидротехнических, промышленных объектов, шахт, карьеров, подземных нефтехранилищ и др.), а также древне геологические процессы.

Эти процессы оказывают определённое влияние на геологическое строение территории. Сведения о геологических процессах необходимы для того, чтобы заранее предвидеть возможные их проявления в результате изменений, происходящих в природе под влиянием естественных причин и многообразной деятельности человека. Не всегда при решении вопроса о строительстве геологических условий и в частности характером развития на территории геологических процессов. При этом особого влияния заслуживают геологические процессы катастрофического характера, возникающие неожиданно, быстро развивающиеся и вызывающие значительные нарушения. Например, современные тектонические движения земной коры при разной их интенсивности могут сократить срок длительности устойчивости свежеобнажённых горных пород в откосах карьеров, в выемках ж/д.

Это обстоятельство обязывает при инженерно-геологических изысканиях изучать все геологические процессы, происходящие на исследуемой территории. Идеальным является случай, когда возводимое инженерное сооружение так вписывается в природную обстановку, что не нарушет сложившиеся в ней равновесия. Эти случаи редки. Чаще строительство здания, канала, карьера, тоннеля, и других сооружений или хозяйственное состояние территории (орошение новых земель, строительство каналов, и др.) порождает возникновение геологических процессов, которые раньше отсутствовали на данном участке. Процессы, возникшие в результате деятельности человека, получили название инженерно-геологических процессов. Совокупность геологических и инженерно-геологических процессов и сопровождаемых ими явлений характеризует геодинамическую обстановку.

Динамическая геология изучает геологические процессы, протекающие в природе независимо от человека и делает это для решения главным образом проблем общечеловеческого решения. Инженерная геология изучает геологические процессы в связи с деятельностью человека, изменением природных условий под влиянием этой деятельности с тем, чтобы дать рекомендации, как не допустить возникновение нежелательных для человеак геологических процессов, изменить ход существующих геологических процессов в необходимом направлении.

В начале века производственная деятельность человека стала крупнейшей геологической силой и может приводить к возникновению геологических процессов различного характера. При этом важно, чтобы вновь возникшие инженерно-геологические процессы не препятствовали рациональному использованию геологической среды. Явления эти могут быть разнообразны. Инженерно-геологические процессы, как и геологические могут стать опасными и угрожать сохранности сооружений, если не были учтены при разработке представлений о геодинамической обстановке, или если их прогноз был дан направлению и это нашло отражение в конструкции сооружений и разработке мероприятий, связанных с их воздействием. Инженерно геологические процессы тождественны природным геологическим процессам. Например, процессы переработки берегов водохранилищ аналогичны абразии по берегам морей и озёр.

Посадочные явления в лёссах вследствие утечек воды из водопроводов и канализации и при фильтрации её из каналов можно сравнить с посадкой массивов. При замачивании их в природной обстановке, в результате чего образуется «чаще оседание» поверхности земли. Уплотнение пород в основании сооружений моделируют процесс уплотнения пород в зоне катогенеза под действием веса позднейших отложений и под давлением материковых ледников можно отнести в 1 гр. Такие процессы, как деформации пород в основании сооружений. Хорошо сравнимы сдвижение горных пород или подземных работах и провалы над карстовыми пустотами . Инженерно-геологические процессы обычно приурочены к участку строительства или обхватывают территорию в непосредственной близости от него. Они вызываются значительными изменениями в природной обстановке и сами воздействую на неё и в частности на состояние и свойства пород. Горные породы всегда будут оказывать решающие влияние на развитие и проявление геологических процессов. Деятельность человека также зависит от того, с какой горной породой ему приходится сталкиваться. Т.О. по характеру и интенсивности склонов , процессов выделяется как бы 4 категории пород, которые могут быть охарактеризован в прочном отношению. У пород, относящихся к I категории, т.н. очень прочными и в высшей степени крепкие, склоновые процессы развиваются слабо.

Прочностная категория пород	Петрографические типы пород	Прочность на сжатие м Па	Коэффициент крепости по Протодьяконову	Характер склоновых процессов
I Очень высоко прочные	Эффузивные основного состава (базальтиты) мраморезованные карбонитные породы, кварциты	>140	>20	Встречаются главным образом обвалы
II Высокопрочные и прочные	Граниты, гранодиориты, диориты, гнейсы, роговики, песчаники, алевролиты	70-140	8-20	Основными процессами являются обвалы и осыпи. При определённых условиях возникают хурмы
III Прочные и недостаточно прочные	Кристаллические сланцы, эффузивы кислого состава, слабые песчаники, конгломераты	10-17	2-8	Широкое развитие имеют осыпи, сплавы, срывы, отвалы, оползни.
IV Слабо-прочные	Глинистые сланцы, несцементированные песчано-глинистые отложения	<10	0.3-2	На ряду с другими склоновыми процессами широкое развитие получили оползни - блоки

При уменьшении прочности пород (II категории) интенсивных склоновых процессов возрастает, развитие получений осыпи и кульмы. При уменьшении прочности крепости пород более чем в 2 раза по отношению к I категории (III категории) интенсивное развитие получают почти все склоновые процессы (кроме обвалов). Для пород IV категории наименее прочной характерно развитие, главным образом, оползней – блоков.

Кроме указанных выше роли подземных и поверхностных вод в развитии геологических процессов очень велика. Именно вода в большинстве случаев тот фактор, та причина в результате которой возникают многие экзогенные процессы. Поэтому хорошее знание гидрогеологических условий является первейшим требованием для лиц, работающих в области инженерной геодинамики. По существу при оценке геологических процессов необходимо учитывать все факторы, делящие инженерно-геологические условия территории, так как они будут являться либо обязательными, либо вспомогательными факторами

Геологические процессы практически не отделены от тех явлений, которые возникают под их воздействием (при замачивании лёссов происходит их просадка, которая выражается в явлении уплотнения породы) Можно ли судить о процессе посадочности лёссов, не зная величину их посадки? Можно при этом полного представления об этом процессе мы не получим.

Классификация процессов в инженерно геологии ведётся с учётом гланвых действующих сил под влиянием которых возникают и развиваются геологические и инженерно-геологические процессы, приводящие к геологическим.

I. Эндогенные процессы.

1) Природные – орогенные, эпелгрогенические движения земной коры; сейсмические явления; вулканизм

2) Вызванные деятельностью человека – сейсмические, вызванные взрывом; опускание поверхности при добыче полезных ископаемых и откачке воды.

II. Экзогенные природные и вызванные деятельностью человека

1)Климатического характера

а) Выветривание – подвержены все породы

б) Криогенные и посткриогенные - преобладают морозобойные растрескивания.

2) Ветрового характера. Эоловые – перевевания коренных пород выпадающие эоловые осадки.

3) Водного характера

а) Растворение солоидные, карбонатные, сульфидные, суффозноидные процессы.

б) Размывание абразия, речных долин и линейная эрозия

в) Заболачивание – образование болот, торфяников

4) Обусловленные характером рельефа

Склоновые – обвалы, осыпи, курумы, сплавы.

Из инженерно геологических процессов эндогенного характера применять к горно-складчатым областям следует отнести сдвижение горных пород. При углах падения пластов более 20-30 ^о. Сдвижение пород сопровождается их сдвигом по плоскостям напластовывания.

В силу этого сдвижения горных пород в горных областях может быть интенсивнее, чем в платформах.

Интенсивные движения земной коры могут происходить под влиянием деятельности человека. При добыче полезных ископаемых подземным способом земная поверхность в зоне подработки подвергается значительной деформации, так как горные породы в земной коре до проведения выработок находятся в естественном напряжённом состоянии, вызванном гравитационными силами.

Силы, действующие на элементарный кубик горной породы, залегающий на глубине Н (м) соответственно равны. , , где

- средняя плотность налегающих пород.

- коэффициент бокового распора характеризующий величину передачи тока вертикального давления: для твёрдых пород.

где m – коэффициент Паусона.

Т.О. в связи с увеличением размеров подземных выработок происходит перераспределение от веса вышележащей толщи пород, которая находится горным давлением с ним связанны многие инженерно-геологические явления, возникающие в подземных горных выработках – горные удары, выбросы пород, получение. Наибольшую опасность представляют горные удары, происходящие на большой глубине (более 200 м) и преимущественно в породах твёрдой прочности. В выработках угольных шахт наблюдается отбросы угля и газа. В низшей глубине выбросы могут происходить в сильно - дисцированных породах.

Пучение (поддувание) заключается в выдавливании пород в горные выработки из стенок. Это явление связано в основном, с горным давлением и лишь в некоторой степени с увеличением объёма пород при их набухании или при изменении свойств в результате выветривания.

В последнее время выдвинута гипотеза о возникновении землетрясений в связи с созданием крупных водохранилищ. При этом в отдельных районах частота и интенсивность землетрясений водохранилищ (пример, в Алжире, США). Это привело к тому, что в 1970 г. ЮНЕСКО создало рабочую группу экспертов для изучения всей информации об искусственно вызванных сейсмических явлениях. Многие эксперты были твёрдо вверены в этом, и явление и его обосновали.

Тема 9. Стадии проектирования.

Стадийность проектирования, зависящая от категории сложности объекта, определяет и стадийность инженерно-геологических изысканий, что отражается на количестве планируемых объёмов работ и степени изученности состояния и свойств геологического разреза.

Стадиями проектирования для нового строительства, так же как и инженерно-геологических изысканий, являются:

1. Предпроектная документация (ТЭО – технико-экономическое обоснование инвестиций для объектов промышленного назначения),

2. Проектная документация,

3. Рабочая документация.

Сразу надо оговориться, что сегодня схема стадийности проектирования, в том числе и инженерно-геологических работ отличается от ниже приведённой более упрощённым видом: стадия предпроектной разработки документов в процесс проектирования не включена (постановление Правительства № 87 от 16 февраля 2008 г. «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию»).

Проектная документация для строительства:

1.Инженерные изыскания предпроектной стадии (подготовка обоснований инвестиций –ТЭО – в строительство предприятий, зданий и сооружений) должны обеспечивать в результате выполненного комплекса полевых и камеральных работ получение необходимых и достаточных материалов (данных) о природных и техногенных условиях намеченных вариантов мест размещения объекта строительства для обоснования выбора площадки (трассы),принятия принципиальных объемно-планировочных и конструктивных решений по наиболее крупным и сложным зданиям и сооружениям и их инженерной защите, составления схем размещения объектов строительства (ситуационного и генерального планов), оценки воздействия объекта строительства на окружающую среду.

2.Инженерные изыскания для строительства с целью разработки проекта (стадия «проектная документация») предприятий, зданий и сооружений должны обеспечивать получение на территории выбранной площадки (трассы) объекта строительства необходимых материалов для обоснования компоновки зданий и сооружений, принятия конструктивных и объемно-планировочных решений по ним, составления ситуационного и генерального планов проектируемого объекта, разработки мероприятий и проектирования сооружений инженерной защиты, мероприятий по охране природной среды.

3.Инженерные изыскания для строительства с целью разработки рабочей документации (стадия «рабочая документация») на здания и сооружения должны обеспечивать детализацию и уточнение природных условий в пределах сферы взаимодействия зданий и сооружений с окружающей средой; должны обеспечивать получение материалов, необходимых для расчетов оснований, фундаментов и конструкций зданий и сооружений, их инженерной защиты, для разработки окончательных решений по осуществлению необходимых мероприятий, а также для уточнения проектных решений по отдельным вопросам, возникшим при разработке проекта.

Процесс проектирования и инженерно-геологических изысканий для строительства новых объектов осуществляется следующим образом:

1. Трёхстадийное (предпроектная документация (ТЭО)+проект +рабочая документация). Для технически сложных объектов или выбора конкретного участка строительства.

2. Двухстадийное (проектная документация+рабочая документация). Для объектов средней сложности, когда выбор участка строительства определён.

3. Одностадийное (рабочая документация или рабочий проект). Для технически несложных объектов с использованием проектов массового и повторного применения.

Литература

1.Добров Э.М. Инженерная геология: учеб. пособие (Гриф УМО) / Э. М. Добров. - М. : Академия, 2008

2. Гельперин А.М. Геология. Часть IV: Инженерная геология: учебник / А.М. Гельперин, В.С. Зайцев. – М.: МГГУ, 2009. – 563 с. – Режим доступа: http://www.knigafund.ru

3.Чернышев С.Н. Задачи и упражнения по инженерной геологии: учебное пособие (Гриф Минобразования РФ) / С. Н. Чернышев, А. Н. Чумаченко, И. Л. Ревелис. - М. : Высш. шк., 2001. - 254 с.

4.Ананьев В.П. Инженерная геология: учебник (Гриф Минобразования РФ) / В. П. Ананьев, А. Д. Потапов. - М.: Высш. шк., 2000. - 511 с.

Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 133; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!