Инженерная геология

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ, ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ

Инженерная геология
Вариант 4

Воронеж, 2003

Задание 1

Дать определение и краткую характеристику геологическим сферам. Указать их строение, состав, границы.
Стратосфе́ра — слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). До-стигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0° С), темпе-ратура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоян-ной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.
Именно в стратосфере располагается слой озоносферы («озоновый слой») (на высоте от 15-20 до 55-60 км), который определяет верхний пре-дел жизни в биосфере. Озон (О3) образуется в результате фотохимических реакций наиболее интенсивно на высоте ~30 км. Общая масса О3 составила бы при нормальном давлении слой толщиной 1,7-4,0 мм, но и этого доста-точно для поглощения губительного для жизни ультрафиолетового излу-чения Солнца. Разрушение О3 происходит при его взаимодействии со сво-бодными радикалами, NO, галогенсодержащими соединениями (в т. ч. «фреонами»).
В стратосфере задерживается большая часть коротковолновой части ультрафиолетового излучения (180—200 нм) и происходит трансформа-ция энергии коротких волн. Под влиянием этих лучей изменяются магнит-ные поля, распадаются молекулы, происходит ионизация, новообразова-ние газов и других химических соединений. Эти процессы можно наблю-дать в виде северных сияний, зарниц и других свечений.
В стратосфере и более высоких слоях под воздействием солнечной радиации молекулы газов диссоциируют — на атомы (выше 80 км диссо-циируют СО2 и Н2, выше 150 км — О2, выше 300 км — Н2). На высоте 100—400 км в ионосфере происходит также ионизация газов, на высоте 320 км концентрация заряженных частиц (О+2, О−2, N+2) составляет ~ 1/300 от концентрации нейтральных частиц. В верхних слоях атмосферы присутствуют свободные радикалы — ОН•, НО•2 и др.
В стратосфере почти нет водяного пара.

Задание 2

Составить общую характеристику классов минералов Характеристи-ка должна включать: происхождение, химический состав, физические свой-ства и применение минералов всего класса. Назвать минералы, входящие в данный класс или группу.
Островные силикаты, имеющие структуру, близкую к плотнейшей упаковке, отличаются наибольшей плотностью и высокой твердостью. Напротив, каркасные алюмосиликаты имеют наименьшую плотность и бо-лее низкую твердость. Минимальной твердостью обладают силикаты со слоистой структурой. Твердость закономерно уменьшается от алюмосили-катов с ионным типом связи (слюды) к силикатам с ван-дер-ваальсовой связью (хлориты, тальк, глинистые минералы). Для слоистых силикатов часто характерна весьма совершенная спайность. Это связано с тем, что межатомные связи в пределах слоя кремнекислородных тетраэдров очень прочные, а между слоями – гораздо слабее. Поэтому разрушить эти мине-ралы легче всего вдоль слоя, что и обусловливает характерную для них весьма совершенную спайность.
Характернейшей чертой островных кристаллических структур сили-катов является наличие в них в качестве структурно обособленных единиц тетраэдрических анионов [SiO4]4-. Они располагаются изолированно, то есть ни один из кислородных ионов, окружающих ион Si не является об-щим для других, смежных с ним тетраэдров. Среди катионов островных силикатов преобладают Mg2+, Fe2+, Ca2+ а также Al3+, Fe3+, иногда Ве2+, Ti4+, Zr4+ . Щелочные элементы Na и К встречаются в исключительных случаях. Алюминий, в отличие от других типов силикатов, практически никогда не входит в структуру минералов в координации 4, т.е. не заменяет Si в его тетраэдрических группах. Физические свойства островных силикатов до-вольно характерны и обусловлены особенностями кристаллических реше-ток этих минералов. Форма кристаллов, как правило, изометричная. Ми-нералы обладают высокой твердостью и относительно повышенным удельным весом, вследствие плотной упаковки ионов. Это бесцветные или слабо окрашенные минералы. Интенсивная окраска бывает только у мине-ралов, содержащих ионы-хромофоры. Среди островных силикатов мы рассмотрим минералы, представленные в таблице 4.
оливин (Mg,Fe)2[SiO4] ромб . Гр. гранатов R2+3R3+2[SiO4]3 куб.
пироп Mg3Al2[SiO4]3
альмандин Fe3Al2[SiO4]3
спессартин Mn3Al2[SiO4]3
андрадит Ca3Fe2[SiO4]3
гроссуляр Са3Al2[SiO4]3 с изолированными одиночными тетраэдрами и добавочными анионами: титанит (сфен) CaTi[SiO4]O мон.
кианит (дистен) Al2[SiO4]O трикл. с изолированными сдвоенными тетраэдрами и добавочными анионами:
эпидот Са2(Al,Fe)Al2[SiO4][Si2O7]O(OH) мон.
кольцевые: берилл Be3Al2[Si6O18] гекс.
турмалин Na(Mg,Fe)3(Al,Fe)6[Si6O18][BO3]3(OH,F)4 триг.

Задание 3

Описать по отличительным признакам особенности пород Под отли-чительными признаками следует понимать цвет, минеральный соостав, структуру, текстуру и применение пород. Привести примеры пород, вхо-дящих в описываемый класс (группу, подгруппу).
Метаморфические горные породы образуются в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) осадочных или магматических горных пород. Благодаря движениям земной коры осадочные и магмати-ческие горные породы могут подвергнуться воздействию высокой темпе-ратуры, большого давления и различных газовых и водных растворов, при этом они начинают изменяться. Состав, структуры и текстуры мета-морфических горных пород

Так как исходным материалом метаморфических горных пород яв-ляются осадочные и магматические породы, их формы залегания должны совпадать с формами залегания этих пород. Так на основе осадочных по-род сохраняется пластовая форма залегания, а на основе магматических — форма интрузий или покровов. Этим иногда пользуются, чтобы опреде-лить их происхождение. Так, если метаморфическая порода происходит от осадочной, ей дают приставку пара- (например, парагнейсы), а если она образовалась за счёт магматической породы, то ставится приставка орто- (например, ортогнейсы).
Химический состав метаморфических горных пород разнообразен и зависит в первую очередь от состава исходных. Однако состав может от-личаться от состава исходных пород, так как в процессе метаморфизма происходят изменения под влиянием привносимых водными растворами веществ и метасоматических процессов.
Минеральный состав метаморфических пород также разнообразен, они могут состоять из одного минерала, например кварца (кварцит) или кальцита (мрамор), или из многих сложных силикатов. Главные породо-образующие минералы представлены кварцем, полевыми шпатами, слю-дами, пироксенами и амфиболами. Наряду с ними присутствуют типично метаморфические минералы: гранаты, андалузит, дистен, силлиманит, кордиерит, скаполит и некоторые другие. Характерны, особенно для сла-бометаморфизованных пород тальк, хлориты, актинолит, эпидот, цоизит, карбонаты.
Физико – химические условия образования метаморфических пород, опрежелённые методами геоборотермометрии весьма высокие. Они колеб-лются от 100-300°С до 1000 – 1500°С и от первых десятков баров до 20 – 30 кбаров
Текстуры метаморфических пород
Сланцевая: большое распространение в метаморфических породах получили листоватые, чешуйчатые и пластинчатые минералы, что связано с их приспособлением к кристаллизации в условиях высоких давлений. Это выражается в сланцеватости горных пород, которая характеризуется тем, что породы распадаются на тонкие плитки и пластинки.
Полосчатая — чередование различных по минеральному составу полос, образующихся про наследовании текстур осадочных пород.
пятнистая — наличие в породе пятен, отличающихся по цвету, соста-ву, устойчивости к выветриванию.
Массивная — отсутствие ориентировки породообразующих минера-лов.
Плойчатая — когда под влиянием давления порода собрана в мелкие складки.
Очковая — представленная более или менее округлыми или оваль-ными агрегатами среди сланцеватой массы породы.
Катакластическая — отличающаяся раздроблением и деформацией минералов.
Структуры метаморфических пород возникают в процессе перекри-сталлизации в твёрдом состоянии, или кристаллобластеза. Такие структу-ры называют кристаллобластовыми.
Наиболее распространённые метаморфические породы
Здесь приведены породы образовавшиеся в результате регионально-го метаморфизма (от менее к более метаморфизованным).
Глинистые сланцы — представляют начальную стадию метаморфиз-ма глинистых пород. Состоят преимущественно из гидрослюд, хлорита, иногда каолинита, реликтов других глинистых минералов (монтморилло-нита, смешаннослойных минералов), кварца, полевых шпатов и других неглинистых минералов. В них хорошо выражена сланцеватость. Они лег-ко раскалываются на плитки. Цвет сланцев: зелёный, серый, бурый до чёр-ного. Содержат углистое вещество, новообразования карбонатов и суль-фидов железа.
Филлиты [греч. филлитес — листоватый] — плотная темная с шелко-вистым блеском сланцеватая порода, состоящая из кварца, серицита, ино-гда с примесью хлорита, биотита и альбита. Образуются при метаморфиз-ме глинистых сланцев, но не содержат глинистых минералов. По степени метаморфизма переходная порода от глинистых к слюдяным сланцам.
Хлоритовые сланцы — Хлоритовые сланцы представляют собой сланцеватые или чешуйчатые породы, состоящие преимущественно из хлорита, а также актинолита, талька, слюды, эпидота, кварца и других ми-нералов. Цвет их зелёный, на ощупь жирные, твердость небольшая. Часто содержат магнетит в виде хорошо образованных кристаллов (октаэдров).
Тальковые сланцы –
Кристаллические сланцы — общее название обширной группы мета-морфических пород, характеризующиеся средней (частично сильной) сте-пенью метаморфизма. В отличие от гнейсов в кристаллических сланцах количественные взаимоотношения между кварцем, полевыми шпатами и тёмноцветными минералами могут быть разными.
Амфиболиты — метаморфическая горная порода, состоящая из ам-фибола, плагиоклаза и минералов примесей. Роговая обманка, содержа-щаяся в амфиболитах, отличается от амфиболов сложным составом и вы-соким содержанием глинозёма. В противоположность большинству мета-морфических пород высоких ступеней регионального метаморфизма ам-фиболиты не всегда обладают хорошо выраженной сланцеватой тексту-рой. Структура амфиболитов гранобластовая (при склонности роговой обманки к образованию удлинённых по сланцеватости кристаллов) нема-тобластовая и даже фибробластовая. Амфиболиты могут образовываться как за счёт основных изверженных пород — габбро, диабазов, базальтов, туфов и др., так и за счёт осадочных пород мергелистого состава. Пере-ходные разности к габбро называются габбро-амфиболитами и характери-зуются реликтовыми (остаточными) габбровыми структурами. Амфиболи-ты возникающие за счёт ультраосновных горных пород, отличаются обычно отсутствием плагиоклаза и состоят практически целиком из рого-вой обманки, богатой магнием (антофиллит, жедрит). Различают следую-щие виды амфиболитов: биотитовые, гранатовые, кварцевые, кианитовые, скаполитовые, цоизитовые, эпидотовые и др. амфиболиты.
Кварциты — Зернистая горная порода, состоящая из зерен кварца, сцементированных более мелким кварцевым материалом. Образуется при метаморфизме кварцевых песчаников, порфиров. Встречаются в корах вы-ветривания, образуясь при метасоматозе (гипергенные кварциты)с окисле-нием медноколчеданных месторождений. Они служат поисковым призна-ком на медноколчеданные руды. Микрокварциты образуются из подвод-ных гидротерм, выносящих в морскую воду кремнезём, при отсутствии других компонентов (железо, магний и др.).
Гнейсы — Метаморфическая горная порода, характеризующаяся более или менее отчётливо выраженной параллельно-сланцеватой, часто тонкополосчатой текстурой, с преобладающими гранобластовыми и пор-фиробластовыми структурами и состоящая из кварца, калиевого полевого шпата, плагиоклазов и цветных минералов. Выделяют: биотитовые, муско-витовые, двуслюдяные, амфиболовые, пироксеновые и др. гнейсы.
Метаморфические породы образовавшиеся при динамометаморфиз-ме
Породы возникающие под действием динамометаморфизма и текто-нических нарушений в зоне дробления. Дроблению и деформации подвер-гаются не только сама порода, но и минералы.
Катаклазиты — продукт дислокационного метаморфизма, не сопро-вождающегося явлениями перекристаллизации и минералообразования. Внутреннее строение характеризуется присутствием силино деформиро-ванных, изогнутых, раздробленных зёрен минералов и часто наличием мелкогранулированной полиминеральной связующей массы (цемента).
Милониты — Тонкоперетёртая горная порода с отчётливо выражен-ной сланцеватой текстурой. Образуются в зонах дробления, особенно по плоскостям надвигов и сбросов. Разорванные блоки горных пород пере-мещаясь, дробят, перетирают и одновременно сдавливают породы, вслед-ствии чего она становится компактной и однородной. для милинитов ха-рактерны полосчатые текстуры, расслоеность и флюидальность. От ката-клазитов отличается болишей степенью раздробленности и развитием па-раллельной текстуры.

Задание 4

Охарактеризовать структурную форму горных пород. Дать опреде-ление, привести схематический рисунок, элементы строения и оценить ее влияние на условия строительства.
Моноклиналь [от моно… и греч. klínō — наклоняю(сь)], форма зале-гания слоев горных пород, характеризующаяся их пологим наклоном в одну сторону. Представляет собой обычно крыло какого-либо обширного и пологого поднятия или прогиба слоев. М. особенно характерны для платформ, где они приурочены к крыльям антеклиз и синеклиз. Примером М. является структура, образуемая палеозойскими толщами от южного склона Балтийского кристаллического щита к центру Московской синекли-зы; наклон слоев исчисляется в 2—2,5 м на 1 км длины.
Структура, в которой слои наклонены в одну сторону.
Ступенчатый перегиб, изменяющий горизонтальное или близкое к нему залегание.
Существенной особенностью моноклинали является связь между двумя блоками слоистых пород, перемещенных друг относительно друга по вертикали. Обычно устанавливается, что крутопадающая часть претер-пела изгиб
МОНОКЛИНАЛЬ (греч. monos — один и klino — наклоняюсь) — наклон земных слоев в одну сторону, что обычно для осадочных горных пород, прикрывающих склоны платформенных щитов. Например, Алдан-ский щит имеет наклон в сторону Центрально-Якутской низменности (Ви-люйской синеклизы), Балтийский — к юго-востоку (к Московской синекли-зе). В рельефе моноклинали отчетливо выражены в виде куэст.

Лено-Алданская моноклиналь

С инженерно-геологической точки зрения наиболее благоприятными местами строительства являются горизонтальное залегание горных пород, где присутствует большая их мощность, однородность состава. Фундамен-ты зданий и сооружений располагаются в однородной грунтовой среде, при этом создается равномерная сжимаемость слоев под весом сооружения и создается наибольшая их устойчивость
Наличие дислокации резко изменяет и усложняет инженерно-геологические условия строительства – нарушается однородность грунтов основания фундамента сооружений, образуются зоны дробления (разры-вы), снижается прочность пород, по трещинам разрывов происходят сме-щения, нарушается режим подземных вод. Это вызывает неравномерную сжимаемость грунтов и деформацию самого сооружения вследствие не-равномерной осадки различных его частей (рис. 4).

Задание 6

Рассмотреть и охарактеризовать геодинамические процессы и явле-ния. Дать определение, указать причины образования, мероприятия по устранению процессов и явлений
Обвалы и осыпи.
Обва́л — отрыв и падение масс горных пород вниз со склонов гор под действием силы тяжести.
Обвалы возникают на склонах речных берегов и долин, в горах, на берегах морей.
Причиной образования обвалов является нарушение равновесия между сдвигающей силой тяжести и удерживающими силами. Оно вызыва-ется:
увеличением крутизны склона в результате подмыва водой;
ослаблением прочности пород при выветривании или переувлажне-нии осадками и подземными водами;
воздействием сейсмических толчков; Строительной и хозяйственной деятельностью.
Крупнейший обвал объёмом 2,2 млрд м³ произошёл 18 февраля 1911 года на реке Мургаб, в результате которого образовались естествен-ная плотина и Сарезское озеро.
Горные обвалы и осыпи – частые явление во многих странах мира. Их масштабы бывают грандиозными, последствия трагическими. Они спо-собны вызвать крупные завалы или обрушение автомобильных и желез-ных дорог, разрушение населенных пунктов и уничтожение лесов, способ-ствовать образованию катастрофических затоплений и гибели людей. Та-кие катастрофы нередко происходят при землетрясениях 7 баллов и более, когда возможно обрушение крутых горных склонов, образующих с гори-зонтом углы 45-50*
С обвалами можно бороться, но не со всякими и не везде. Железная дорога Туапсе – Сухуми идет по самой береговой кромке Черного моря. С одной стороны ей угрожают штормовые волны, и приходится укреплять насыпь железобетонными «ежами», кубами, блоками, предохраняющими её от размыва. С другой стороны над железнодорожной колеёй нависают обрывы. Спасться от обвалов помогают высокие каменные стенки, которые останавливают глыбы камней, падающие со склона. Так же в горах защи-щают и автомобильные дороги. Но это предохраняет только от небольших обвалов
Если где-то нависают скалы, то предотвратить их обвал можно толь-ко одним способом: постепенно, по частям обрушить их, закладывая ди-намитные заряды малой мощности. Гораздо реже предпочитают укреп-лять скалы, грозящие обвалиться, опоясывающими стальными обручами, заливая трещины цементом и т. д. Если обвалы угрожают поселкам, людей эвакуируют, а поселок переносят в безопасное место.
Обвалы, осыпи. Это отрыв и катастрофическое падение больших масс горных пород, их дробления и скатывания, из круч, обрывов и скло-нов. Обвалы естественного происхождения наблюдаются в горах, на бере-гах морей, обрывах речных долин. Это результат послабления связанно-сти горных пород под действием процессов выветривания, подмыва, рас-творения и действия сил притяжения, их возникновению способствует гео-логическое строение местности, наличие на склонах трещин и зон дробле-ния горных пород.
Чаще (до 80%) всего современные обвалы связаны с антропогенным фактором. Они возникают преимущественно при неправильном проведе-нии работ, при строительстве и горных разработках.
Осип — это нагромождение щебню или почве у подножия склонов.
Районы Карпатских и Крымских гор подпадают под действие обва-лов и осыпей, некоторые из них имели катастрофический характер и при-вели к человеческим потерям, как, например, Демерджинский обвал 1896 года.
Абразия. Это процесс разрушения волнами прибоя берегов морей, озер и водохранилищ. Процесс абразии наиболее распространен на Чер-номорском побережье. В береговой зоне Крыма ежегодно исчезает 22 гек-тара побережья, между дельтой Дуная и Крымом — 24 гектара, в северной части Азовского моря — 19 гектаров. Абразии подпадает до 60% берегов Азовского и до 30% — Черного морей. Скорость абразии составляет в среднем 1,3-4,2 метры на год.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter