Задание 1
Составить характеристики свойств горных пород и их породообразующих минералов.
| Порода | Тип (по происхождению) | Группа (по происхождению) | Минералогический состав | Структура | Текстура | Окраска | Устойчивость | Реакция с HCl | Форма залегания | Применение в промышленности и строительстве | |
| Базальт | Магматический | излившиеся | авгит | скрытокристаллическая, тонкозернистая, реже порфировая | массивная либо пористая, миндалекаменная | темно-серый, зеленый, черный | термоустойчивость, огнеупорность – выдерживает температуру свыше 1500 градусов по Цельсию, часто используется в качестве защиты от пожаров, шумопоглощение и теплоизоляция, устойчивость к воздействию щелочей и кислот, устойчивость к истиранию, экологичность, прочность, долговечность | не реагирует | залегает в виде межпластовых тел, а чаще всего в виде потоков лавы, образовавшихся при извержениях вулканов | используют как сырье для щебня, производства базальтового волокна (для производства теплозвукоизоляционных материалов), каменного литья и кислотоупорного порошка, а также в качестве наполнителя для бетона. | |
| Лёсс | Осадочный | смешанные | преимущественно кварц | Землистая, мелкозернистая | массивная | Светло–желтый или палево–желтый | не устойчив | вскипает | Пластовая форма залегания | Не используется | |
| Мрамор | Метаморфический | контактового и регионального метаморфоза | кальцит, реже доломит | кристаллически–зернистая порода, состоит из тесно контактирующих друг с другом зерен, хорошо различимых невооруженным глазом | массивная – аналогичная текстуре магматических пород с беспорядочным расположением кристаллов в их объеме | Белый, серый, желтоватый, красноватый, розовый, голубоватый, пестрый, черный и др. | подвержен губительному действию пищевых кислот (уксусной, лимонной), а также разрушается при действии на него соляной кислоты. | вскипает | на основе осадочных пород сохраняется пластовая форма залегания, а на основе магматических — форма интрузий или покровов | Применяется для изготовления облицовочной плитки, столешниц, фонтанов, мощения, для создания ландшафтной композиции | |
| Минерал | Класс | Химический состав | Происхождение | Окраска | Цвет черты | Блеск | Твердость (по шкале Мооса) | Спайность | Излом | Реакция с HCl | Устойчивость к выветриванию | Применение в промышленности и строительстве |
| авгит | силикаты (первичные) | Са(Mg, Fe, Al) [(Si,Al)2 O6 | магматический | зеленый, бурый, черный | серая, зеленоватая | стеклянный | 5–6 | совершенная в двух направлениях | неровный | не реагирует | устойчив | используется в составе породы |
| кварц | окислы | SiO2 | осадочный | от черного до бесцветного | –– | стеклянный | 7,0 | несовершенная | ровный | вскипает | устойчив | используется в оптических приборах, в генераторах ультразвука, в телефонной и радиоаппаратуре |
| кальцит | карбонаты | СаСО3 | метаморфический | бесцветный, молочно–белый, светло–серый, светло–желтый и т.д. | белая | стеклянный | 3,0 | весьма совершенна в трех направлениях (по ромбоэдру) | ровный | сильно вскипает | не устойчив | Тонко измельченный кальцит используется как наполнитель в различных системах, как правило для уменьшения расхода дорогостоящего основного компонента. |
Задание 2
Объяснить условия образования эоловых отложений. Составить инженерно–геологическую характеристику грунтов, наиболее часто встречающихся среди этих отложений. Оценить возможность их использования в качестве оснований промышленных и гражданских сооружений с учетом изменения состава и свойств под влиянием техногенных процессов.
Состав переносимых ветром частиц бывает очень разнообразен – преобладают кварцевые, полевошпатовые, глинистые, и известковые частицы, могут быть и элементы органического происхождения: пыльца, споры, грибки, бактерии. Подавляющее количество пыли и песка, переносимых ветром, имеет земное происхождение, являясь продуктом разрушения горных пород. Часть пыли имеет вулканическое происхождение (вулканический пепел, песок), часть — космическое (метеоритная пыль). Переносимая ветром масса пыли и песка рано или поздно выпадает на землю и либо примешивается к образующимся различным образом осадочным породам, либо дает начало особым эоловым отложениям.
Среди эоловых отложений по составу выделяются глинистые, пылеватые и песчаные. 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.
Строение толщ эоловых песков характеризуется:
– неправильностью и разнообразием углов наклона слоёв;
– преобладанием пологих углов до 50 (неветренный склон) и до 30–330 (подветренный склон);
– вогнутость и выпуклость наплостований;
– большой вертикальной мощностью больших серий (до 100 м и более);
– тонкостью и однородностью песчаных зёрен;
– высокой обработанностью песчаных зёрен окатанной формы с типичной мелкоямчатой поверхностью со вторичными пленками;
– в целом очень рыхлым недоуплотнённым сложением.
В минералогическом отношении эоловые пески обычно полиминеральны с преобладанием кварцевых частиц. По химическому составу они могут значительно отличаться друг от друга в зависимости от климатических условий их распространения. Содержание CaO, MgO, Na2 O, K2 O в эоловых песках повышается при более засушливом климате и соответственно с этим уменьшается содержание SiO2 .
Пористость песков при их рыхлом сложении составляет 47%, при плотном – 37%. В условиях естественного залегания они находятся в рыхлом сложении и в соответствии с этим легко и значительно уплотняются под действием динамических нагрузок и вибрации. В связи с хорошей отсортированностью и значительной пористостью (при преобладании крупных пор) высота их капиллярного поднятия не превышает 60 см. Хорошая отсортированность, однородное и достаточно рыхлое сложение эоловых песков обуславливают большую их водопроницаемость: обычно коэффициент фильтрации составляет несколько более 10 м/сут, в отдельных случаях отмечено его повышение до 15 м/сут.
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 по берегам рек, морей 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. Скорость движения дюн вглубь материка определяется силой господствующих в данной местности ветров и колеблется от 0,5-1 до 20-22 м/год. 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 песками. Скорость их перемещения зависит от силы ветра, длительности его действия и величины бархана. Наиболее подвижны отдельностоящие барханы. Они могут перемещаться со скоростью от 5-6 до 50-70 м/год. Сложные сочетания барханов передвигаются с малой скоростью, почти незаметно для человека.
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:
1. 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.
2. Одним из главнейших способов борьбы является посадка растительности (кустарники, травы). Высаженные растения закрепляют своей корневой системой верхние слои песка.
3. Битумизация, цементация, глинизация и т. д. эти методы дорогостоящие и недолговечные.
4. 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 нашей страны 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 (распространение лёссовых пород распространено близь городов Омск, Иркутск, Якутск и Москва. На территории Москвы их больше всего.) Также лёсс образует участки выдувания – это впадины, созданные ветровой эрозией (как правило в песчаной пустыне или в сухой почве).
Пылеватые накопления встречаются за пределами пустынь. Современные пыльные бури образуют рыхлые наносы, которые через некоторое время размываются атмосферными водами. Пылеватые накопления более древнего возраста приняли участие в формировании лёссовых образований. Мощность лёссовых отложений колеблется от 1-2 до 100 м и более. Породы эти как основания зданий и сооружений обладают специфическими строительными свойствами.
Задание 3
1. Зная период Т и амплитуду А колебаний сейсмической волны вычислить сейсмическое ускорение а и коэффициент сейсмичности К S .
2. Подсчитать сейсмическую инерционную силу S (в тоннах), воздействующую на сооружения при землетрясениях. Массу сооружения Р принимают равной 5500 т.
3. Используя величину сейсмического ускорения, определить силу землетрясения в баллах.
4. По данным о силе землетрясения уточнить расчетную балльность строительной площадки в районах, сложенных:
а) рыхлыми осадочными породами с глубиной залегания грунтовых вод до 5 м от поверхности земли;
б) скальными породами (гранитами, гнейсами), прикрытыми маломощным слоем сухого элювия.
Согласно полученным результатам дать заключение о возможности и экономической целесообразности строительства на одном из указанных участков.
| Период сейсмической волны Т , с | Амплитуда колебаний сейсмической волны А , мм | Сейсмическое ускорение α = 4π2 А/Т2 мм/с2 |
Сила землетрясения, балл | Коэффициент сейсмичности KS = α/ g |
Инерционная сила S = KS P , т |
| 0,55 | 7 | 920 | 9 | 0,092 | 506 |
1. α = 4π2 А/Т2 ; α = 4 (3,14)2 7/0,552 ; α = 920 мм/с2
KS = α/g; KS = 920 10–3 /10; KS = 0,092 α/мм
2. S = KS * P; S = 0,092 5500; S = 506 т
3. Так как сейсмическое ускорение равно 920 мм/с2 , то сила землетрясения равна 9 баллам.
4. а) расчетная бальность равна 10 баллам
б) расчетная бальность равна 8 баллам
Участок с рыхлыми осадочными пародами неблагоприятен для строительства, так как при сейсмическом сотрясении, рыхлые породы энергично доуплотнятся и будут разрушать выстроенные на них здания и сооружения.
Задание 4
Описать подземные межмерзлотные воды, особенности их существования и движения. Охарактеризовать водоносный горизонт, заключающий эти воды, особенности его питания и разгрузки, его значения для целей водоснабжения. Описание проиллюстрировать схематическими рисункам.
Межмерзлотные воды – подземные воды, залегающие или перемещающиеся внутри толщи или между слоями многолетнемёрзлых пород. Межмерзлотные воды имеют связь c над- и подмерзлотными и водами таликов. B случае утери связи вследствие промерзания межмерзлотные воды переходят в категорию внутримерзлотных вод. По происхождению, степени минерализации и темп-ры межмерзлотные воды делятся на две группы. Первая включает криогалинные воды, во вторую группу входят пластово-поровые и пластово-трещинные слабоминерализованные воды, образующиеся вследствие неполного многолетнего протаивания мёрзлой толщи и последующего частичного промерзания несквозного талика. Такие системы чередующихся в разрезе межмерзлотных вод и мёрзлых слоев во времени термодинамически неустойчивы: линзы межмерзлотных вод или промерзают сверху, или протаивают подстилающий их мёрзлый слой. Известны устойчивые межмерзлотные воды. Иx питание происходит на междуречьях, разгрузка - в долинах. Межмерзлотные водоносные "тоннели" поддерживаются за счёт движения подземных вод; при прекращении питания и при похолоданиях они промерзают. M. в. обычно мало пригодны для практического использования вследствие ослабленного водообмена, малых запасов и часто застойного режима. Межмерзлотные воды осложняют проходку горных выработок в шахтах и разработку открытым способом в многолетнемёрзлых породах. При откачках дебит межмерзлотных воды часто возрастает из-за протаивания вмещающих мёрзлых пород вследствие увеличения интенсивности водообмена.
Распределение подземных вод в многолетнемерзлых породах: А – надмерзлотные воды, Б – воды несквозного подозерного талика, В – воды сквозного питающего талика, Г – воды сквозного подруслового талика, Д – межмерзлотные воды, Е – внутримерзлотные воды, Ж – подмерзлотные воды контактирующие, З – подмерзлотные воды неконтактирующие; 1 – пески; 2 – гравийно-галечные отложения; 3 – суглинки; 4 – щебень и дресва; 5 – известняки; 6 – песчаники; 7 – сланцы; 8 – граница многолнтнемерзлых пород
Задание 5
Определить коэффициент фильтрации массива водоносных песков по результатам откачки из одиночной совершенной скважины. Водоносный горизонт – грунтовый. Схему проведения опыта показать на рисунке.
| Мощность водоносного горизонта Н , м | Дебит скважины Q , м/сут |
Понижение уровня воды в скважине, S0 , м | Радиус | |
влияние скважины R , м |
скважины r , м |
|||
| 8 | 644 | 2 | 69 | 0,3 |
Кф = Q ln(R/r)/π(2H – S) S
Кф = 644 5,43/3,14 (2 8 – 2) 2
Кф = 40 м/сут
Задание 6
Определить приток воды к совершенной дренажной канаве, отводящей подземные воды грунтового водоносного горизонта (приток воды к канаве происходит с двух сторон). Расчет проиллюстрировать схематическим рисунком.
| Мощность водоносного горизонта Н , м | Величина понижения уровня воды в канаве S , м | Коэффициент фильтрации Кф , м/сут | Длина дренажной канавы В , м |
| 3,2 | 3,0 | 50 | 70 |
Q = Kф В (Н2 – h2 )/R
R = 2SHKф
R = 2 3 3,2 50
R = 76 м
h = H – S
h = 3,2 – 3,0
h = 0,2 м
Q = 50 70 (3,22 – 0,22 )/76
Q = 470 м/сут
Задание 7
Составить описание геологических процессов и явлений.
– причины образования процессов и явлений, стадии их протекания, специфические черты и особенности;
– условия строительства в районах, подверженных данным процессам;
– инженерно–геологическое значение этих процессов, мероприятия, устраняющие их вредное влияние на условия строительства и эксплуатации сооружений.
Гравитационные процессы на склонах
Горные породы, слагающие склоны, очень часто находятся в неустойчивом положении. При определенных условиях и под влиянием гравитации они начинают смещаться вниз по склонам рельефа. В результате этого возникают осыпи, курумы, обвалы и оползни.
Осыпи. На крутых склонах, особенно в горных районах, где развиты скальные породы, активно действует процесс физического выветривания. Породы растрескиваются и обломки скатываются вниз по склонам до места, где склон выполаживается. Этот процесс называется осыпанием. Так, у подножья склонов накапливаются продукты осыпания – глыбы, щебень, более мелкие обломки – и образуются валы — осыпи. Мощность осыпей различна и колеблется от нескольких до десятков метров.
В состав осыпей входят обломки тех горных пород, которые слагают склоны. Ведь породы зачастую определяет крупность обломков осыпи. Так, массивные кристаллические породы дают крупнообломочные (глыбовые) осыпи. Менее прочные породы образуют среднеобломочные (щебеночные) и мелкообломочные (дресвяные) осыпи. Сланцы и осадочные породы (известняки, мергели, песчаники и др.) порождают разнообломочные накопления, состоящие из обломков различной формы (плитчатой, пластинчатой и т. д.) и размеров.
Характерной особенностью осыпей является их подвижность. По «знаку подвижности их подразделяют на действующие, находящиеся в стадии интенсивного движения, затухающие и неподвижные.
Действующие осыпи лишены всякой растительности. Масса обломков нарастает и находится в рыхлом, весьма неустойчивом положении и приходит в движение за счет увеличения общего веса, сильном увлажнения, подрезки нижней части осыпи, дорогами, от землетрясений и даже от более мелких сотрясений, возникающих при работе механизмов или движении транспорта.
Движение осыпей. Наибольшие скорости движения осыпей отмечены в период снеготаяния и дождей. Наблюдения показывают, что осыпи в послойном разрезе передвигаются с различной скоростью Скорость верхних слоев может достигать более 1 м/год, нижних слоёв и в целом всего массива осыпи – несколько десятков сантиметров в год. На скорость движения влияют также количество поступающего материала, угол естественного откоса материала, из которого состоит осыпь, и угол поверхности осыпи.
Угол естественного откоса материала зависит от его крупности. В сухом состоянии крупно- и среднеобломочный материал имеет средний угол откоса φ = 35—37°, а мелко- и разнообломочный — 30–320 . Значение угла откоса осыпи связана с крутизной склонов, количеством поступающего материала и его влажностью.
Зависимость между углами поверхности осыпи α и естественным откосом φ обломочного материала характеризует степень подвижности осыпи
К = α/φ,
где К – коэффициент подвижности осыпи.
По величине К осыпи разделяют на 4 типа:
– подвижные (живые), К = 1,0;
– достаточно подвижные, признаков затухания нет, К = 0,7 до 1,0;
– слабоподвижные, затухающие, имеющие слабое питание, К = 0,5 до 0,7;
– относительно неподвижные, уплотнившиеся, поступление нового материала не наблюдаеться, К < 0,5.
Осыпи первого и второго типов относят к действующим. Они представлены свежей, неуплотнившейся массой обломков. «Живые» осыпи характерны для склонов круче 65°, достаточно подвижные осыпи с крутизной от 45 до 65 °.
Для затухающих осыпей свойственно развитие растительности (кустарники, слабый дерновый слой). Неподвижные осыпи полностью задернованы, покрыты кустарником и даже лесом.
Иногда осыпи превращаются в осовы—особую разновидность оползней. Это происходит при насыщении осыпей водой. При смачивании масса обломков уменьшает угол естественного откоса, увеличивается и вся масса осыпи «осовывается» по смоченной поверхности склона.
Осыпи значительно осложняют строительство. Обломочный материал засыпает сооружения, полезные площади. Для решения вопроса о защите сооружений от осыпей очень важно знать скорость их движения. Обычно ее удается определить длительными наблюдениями. С небольшими щебеночными осыпями борьба ведется довольно простыми способами, которые сводятся к уборке той части обломочного материала, который расположен выше сооружения по склону. Этот Способ достаточно трудоемок и применяется при большой подвижности осыпей и особой значимости сооружений.
Из инженерных сооружений применяют улавливающие и подпорные стенки, устраивают козырьки или сетки над дорогами, но эти мероприятия спасают лишь от отдельных падающих камней.
В особо опасных местах, где развиты мощные медленно соскальзывающие осыпи, устраивают галереи и тоннели для дорог. При борьбе с осовами, кроме всех прочих мероприятий, применяют методы осушения, особенно в тех случаях, когда источник замачивания располагается в верхней части склона. На особо опасных участках организуют службу наблюдения.
Осыпи обломочно-щебенистого состава часто находят широкое применение, как хороший строительный материал.
Курумы. В результате разрушения скальных пород у подошвы склонов скапливаются крупные обломки и глыбы. По своему мест положению обломки более всего тяготеют к пологим склонам, что свойственно ложбинам и днищам долин. Так образуются каменные россыпи или курумы, образуя с ними единую массу глыб от вершины до подошвы склона. Мощность каменных россыпей колеблется от нескольких метров до 15 м на дне долин.
Курумы распространены в тех же районах, что и осыпи, но особенно они значительны в области вечной мерзлоты (Восточная Сибирь, Дальний Восток) и в местностях с суровым климатом (Урал, Алтай, Саяны и т. д.).
Характерной особенностью
29-04-2015, 00:56