Свойства горных пород

Размещено на http://www.allbest.ru/

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

Задание 1

Составить характеристики свойств горных пород: андезит, доломит, гнейс, их породообразующих минералов. Характеристики горных пород представить в виде таблицы

Порода	Тип (по происхо-ждению)	Группа (по происхож- дению)	Минера- логичес- кий состав	структура	текстура	окраска	Устойчи-вость	Реакция с HCl	Форма залегания	Применение в промышленности и строительстве
Андезит	Вулкани-ческая	Эффузив-ная (излившая-ся	Роговая обманка, лабрадор	Неполно-кристалли-ческая порфировая, мелкозернистая	Плотная или пористая, часто флюида-льная.	тёмно-серый или почти чёрный.	Достаточно устойчива	Не реагирует	Вулканические потоки и экструзивные купола.	строительный и отделочный камень, кислотоупорные материалы, используются в качестве сырья для производства минеральной ваты.
Доломит	Осадочная	карбонатная горная порода	Кальцит 6% доломит 90% ангидрит <4%	зернистая, иногда скрытокри-сталличе-ская	Слоистая	Белый, серый, бледно-красный, коричне-ватый	Неустойчи-ва	Реагирует с соляной кислотой в порошке	Кристаллизуется в тригональной сингонии, ромбоэдрический вид симметрии. Образует хорошо огранённые кристаллы ромбоэдрического габитуса, грани кристаллов часто искривлены и (или) имеют блочно-мозаичное строение. Также сферокристаллы, сферолиты, крупно-, мелко- и скрытокристаллических зернистые (часто пористые), почковидно-сферолитовые, ячеистые агрегаты и прожилки. Иногда в виде оолитовых скоплений	применяется и в качестве декоративного камня для отделки помещений
гнейс	Метамо-рфичекая		Ортоклаз, роговая обманка, кварц	Полнокри-сталличес-кая, мелко-, средне- или грубозерни-стая (гранобла-стовая) или чешуйчато-зернистая (лепидогра-нобластовая	Полосча-тая, сланцева-тая.	Серый, серовато-белый, бурый, коричне-вый, розовый, красный.	Менее устойчива	Не реагирует	Продукт метаморфизма гранитов и осадочных пород	Гнейсы применяются в строительстве в виде щебня и в качестве облицовочного камня. Гнейс относится к породам средней прочности.

Минерал	Роговая обманка	Лабрадор	Кальцит	Доломит	Ангидрит	Ортоклаз	Кварц
Класс	Силикаты	Силикаты	Карбонаты	Карбонаты	Сульфаты	Силикаты	Окислы
Химический состав	(CaMg)2(MgFeAlFe)5 [(SiAl)4O11][OH]2	Na2O*Al2O36Si2+ +CaO Al2O3 2SiO2	CaCO3	CaCO3 MgCO3	CaSO4	K2O Al2O3* *6SiO2	SiO2
Происхождение	Магматическое или метаморфическое	Магматическое, реже метаморфическое, осадочное	Осадочное, метаморфическое, редко магматическое	Осадочное	Осадочное (хемогенное), реже гидротермальное	Магматическое, постмагматическое, метаморфическое	Осадочное
Окраска	Зеленый, черный, бурый	Серый, темно-серый, черный	Бесцветный, молочно-белый, светло-серый, светло-желтый, розоватый и т.д.	Белый, серовато-белый, серовато-желтый	Белый, голубовато-серый	Белый, кремовый, светло-розовый, мясо-красный, буровато-желтый	Бесцветный, молочно-белый, дымчатый, черный
Цвет черты	Белая с зеленоватым оттенком	-	Белая	-	Белая	-	-
Блеск	Стеклянный, шелковистый	Стеклянный	Стеклянный	Стеклянный	Стеклянный	Стеклянный	Стеклянный, жирный
Твердость (по шкале Мооса)	5,5-6,0	6,0-6,5	3,0	3,5-4,0	3,0-3,5	6,0	7,0
Спайность	Совершенная в 2-х направлениях	Совершенная в 2-х направлениях	Весьма совершенная в трех направлениях (по ромбоэдру)	Совершенная в трех направлениях (по ромбоэдру)	Совершенная	Совершенная в 2-х направлениях	Несовершенная
Излом	Неровный, занозистый	Неровный	Ровный	Ровный (ступенчатый)	Зернистый	Ровный	Раковистый, неровный
Реакция с HCl	Не растворяется	Растворяется	Сильно вскипает	В порошке растворяется, в холодной HCl растворяется медленно, в подогретой - быстрее ( с сильным вскипанием)	реакция без выделения	Не растворяется	Вскипает
Устойчивость к выветриванию	Не высокая, разлагается с образованием опала, карбонатов и др. минералов	Устойчив	Неустойчив		Невысокая	Устойчив	Устойчив
Применение в промышленности и строительстве	Прекрасное основание и вмещающая среда инженерных сооружений, облицовочный материал, щебень гранита, великолепный заполнитель бетонов, хороший материал для дорожных покрытий и т.д.	Поделочный камень, также используется в качестве облицовочного материала для отделки фасадов, станций метрополитена	Цементное сырье, строительный камень и отделочный материал	Применяется для изготовления цемента, для производства легких сплавов, получают соли магния, применяемые в медицине	Для производства вяжущих веществ цемента, поделочный материал, для внутренней облицовки	Применяется в ювелирном деле и в качестве поделочного камня.	Применяется в оптических приборах, радиоэлектронике, в генераторах частоты, стекольной и керамической промышленностях, для производства кварцевого песка, гальки, щебня в строительстве.

Задание 2

Объяснить условия образования гляциальных (ледниковых) 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.

Ледниковые отложения

К ледниковым относятся отложения, возникшие в результате деятельности ледника. Ледники при передвижении производят огромную разрушительную работу. Отламывая куски пород в одном месте, перемещают их в другое. Скопление обломков горных пород, отложенных ледником, называется мореной. Чтобы представить себе работу ледника заметим, что постамент памятника Петра Первого в Санкт-Петербурге представляет собой огромный валун (т. е. окатанный обломок) ледникового происхождения. Иногда ледник отзывает куски пород поистине огромных размеров - до 1 км в длину, нескольких сотен метров в ширину и нескольких десятков метров толщиной. Такие обломки горных пород называются отторженцами.

При стаивании льда заключенный в нем обломочный материал проектируется на ложе ледника и дает начало отложенным моренам, или ледниковым отложениям.

Среди отложенных морен различают две главные разновидности -- основные и конечные морены.

Основной мореной называют весь материал, выпавший из толщи льда и одевающий поверхность его прежнего ложа, независимо от того, переносился он в виде донной, внутренней или поверхностной морены.
Конечные морены представляют собой валы или гряды, опоясывающие конец ледника и сложенные принесенным льдом моренным материалом. В областях древних материковых оледенений конечные морены могут быть цепями крупных холмов с относительной высотой до 50 -- 100 м, протягивающихся непрерывно на сотни и даже тысячи километров. Все отложенные морены состоят из совершенно несортированной смеси обломков самых различных размеров: от больших глыб или валунов, до песка и глинистых частиц. Содержание грубообломочного материала, песка и глины, также цвет морены зависят от исходных горных пород и длительности переноса продуктов их разрушения ледником. В ходе переноса обломочный материал всегда перетирается и дробится, крупные валуны шлифуются и покрываются шрамами. Поэтому отложенные морены в разных случаях могут быть валунниками или щебнистыми накоплениями, грубыми несортированными песками, супесями, суглинками и даже глинами. Так, под Москвой основные морены четвертичного материкового оледенения -- это красно-бурые валунные суглинки, на Украине -- светлые серо-желтые (палевые) пылеватые супеси и суглинки, а в Карелии -- серые грубощебнистые супеси и пески. Несортированность и присутствие шлифованных ледниковых валунов всегда служат их характерными признаками.

С таянием ледника связано также образование потоков талых ледниковых вод и приледниковых озерных водоемов. В них образуются отложения, которые в широком смысле тоже можно назвать ледниковыми, но обычно их выделяют в особые группы ледниково-речных, или флювиогляциальных, и ледниково-озерных, или лимиогляциальных, отложений.

Задание 3

Зная период Т =0.70 c и амплитуду А=30мм колебаний сейсмической волны, вычислить сейсмическое ускорение a и коэффициент сейсмичности K_s.

Подсчитать сейсмическую инерционную силу S (в тоннах), воздействующую на сооружение при землетрясении. Массу сооружения P принимают равной 5500 т.

Используя величину сейсмического ускорения, определить силу землетрясения в баллах. Все данные внести в таблицу.

По данным о силе землетрясения уточнить расчетную балльность строительной площадки в районах, сложенных:

Рыхлыми осадочными породами с глубиной залегания грунтовых вод до 5 м от поверхности земли;

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.

Землетрясение - колебание земной коры или ее участка, вызванные прохождением сейсмических волн, возникающих в результате кратковременного выделения из какого-либо источника большого количества упругой энергии.

Период - физические промежутки времени, через которые система, совершающая колебания, возвращается в начальное состояние.

Амплитуда - размах колебаний, наибольшее отклонение изменяющейся физической величины от «нулевого» значения.

Сейсмическое воздействие - колебательное движение грунта при землетрясении, создающее кинематическое возбуждение колебаний исследуемого объекта. Переносное ускорение колеблющегося основания (единой опорной платформы) сообщает объекту инерционные нагрузки, вызывая в нём ответные колебания. При этом сейсмическое воздействие в общем случае представляется трехкомпонентными акселерограммами (записями ускорения во времени) для двух горизонтальных и вертикального направлений.

Сейсмическое ускорение - величина, с помощью которой может быть измерена сила землетрясения значением б (мм/с2)

Сила землетрясения - динамическое воздействие на конструкции здания, характерное относительно кратковременным действием, большой интенсивностью и неопределенным направлением. Измеряется в баллах.

Коэффициент сейсмичности - характеристика интенсивности землетрясения, определяемая отношением ускорения основания сооружения, вызванного сейсмическими воздействиями, к ускорению силы тяжести.

Инерционная сила - произведение коэффициента сейсмичности на массу вовлеченного в движение тела.

Сейсмическое ускорение найдем по формуле:

Определим коэффициент сейсмичности, если g=9810

Коэффициент сейсмичности - отношение значения максимального ускорения к ускорению силы тяжести:

Подсчитаем сейсмическую инерционную силу S, воздействующую на сооружение при землетрясении. Масса сооружения P=5500 т

т

Используя величину сейсмического ускорения, определим силу землетрясения в баллах. Занесем полученные данные в таблицу.

Вариант	Период сейсмической волны Т,с	Амплитуда колебаний сейсмической волны А,мм	Сейсмичес-кое ускорение мм/с2	Сила землетрясения, балл	Коэффициент сейсмичности	Инерционная сила т
5	0,70	30	2414,6	9	0,246	1353

Бальность строительной площадки сложенной:

Учитывая, что грунт состоит из рыхлых осадочных пород и уровень грунтовых вод находится близко от поверхности земли, никакой экономической целесообразности строительства в данном районе нет. На рыхлых грунтах добавляем один балл к расчетному - получается 10 баллов. При такой силе землетрясения произойдет интенсивное доуплотнение грунта, что вызовет разрушение зданий и сооружений.

Учитывая, что строительная площадка, сложена скальными породами (гранитами, гнейсами), прикрытая маломощным слоем сухого элювия, что говорит о слабом выветривании данных пород, в данном районе строительство зданий и сооружений возможно. Уточненный балл для данной строительной площадки составит 8 баллов.

Задание 4

Описать трещинно-жильные подземные воды. Описать особенности их существования и движения. Охарактеризовать водоносный горизонт, заключающий эти воды, особенности питания и разгрузки, его значение для целей водоснабжения. горный порода минерал сейсмичность

Подземные воды - воды, находящиеся в верхней части земной коры.

Подземные воды образуются преимущественно путем инфильтрации. Атмосферные осадки, речные и другие воды под действием гравитации просачиваются по крупным порам и трещинам пород. На глубине они встречают водонепроницаемые слои гарных пород. Вода задерживается и заполняет пустоты пород. Так создаются горизонты подземных вод. Количество воды, инфильтрующейся с поверхности, определяется действием многих факторов: характером рельефа, составом и фильтрующей способностью пород, климатом, растительным покровом, деятельностью человека и т. д.

Подземные воды подразделяют: по характеру их использования и по условиям залегания в земной коре. В число первых входят хозяйственно-питьевые воды, технические, промышленные, минеральные, термальные. Ко вторым относят: верховодки, грунтовые и межпластовые воды (рис. 2), а также воды трещин, карста, вечной мерзлоты. В инженерно-геологических целях подземные воды целесообразно классифицировать по гидравлическому признаку - безнапорные и напорные.

Схема залегания подземных вод:

1 - почвенная вода; 2 - верховодка; 3 - зона аэрации; 4 - капиллярная кайма; 5 - грунтовая вода (первый водоносный горизонт); 6, 8 - водоупоры; 7 - межпластовая вода (второй водоносный горизонт).

Трещинно-жильные воды развиты локально, исключительно в зонах тектонических нарушений с крупными трещинами. Это линейно вытянутые узкие водные потоки (жилы), уходящие в глубину на несколько сот метров, поэтому они часто имеют повышенную температуру. Для трещинно-жильных вод характерен напорный режим. Как правило, они отличаются значительной водообильностью, нередко разгружаются на поверхности земли и образуют мощные родники.

Трещинно-жильные воды получают питание за счет трещинно-грунтовых вод, разгрузки глубокозалегающих напорных водоносных горизонтов и других источников.

При строительстве подземных сооружений (трубопроводы, тоннели и др.) в горно-складчатых областях необходимо принимать меры, предотвращающие внезапный прорыв водообильных трещинно-жильных вод.

Разведки трещинно-жильных вод и осушения горных выработок на горнорудных предприятиях показывает, что в зонах тектонических нарушений, поражающих такие горные породы, как сланцы, филлиты, эффузивы, роговики и им подобные, обычно формируются весьма ограниченные запасы трещинно-жильных вод, не имеющие промышленного значения. Поэтому такие месторождения вод по своим эксплуатационным возможностям не могут быть использованы для организации централизованного водоснабжения крупных объектов. Формируясь в пределах зон тектонических нарушений, подземные потоки трещинно-жильных вод при благоприятных условиях выходят на дневную поверхность в виде восходящих родников. Родники обычно фиксируются по простиранию тектонических нарушений линейно-вытянутой цепочкой, являясь своего рода поисковым критерием для обнаружения месторождений промышленного типа. Родники зон тектонических нарушений отличаются следующими гидрогеологическими особенностями:

повышенным, по сравнению с другими родниками, приуроченными к зоне выветривания, дебитом, мало изменяющимся по сезонам года;

температура воды очень близка к среднегодовой температуре воздуха для данного района, а иногда превышает ее.

Таким образом, месторождения трещинно-жильных вод отличаются следующими гидрогеологическими особенностями:

1) они имеют линейно-вытянутую форму залегания в виде узких потоков подземных вод;

2) трещинно-жильные воды циркулируют на относительно большой глубине, измеряемой иногда сотнями метров, и в связи с этим часто имеют повышенную температуру (нередко па месторождении формируются термальные воды);

3) область питания трещинно-жильных вод расположена вдоль зоны тектонического нарушения, непосредственно во вмещающих горных породах;

4) на месторождении формируются преимущественно естественные ресурсы трещинно-жильных вод, ввиду ограниченной свободной емкости, водовмещающей среды, естественные запасы трещинно-жильных вод обычно весьма незначительные.

Главная гидрогеологическая особенность месторождений трещинно-жильных вод заключается в сложности формирования фильтрационного потока, контуры которого, как и фильтрационные свойства пород, обычно резко изменяются как по простиранию, так и по падению тектонического нарушения. В связи с этим гидродинамический метод оценки эксплуатационных запасов не может быть применен для месторождений таких вод. Обычно оценку эксплуатационных запасов трещинно-жильных вод при их разведке приходится производить по данным длительных пробно-эксплуатационных откачек (гидравлическим методом).

Задание 5

Определить коэффициент фильтрации массива водоносных песков по результатам откачки из одиночной совершенной скважины. Водоносный горизонт грунтовый. Схему проведения опыта показать на рисунке.

Вариант	Мощность водоносного горизонта H,м	Дебит скважины Q, м/сут	Понижение уровня воды в скважине, S0, м	Радиус
				Влияния скважины R,м	Скважины r, м
5	10	290	2	46	0,2

Совершенными называют скважины, дно которых достигает водоупоров.



Значение коэффициента фильтрации соответствует хорошо проникаемым галечникам и гравию с мелким песком, крупному песку, чистому среднезернистому песку.

Н - мощность водоносного горизонта, м; Q - дебит скважины, м/сут; S - понижение уровня воды в скважине, м; R - радиус влияния скважины, м; r - радиус скважины, м; h - уровень воды в скважине, м; УГВ - зеркало грунтовых вод

Мощность водоносного горизонта - расстояние от водоупора до уровня подземных вод.

Дебит скважины - объем воды, поступающий из естественного источника или водозабора в единицу времени при откачке или самоизливе.

Радиус влияния скважины - радиус депрессионной воронки. Депрессионная воронка - объем, ограниченный поверхностью вращения депрессионной кривой и естественной поверхностью безнапорных или пьезометрической поверхностью напорных вод. При откачке воды из безнапорного водоносного горизонта депрессионная воронка - объем осушенного грунта.

Основной закон фильтрации подземных вод - Закон фильтрации Дарси

Движение подземных вод происходит при наличии разности гидравлических уровней (напоров). Воды двигаются от мест с высокими уровнями к местам с низкими уровнями.

Отношение разности напоров к длине пути фильтрации называется гидравлическим (напорным) градиентом. Чем градиент выше, тем больше скорость движения.

I = ДH/l

где ДG = H1-H2 - разность напоров (H); l - длина пути фильтрации.

Фильтрация в полностью водонасыщенных водах при ламинарном (параллельном, спокойном, без завихрений) движении воды подчиняется закону Дарси.

Q = КфFI

Где Q - количество фильтрующей воды через поперечное сечение F в единицу времени

I - гидравлический градиент.

F - площадь поперечного сечения потока воды

К_ф - коэффициент фильтрации

Коэффициент фильтрации - это скорость фильтрации при напорном (гидравлическом) градиенте, равном единице.

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.

Номер варианта	Мощность водоносного горизонта H, м	Величина понижения уровня воды в канаве S,м	Коэффициент фильтрации Кф, м/сут	Длина дренажной канавы В, м
5	3,7	3,0	25	80

S - величина понижение уровня воды в канаве, м; Н - мощность водоносного горизонта, м; R - радиус депрессионной воронки, м; УГВ - зеркало грунтовых вод.

Задание 7

Составить описание геологических процессов и явлений, приведенных в табл. 7 (выветривание), рассмотреть:

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.

ПРОЦЕСС ВЫВЕТРИВАНИЯ.

Выветриванием называется совокупность процессов физического и химического разрушения горных пород и минералов. Немаловажную роль при этом играют живые организмы. Выделяют два главных типа выветривания: физическое, химическое и биологическое.

Главной особенностью процесса выветривания является постепенное и постоянное разрушение верхних слоев литосферы. В результате этого горные породы и материалы дробятся, изменяют свой химико-минеральный состав, вследствие чего снижаются параметры их строительных свойств или они полностью разрушаются.

Интенсивность проявления выветривания зависит от многих причин -- активности агентов выветривания, состава пород, геологического строения местности и т. д. Наиболее сильно выветривание проявляется у поверхности земли, куда облегчен доступ агентам выветривания. Глубина проникновения в толщу земли агентов выветривания зависит от степени трещиноватости пород, раскрытия и глубины трещин. Наиболее глубоко они проникают при наличии тектонических трещин и разломов. Область активного современного выветривания достигает глубины 5--10 м. Проникновению агентов выветривания способствует инженерная деятельность человека (проходка тоннелей, шахт и т. д.).

Интенсивность выветривания находится в зависимости от состава пород. Разрушению способствуют разнозернистость, крупнозернистость пород, качество природного цемента, например, песчаник с глинистым цементом разрушается значительно легче и быстрее, чем песчаник с кремнеземистым цементом.

Воздействие на земную поверхность, на толщи скальных горных пород процесса выветривания приводит к образованию коры выветривания, которая состоит из видоизмененных выветриванием горных пород или продуктов их разрушения (рис. 97). Продукты выветривания горных пород, остающиеся на месте их образования, носят название элювия. Вниз по разрезу всегда четко прослеживается, как элювий постепенно переходит в свою «материнскую» породу. По составу он представляет собой смесь обломков этой породы и глинистого материала. Нескальные породы, залегающие на дневной поверхности, также имеют кору выветривания, но она в большинстве случаев не имеет четкой зональности. Верхняя часть коры обычно бывает представлена песчано-пылевато-глинистой массой, а нижняя -- обломочным материалом. В карбонатных фунтах, например известняках, зональность коры выветривания проявляется более четко.

Выветривание грунтовых горных пород:

а -- нагромождение материала выветривания; б -- схема выветривания; 1 -- кора выветривания; 2-- коренная порода (порода, не затронутая выветриванием)

Виды выветривания.

1. Физическое выветривание ведет к последовательному дроблению горных пород на все более мелкие обломки. Его можно разделить на две группы процессов: выветривания термического и механического.

Термическое выветривание происходит в результате резких суточных перепадов температуры, ведущих к расширению пород при нагреве и сжатию при охлаждении. Таким образом, на интенсивность разрушения горных пород влияют:

- величина суточного перепада температуры;

- минеральный состав горных пород;

- окраска горных пород;

- размер слагающих горные породы минеральных зерен.

Наиболее интенсивно температурное выветривание идет на обнаженных высокогорных вершинах и склонах, а также в зоне пустынь, где, в условиях низкой влажности и отсутствия растительности, суточный перепад температур на поверхности горных пород может превышать 60° С.

Механическое выветривание осуществляется замерзающей водой, а также живыми организмами и ново образующимися минеральными кристаллами. Максимально значение замерзающей в порах и трещинах горных пород воды, которая при этом увеличивается в объеме на 9 - 10% и расклинивает породу на отдельные обломки. Такое выветривание называют морозным. Оно наиболее активно при частых (суточных) переходах температуры через 0° С, наблюдается в высоких и умеренных широтах и выше снеговой границы в горах. Расклинивающее воздействие на горные породы оказывают также корни растений, роющие животные и растущие в порах и трещинах горных пород кристаллы минералов.

2. Химическое выветривание ведет к изменению минерального состава горных пород или полному их растворению. Важнейшими факторами здесь выступают вода, а также содержащиеся в ней кислород, угольная и органические кислоты. Наибольшая активность процессов химического выветривания наблюдается во влажном и жарком климате

Гидролиз имеет особое значение при выветривании минералов класса силикатов и алюмосиликатов, когда в результате воздействия содержащей углекислоту воды возникают новые, более устойчивые к создавшимся условиям соединения, часть из которых может остаться на месте, а часть будет вынесена водой. При этом кристаллическая решетка минералов перестраивается или замещается новой. Таким путем идет последовательное разложение полевых шпатов в гидрослюды и в каолинит. При высоких температурах и влажности каолинит разлагается до наиболее устойчивых гидроокислов алюминия. Следовательно, на месте богатых алюмосиликатами пород возникают месторождения каолинита и алюминиевых руд.

Окисление наиболее активно проявляется в тех минералах, которые содержат закисные соединения железа, марганца и других металлов. Например, в кислой среде происходит последовательное замещение сульфидов сульфатами, а затем окислами и гидроокислами.

Гидратация заключается в образовании новых минералов за счет присоединения воды к исходным минералам. Это может проявляться при переходе ангидрита в гипс или гематита в лимонит.

Растворение интенсивнее всего идет в осадочных породах хлоридного, сульфатного и карбонатного состава. Легче всего растворяются хлориды, затем сульфаты. Но наибольшим распространением в составе земной коры отличаются карбонатные породы, растворение которых привело к широкому развитию карстовых форм.

Интенсивность выветривания зависит от состава и исходной трещиноватости пород, в результате чего выветривание может носить избирательный характер, что ведет к первоочередному разрушению неустойчивых блоков и контрастному выделению в рельефе устойчивых массивов горных пород.

Биологическое (органическое) выветривание проявляется в разрушении горных пород в процессе жизнедеятельности живых организмов и растений (рис. 98). Породы дробятся и в значительной мере подвергаются воздействию органических кислот.

Механическое разрушение производят растения своей корневой системой. Корни деревьев способны расщеплять даже прочные скальные породы. Известны случаи, когда растение «верблюжья колючка» прорастало сквозь 20-сантиметровые железобетонные плиты. Корни травянистой растительности легко преодолевают слой асфальта на улицах города.

Многие живые организмы, особенно из числа землероев, активно разрушают горные породы. В коре выветривания они создают многочисленные ходы, пустоты, просверливают даже твердые породы. На выветривание горных пород большое влияние оказывают многочисленные бактерии. В процессе своей жизнедеятельности они поглощают одни вещества и выделяют другие. Их воздействие особенно сильно сказывается в зоне почв и на границе с подстилающими грунтами. Отдельные виды бактерий извлекают углерод из карбонатов, разрушают силикаты, создают скопление железных руд и т. д.

Процессы выветривания влияют на инженерно-геологические свойства горных пород. Выветривание как геологический процесс приводит к разрушению и преобразованию первичных пород. С инженерно-геологической точки зрения основная направленность процесса выветривания состоит в изменении физического состояния и физико-механических свойств горных пород, что приводит к снижению устойчивости пород в основании сооружений, естественных и искусственных откосах, подземных выработках и т. д. Процессы выветривания могут настолько изменить свойства пород и инженерно-геологические условия строительной площадки, что строить здания и сооружения без специальных мероприятий не представляется возможным.

Борьба с процессом выветривания. При выборе основания для зданий и сооружений кору выветривания прорезают фундаментом до невыветрелой породы, либо используют ее как несущее основание, если элювий имеет достаточную прочность или укреплен после соответствующей обработки способами технической мелиорации. Крутизну откосов выемок назначают с учетом прочности пород коры выветривания.

Процесс выветривания необходимо учитывать также на период эксплуатации зданий и сооружений. Порода и строительные материалы, не защищенные от агентов выветривания, постепенно будут разрушаться, снижая устойчивость и прочность зданий и сооружений.

Для предотвращения выветривания или улучшения свойств уже выветрелых пород применяют различные мероприятия:

покрытие горных пород непроницаемыми для агентов выветривания материалами;

пропитывание пород различными веществами;

нейтрализацию агентов выветривания;

планировку территорий и отвод вод.

Выбор мероприятий по борьбе с выветриванием зависит от степени выветрелости пород, характера выветрелости, конструктивных особенностей сооружения и т. д.

Создание защитных покрытий на поверхности горных пород с помощью различных материалов -- гудрона, бетона, цементного раствора, глины -- зависит от преобладающих факторов выветривания.

Например, гудрон, цемент и другие искусственные покрытия предохраняют породы от проникновения воды, но не защищают от влияния колебания температур. Хорошим изолирующим материалом является глина. Уложенная слоем, мощность которого равна глубине проникновения суточных колебаний температур, она становится хорошим водонепроницаемым покрытием, а сама мало изменяется под воздействием выветривания. Широко применяют гидроизоляцию котлованов, если они должны находиться в открытом состоянии какое-то время. В ряде случаев дно котлованов специально не доводят до проектной отметки. Выветрившийся слой снимают непосредственно перед началом укладки фундамента.

Пропитывать породы можно жидким стеклом, гудроном, цементом. Жидкое стекло используют для укрепления песчаных и песчано-глинистых пород. 1удрон дает лучшие результаты в щебенистых отложениях. Цементом можно хорошо скреплять трещины в скальных породах. Пески можно пропитывать глинистой суспензией, что приводит к снижению водопроницаемости.

Нейтрализацию агентов выветривания из-за практических неудобств и дороговизны применяют сравнительно редко. Таким методом, например, является насыщение фильтрующейся воды солями, которые она может растворять в данной породе. Такая вода уже теряет способность растворять такие соли. Действие подземных вод можно нейтрализовать дренажами. Поверхностные воды отводят различного рода ливнестоками, нагорными канавами.

Строительные материалы и изделия необходимо изолировать от влияния агентов выветривания различными покрытиями -- красками, лаками, штукатуркой, «жидким стеклом, органическими пленками и т. д. В строительстве следует использовать породы наиболее устойчивые к выветриванию.

Задание 8

Охарактеризовать методы инженерно-геологических и гидрологических исследований: штамповые и прессиометрические испытания. Описание должно быть кратким и сопровождаться рисунками.

Штамповые испытания

Очень часто после окончания строительства здания (сооружения) и со временем его некоторой эксплуатации возникают довольно неприятные процессы: усадка фундамента со всеми вытекающими отсюда последствиями. Это говорит о том, что предварительно перед началом разработки проекта конструкции на данном участке не проводились инженерно-геологические изыскания. Поскольку данные по исследованию грунта и особенностей поведения подземных вод могут существенно повлиять на техническую часть проекта строительства. В основном, песчанистые и глинистые грунты под воздействием на них тяжести сооружения (дома) имеют свойство к уплотнению. Для того, чтобы заранее можно было определить склонны ли исследуемые грунты к уплотнению и проводят испытание вертикальными статическими нагрузками -- штампом.

Цель и результаты данного испытания

Несущая способность грунтов в полевых условиях наиболее точно определяется именно таким видом испытаний. Деформация грунта бывает двух видов:

Упругая деформация: имеет свойство восстанавливаться после снятия нагрузки;

Остаточная деформация.

Испытание вертикальными статическими нагрузками -- штампом приносят также следующие результаты: относительную просадочность грунтов, начальную их просадочность и модуль деформации. Также следует отметить, что показатели модуля деформации, полученные в полевых условиях при помощи штампа, гораздо выше оцениваются по точности, чем полученные в лаборатории. Для разных типов грунтов существует свой комплекс статических испытаний штампом: так, например, для лессов главным в исследовании является определение начального просадочного давления, а для просадочных грунтов - определение относительной просадочности. Геологические изыскания позволяют точно определить тип грунта на том или ином участке.

Суть испытания штампом

Испытание вертикальными статическими нагрузками -- штампом заключается в искусственном моделировании процесса уплотнения грунта (достаточно в большом объеме) под давлением нагрузки на него, которую можно сопоставить с нагрузкой будущего проектируемого здания. Зачастую такому испытанию следует обязательно подвергать крупнообломочные, глинистые и песчаные породы, которые склонны к усадке.

Для этого из предварительно пробуренной скважины берут пробы грунта и определяют их физико-механические характеристики в условиях лаборатории. Обязательным также является определение водоносного горизонта. Для уточнения выбора места испытания необходимо знать точную ширину и глубину заложения фундамента будущего строения. Данные исследования влияют на выбор штампа и на место проведения вертикального статического испытания. От характеристики грунта в разрезе скважины зависит и количество слоев, которые будут подвергаться испытанию.

Испытание вертикальными статическими нагрузками -- штампом выполняется в шурфах с min сечением 1,5 Х 1,5 метра. Также при данном испытании следует учитывать уровень грунтовых вод: если он находится выше предполагаемой точки испытания штампом, тогда опыт выполняется в скважине.

Описываемый вид испытания считается довольно трудоемким и в некоторых случаях может занять целый день или даже несколько дней для повторного исследования (в виде технических причин). На количество данных испытаний также влияет и уникальность будущего строительного объекта, его технические особенности, неоднородность инженерно-геологического разрез. Не смотря на то, что данный метод полевых исследований грунтов является очень сложным и ответственным, требующим определенных навыков и применения дорогостоящего спецоборудования, Он (метод исследований) позволяет добиться наиболее достоверных значений модуля деформации грунта.

Прессиометрические испытания.

Это один из современных и уже довольно широко применяемых методов изучения деформационных свойств горных пород. Сущность его та же, что и метода испытания горных пород пробными статическими нагрузками. Она состоит в исследовании изменений деформации горных пород, слагающих стенки скважин, при воздействии на них возрастающих ступеней нагрузки.

Прессиометрия -- испытание грунтов пробными статическими нагрузками в скважине с помощью прессиометра. При таких испытаниях изучают деформируемость любых грунтов, но, главным образом, глинистых и песчаных. Измеряя величину деформации при каждой ступени нагрузки, вычисляют значение модуля деформации грунта. По результатам составляется график зависимости деформаций пород от действующей нагрузки при прессиометрических испытаниях.

Переставляя прессиометр вдоль оси скважины, можно определить деформационные свойства грунтов, залегающих на разной глубине. Прессиометрия позволяет оценить сжимаемость грунтов в направлении, перпендикулярном приложению нагрузки от большинства сооружений, что допустимо для изотропных грунтов.

Прессиометр -- прибор для определения деформативных свойств фунтов, залегающих в стенках скважин, представляет собой камеру-цилиндр с эластичными стенками, в которую ступенями нагнетают жидкость (гидравлический прессиометр) или воздух (пневматический прессиометр), измеряя при этом деформации стенок скважины.

Прессиометрические испытания имеют много преимуществ:

с их помощью можно изучать широкий диапазон грунтов;

испытания можно проводить в скважинах на глубинах до 50 м;

возможно проводить измерения модуля деформации в любом направлении;

испытания проводятся быстро, продолжительность одного эксперимента обычно составляет 30 минут;

при проведении опыта не нужно бурить инженерно-геологические скважины большого диаметра;

оборудование для проведения опытов достаточно компактное;

стоимость опыта меньше, по сравнению со штамповыми испытаниями.

Размещено на Allbest.ru

...