Инженерная геология в строительстве

     СОДЕРЖАНИЕ

1. Объясните значение инженерной геологии для строительства, в частности, для организации водоснабжения и водоотведения.

     В процессе инженерно-геологических  исследований собирают сведения о физико-географической обстановке, климате, растительности, животном мире, об опыте строительства и эксплуатации сооружений, экономике и т. д. Эти данные о свойствах сред, внешних по отношению к геологической (атмосферы, поверхностной гидросферы, биосферы искусственной среды), являются результатами исследований других наук. Инженерам-геологам они необходимы для оценки набора, характера и интенсивности взаимодействий других сред — систем с изучаемой литосистемой. Кроме того, они нередко используются для оценки свойств геологической среды (например, метод ландшафтных индикаторов при проведении среднемасштабной инженерно-геологической съемки). Взаимодействия геологической среды с другими средами проявляются в форме экзогенных геологических процессов. Для изучения процессов нужно знать, где, как, с какой интенсивностью и какие входы литосистемы взаимодействуют с элементами других систем. Знание набора взаимодействий, интенсивности и вклада каждого взаимодействия, характера и скорости изменения отношений, свойств и структуры геологической среды, обусловленных взаимодействиями с другими средами, дает надежную основу для понимания экзогенных геологических процессов и их количественного прогноза. Данные о свойствах других сред используются также для решения ряда вопросов, возникающих при планировании и проектировании сооружений (например, обоснование возможности и целесообразности строительства сооружений на данной территории с учетом экологического, экономического и других критериев эффективности). В процессе геологических работ (или исследований) изучают инженерно-геологические условия некоторой территории.

     Для инженерной геологии важнейшее значение имеет гидрогеологическое строение верхней части геологической  среды, включающей первый от поверхности  водоносный горизонт и приповерхностные слои горных пород, обводняемые в результате строительства. В процессе инженерно-геологических исследований помимо гидрогеологического строения изучают и гидродинамические свойства литосферы: направление и скорость движения подземных вод, области питания, транзита и разгрузки, связи водоносных горизонтов. Кроме того, изучают состав, состояние и свойства подземных вод и их взаимодействия с горными породами и сооружениями.

     Инженерно-геологическую  оценку некоторой территории, а точнее, некоторой области литосферы внутри границ этой территории производят на всех этапах инженерно-геологических исследований. Оценку дают при составлении проекта инженерно-геологических исследований, во время проведения полевых работ, в процессе камеральной обработки полученной инженерно-геологической информации и составления, отчетных инженерно-геологических документов. Для оценки инженерно-геологических условий осуществления хозяйственной деятельности используют информацию о структуре и свойствах геологической среды и процессах ее движения, об экзогенных геологических, в том числе инженерно-геологических, процессах.

2. Опишите минералы (табл. 1) и породы (табл. 2), отвечая на вопросы, помещенные в примечаниях к этим таблицам.

3. Назовите основные  физико-механические  свойства горных  пород, знание  которых необходимо  для проектирования  и строительства.  Опишите условия образования и строительные свойства грунтовых отложений (табл. 3).

     Для проектирования и строительства  необходимо знание о следующих свойствах  горных пород:

     Минеральный состав горных пород: породообразующие минералы, количество минералов в породе, их свойства, состав.

     Агрегатное состояние - минералы пород могут находиться не только в кристаллическом и аморфном состоянии, но и в коллоидном (глинистые).

     Химический состав пород.

     Структуры горных пород.

     Текстуры пород.

     Трещиноватость характерна для монолитных ОГП (брекчия, известняк, опока), но проявляется в разной степени (известняки всегда сильно трещиноваты; массивы гипса не бывают трещиноватыми).

     Прочность горных пород.

     Важной  характеристикой горных пород является пористость, оказывающая влияние на прочностные и водные свойства (песчаники 10 -15%, ракушечник 30 - 40%, пески 30 - 40%, глины и суглинки 40 - 50%, ил 70 -80%);

     Способность к доуплотнению характерна для песчаных пород, которые чутко реагируют на вибрацию (землетрясение, работа механизмов и т.п.); глинистые породы способны впитывать воду, набухать, увеличиваясь в объёме при замачивании. Это явление может привести даже к деформациям сооружений. Не менее опасно и уплотнение глинистых пород при высыхании, когда они уменьшаются в объёме, что также может привести к неравномерной осадке сооружения (например, Пизанская башня) и даже к его деформации. ОГП, содержащие глинистые частицы, при увлажнении способны переходить сначала в пластичное состояние, а затем и в текучее.

     Водопроницаемость – способность горных пород пропускать через себя (фильтровать) воду может проявляться у горных пород в зависимости от их трещиноватости (известняк), но ещё в большей степени – от их пористости

     Химическая активность горных пород выражается в их взаимодействии с 10%-ной соляной кислотой HCl. Осадочные породы, содержащие карбонат кальция, бурно реагируют с кислотой (лёсс, известняк, ракушечник, мел, мергель и обломочные породы, скреплённые карбонатным цементом). Другие породы могут растворяться в кислоте без бурных реакций (гипс и т. п.).  

     МОРСКИЕ ОТЛОЖЕНИЯ

     В морях накапливаются исключительно  разнообразные осадки, роль которых  в формировании земной коры во все  времена была чрезвычайно велика. Материал, растворенный в морских  водах, усваивается биосом, который  фильтрует воды. Всего полгода требуется для того, чтобы биос профильтровал через себя всю воду Мирового океана.

     Накопление  осадков в морях контролируется разнообразными факторами, к которым  относятся и поступление материала  с суши, и климатическая зональность, характер течений, глубина бассейна, соленость, биопродуктивность поверхностных вод и другие. Распределение осадочного материала в современных морях весьма неравномерно. Имеются участки на дне, где мощность отложений нулевая в результате размыва и, вместе с тем, на пассивных окраинах у континентального склона мощность осадков достигает 15 км.

     По  происхождению различают океанические осадки следующих типов:

1. Терригенные, образующиеся за счет разрушения горных пород суши и последующего их сноса реками в океаны.
2. Биогенные, формирующиеся на океанском дне за счет отмерших организмов, главным образом, их скелетов.
3. Хемогенные, связанные с выпадением из морской воды некоторых химических элементов.
4. Вулканогенные, накапливающиеся в результате извержений как на самом океаническом дне, так и за счет тефры, приносимой ветрами после вулканических извержений на суше.
5. Полигенные. т.е. смешанные осадки разного происхождения.

     В строительстве активно применяется  известняк, а так же различные  ракушняки в целях декоративного  оформления.

4. Перечислите методы определения абсолютного и относительного возрастов пород, назовите эры и периоды геологической истории Земли.

     Одной из главных задач геологии является воссоздание истории развития Земли  и ее отдельных регионов. Сделать  это возможно, если только известна последовательность геологических событий, если мы знаем относительный возраст осадочных отложений, слои которых перекрывают друг друга, если мы определили последовательность внедрения интрузивных тел и их соотношение с вмещающими горными породами.

     Геология  прошла долгий путь, прежде чем соотношения  между горными породами стали  очевидными и всем понятными принципами, на которых основываются все наблюдения.

1. Во первых, было установлено, что каждый слой отделяется от соседнего ясно выраженной поверхностью. В современных палеогеографических обстановках, в океанах, морях, озерах слои накапливаются горизонтально и параллельно. Этот принцип первичной горизонтальности оказался важным для следующего вывода.
2. В 1669 г. Николо Стено выдвинул принцип суперпозиции, заключавшийся в признании того факта, что каждый вышележащий в разрезе слой моложе нижележащего. Т.е., у каждого слоя есть кровля и есть подошва независимо от того, как эти слои залегают в настоящее время. Они могут быть смяты в складки тектоническими движениями, они могут быть даже перевернуты. Все равно кровля слоя остается кровлей, а подошва — подошвой.
3. Если в каком-нибудь слое находится обломок, валун, глыба какой-то другой породы, то она древнее, чем этом слой. Точно также и в интрузивных образованиях и в лавовых потоках любое включение — ксенолит является более древним. Это положение можно назвать принципом включений.
4. Знаменитый английский геолог Джеймс Хаттон установил принцип пересечения, заключающийся в том, что любое тело как изверженных, так и осадочных пород, пересекающее толщу слоев, моложе этих слоев.

     Перечисленные выше принципы анализа взаимоотношений  слоистых толщ и изверженных пород  дают возможность правильно выявить  относительную последовательность геологических событий.

     Абсолютный возраст пород устанавливается при помощи использования радиоактивного распада элементов.

     Многочисленные  попытки найти в макромире  часы, которые бы позволяли надежно  устанавливать возраст горных пород  и руд, время проявления и длительность геологических процессов, не увенчались успехом. Такие часы скрывались в микроскопическом мире атомов, и обнаружение их стало возможным только после открытия в 1896 г. французским физиком А. Беккерелем явления радиоактивного распада. Было также установлено, что процесс радиоактивного распада происходит с постоянной скоростью, как на нашей Земле, так и в Солнечной системе. На этом основании П. Кюри (1902) и независимо от него Э. Резерфорд (1902) высказали мысль о возможности использования радиоактивного распада элементов в качестве меры геологического времени. Так наука в начале XX столетия подошла к созданию часов, основанных на радиоактивных природных превращениях, ход которых не зависим от геологических и астрономических явлений.