Реферат: Инженерная геология

МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОРОНЕЖСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ПРОЕКТИРОВАНИЯКОНСТРУКЦИЙ, ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ

Инженернаягеология

Вариант 4

Воронеж, 2003

Задание 1

Дать определение икраткую характеристику геологическим сферам. Указать их строение, состав,границы.

Стратосфе́ра — слойатмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительноеизменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение еёв слое 25—40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или областьинверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0° С),температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постояннойтемпературы называется стратопаузой и является границей между стратосферой имезосферой.

Именно в стратосферерасполагается слой озоносферы («озоновый слой») (на высоте от 15-20 до 55-60км), который определяет верхний предел жизни в биосфере. Озон (О3) образуется врезультате фотохимических реакций наиболее интенсивно на высоте ~30 км. Общаямасса О3 составила бы при нормальном давлении слой толщиной 1,7-4,0 мм, но иэтого достаточно для поглощения губительного для жизни ультрафиолетовогоизлучения Солнца. Разрушение О3 происходит при его взаимодействии со свободнымирадикалами, NO, галогенсодержащими соединениями (в т. ч. «фреонами»).

В стратосферезадерживается большая часть коротковолновой части ультрафиолетового излучения(180—200 нм) и происходит трансформация энергии коротких волн. Под влияниемэтих лучей изменяются магнитные поля, распадаются молекулы, происходитионизация, новообразование газов и других химических соединений. Эти процессыможно наблюдать в виде северных сияний, зарниц и других свечений.

В стратосфере и болеевысоких слоях под воздействием солнечной радиации молекулы газов диссоциируют —на атомы (выше 80 км диссоциируют СО2 и Н2, выше 150 км — О2, выше 300 км —Н2). На высоте 100—400 км в ионосфере происходит также ионизация газов, навысоте 320 км концентрация заряженных частиц (О+2, О−2, N+2) составляет ~1/300 от концентрации нейтральных частиц. В верхних слоях атмосферы присутствуютсвободные радикалы — ОН•, НО•2 и др.

В стратосфере почти нетводяного пара.

Задание 2

Составить общуюхарактеристику классов минералов Характеристика должна включать: происхождение,химический состав, физические свойства и применение минералов всего класса. Назватьминералы, входящие в данный класс или группу.

Островные силикаты, имеющие структуру, близкую к плотнейшей упаковке, отличаются наибольшейплотностью и высокой твердостью. Напротив, каркасные алюмосиликаты имеют наименьшуюплотность и более низкую твердость. Минимальной твердостью обладают силикаты сослоистой структурой. Твердость закономерно уменьшается от алюмосиликатов с ионнымтипом связи (слюды) к силикатам с ван-дер-ваальсовой связью (хлориты, тальк,глинистые минералы). Для слоистых силикатов часто характерна весьма совершеннаяспайность. Это связано с тем, что межатомные связи в пределах слоякремнекислородных тетраэдров очень прочные, а между слоями — гораздо слабее.Поэтому разрушить эти минералы легче всего вдоль слоя, что и обусловливаетхарактерную для них весьма совершенную спайность.

Характернейшей чертойостровных кристаллических структур силикатов является наличие в них в качествеструктурно обособленных единиц тетраэдрических анионов [SiO4]4-.Они располагаются изолированно, то есть ни один из кислородных ионов, окружающихион Si не является общим для других, смежных с ним тетраэдров. Среди катионовостровных силикатов преобладают Mg2+, Fe2+, Ca2+а также Al3+, Fe3+, иногда Ве2+, Ti4+,Zr4+. Щелочные элементы Na и К встречаются в исключительныхслучаях. Алюминий, в отличие от других типов силикатов, практически никогда невходит в структуру минералов в координации 4, т.е. не заменяет Si в еготетраэдрических группах. Физические свойства островных силикатов довольнохарактерны и обусловлены особенностями кристаллических решеток этих минералов.Форма кристаллов, как правило, изометричная. Минералы обладают высокойтвердостью и относительно повышенным удельным весом, вследствие плотнойупаковки ионов. Это бесцветные или слабо окрашенные минералы. Интенсивнаяокраска бывает только у минералов, содержащих ионы-хромофоры. Среди островныхсиликатов мы рассмотрим минералы, представленные в таблице 4.

оливин (Mg,Fe)2[SiO4]ромб. Гр. гранатов R2+3R3+2[SiO4]3куб.

пироп Mg3Al2[SiO4]3

альмандин Fe3Al2[SiO4]3

спессартин Mn3Al2[SiO4]3

андрадит Ca3Fe2[SiO4]3

гроссуляр Са3Al2[SiO4]3с изолированными одиночными тетраэдрами и добавочными анионами: титанит (сфен)CaTi[SiO4]O мон.

кианит (дистен) Al2[SiO4]Oтрикл. 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)4триг.

Задание 3

Описать по отличительнымпризнакам особенности пород Под отличительными признаками следует пониматьцвет, минеральный соостав, структуру, текстуру и применение пород. Привестипримеры пород, входящих в описываемый класс (группу, подгруппу).

Метаморфические горныепороды образуются в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма)осадочных или магматических горных пород. Благодаря движениям земной корыосадочные и магматические горные породы могут подвергнуться воздействию высокойтемпературы, большого давления и различных газовых и водных растворов, при этомони начинают изменяться. Состав, структуры и текстуры метаморфических горныхпород

/>

Так как исходнымматериалом метаморфических горных пород являются осадочные и магматическиепороды, их формы залегания должны совпадать с формами залегания этих пород. Такна основе осадочных пород сохраняется пластовая форма залегания, а на основемагматических — форма интрузий или покровов. Этим иногда пользуются, чтобыопределить их происхождение. Так, если метаморфическая порода происходит отосадочной, ей дают приставку пара- (например, парагнейсы), а если онаобразовалась за счёт магматической породы, то ставится приставка орто-(например, ортогнейсы).

Химический составметаморфических горных пород разнообразен и зависит в первую очередь от составаисходных. Однако состав может отличаться от состава исходных пород, так как впроцессе метаморфизма происходят изменения под влиянием привносимых воднымирастворами веществ и метасоматических процессов.

Минеральный составметаморфических пород также разнообразен, они могут состоять из одногоминерала, например кварца (кварцит) или кальцита (мрамор), или из многихсложных силикатов. Главные породообразующие минералы представлены кварцем,полевыми шпатами, слюдами, пироксенами и амфиболами. Наряду с ними присутствуюттипично метаморфические минералы: гранаты, андалузит, дистен, силлиманит,кордиерит, скаполит и некоторые другие. Характерны, особенно дляслабометаморфизованных пород тальк, хлориты, актинолит, эпидот, цоизит,карбонаты.

Физико — химическиеусловия образования метаморфических пород, опрежелённые методамигеоборотермометрии весьма высокие. Они колеблются от 100-300°С до 1000 — 1500°Си от первых десятков баров до 20 — 30 кбаров

Текстуры метаморфическихпород

Сланцевая: большоераспространение в метаморфических породах получили листоватые, чешуйчатые ипластинчатые минералы, что связано с их приспособлением к кристаллизации вусловиях высоких давлений. Это выражается в сланцеватости горных пород, котораяхарактеризуется тем, что породы распадаются на тонкие плитки и пластинки.

Полосчатая — чередованиеразличных по минеральному составу полос, образующихся про наследовании текстуросадочных пород.

пятнистая — наличие впороде пятен, отличающихся по цвету, составу, устойчивости к выветриванию.

Массивная — отсутствиеориентировки породообразующих минералов.

Плойчатая — когда подвлиянием давления порода собрана в мелкие складки.

Очковая — представленнаяболее или менее округлыми или овальными агрегатами среди сланцеватой массыпороды.

Катакластическая —отличающаяся раздроблением и деформацией минералов.

Структуры метаморфическихпород возникают в процессе перекристаллизации в твёрдом состоянии, иликристаллобластеза. Такие структуры называют кристаллобластовыми.

Наиболее распространённыеметаморфические породы

Здесь приведены породыобразовавшиеся в результате регионального метаморфизма (от менее к болееметаморфизованным).

Глинистые сланцы —представляют начальную стадию метаморфизма глинистых пород. Состоятпреимущественно из гидрослюд, хлорита, иногда каолинита, реликтов другихглинистых минералов (монтмориллонита, смешаннослойных минералов), кварца,полевых шпатов и других неглинистых минералов. В них хорошо выражена сланцеватость.Они легко раскалываются на плитки. Цвет сланцев: зелёный, серый, бурый до чёрного.Содержат углистое вещество, новообразования карбонатов и сульфидов железа.

Филлиты [греч. филлитес —листоватый] — плотная темная с шелковистым блеском сланцеватая порода, состоящаяиз кварца, серицита, иногда с примесью хлорита, биотита и альбита. Образуютсяпри метаморфизме глинистых сланцев, но не содержат глинистых минералов. Постепени метаморфизма переходная порода от глинистых к слюдяным сланцам.

Хлоритовые сланцы — Хлоритовыесланцы представляют собой сланцеватые или чешуйчатые породы, состоящиепреимущественно из хлорита, а также актинолита, талька, слюды, эпидота, кварцаи других минералов. 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 метаморфических пород, характеризующиеся средней(частично сильной) степенью метаморфизма. В отличие от гнейсов вкристаллических сланцах количественные взаимоотношения между кварцем, полевымишпатами и тёмноцветными минералами могут быть разными.

Амфиболиты —метаморфическая горная порода, состоящая из амфибола, плагиоклаза и минераловпримесей. Роговая обманка, содержащаяся в амфиболитах, отличается от амфиболовсложным составом и высоким содержанием глинозёма. В противоположностьбольшинству метаморфических пород высоких ступеней регионального метаморфизмаамфиболиты не всегда обладают хорошо выраженной сланцеватой текстурой. Структураамфиболитов гранобластовая (при склонности роговой обманки к образованию удлинённыхпо сланцеватости кристаллов) нематобластовая и даже фибробластовая. Амфиболитымогут образовываться как за счёт основных изверженных пород — габбро, диабазов,базальтов, туфов и др., так и за счёт осадочных пород мергелистого состава.Переходные разности к габбро называются габбро-амфиболитами и характеризуются реликтовыми(остаточными) габбровыми структурами. Амфиболиты возникающие за счётультраосновных горных пород, отличаются обычно отсутствием плагиоклаза исостоят практически целиком из роговой обманки, богатой магнием (антофиллит, жедрит).Различают следующие виды амфиболитов: биотитовые, гранатовые, кварцевые,кианитовые, скаполитовые, цоизитовые, эпидотовые и др. амфиболиты.

Кварциты — Зернистаягорная порода, состоящая из зерен кварца, сцементированных более мелкимкварцевым материалом. Образуется при метаморфизме кварцевых песчаников,порфиров. Встречаются в корах выветривания, образуясь при метасоматозе (гипергенныекварциты)с окислением медноколчеданных месторождений. Они служат поисковымпризнаком на медноколчеданные руды. Микрокварциты образуются из подводных гидротерм,выносящих в морскую воду кремнезём, при отсутствии других компонентов (железо,магний и др.).

Гнейсы — Метаморфическаягорная порода, характеризующаяся более или менее отчётливо выраженнойпараллельно-сланцеватой, часто тонкополосчатой текстурой, с преобладающимигранобластовыми и порфиробластовыми структурами и состоящая из кварца,калиевого полевого шпата, плагиоклазов и цветных минералов. Выделяют: биотитовые,мусковитовые, двуслюдяные, амфиболовые, пироксеновые и др. гнейсы.

Метаморфические породыобразовавшиеся при динамометаморфизме

Породы возникающие поддействием динамометаморфизма и тектонических нарушений в зоне дробления.Дроблению и деформации подвергаются не только сама порода, но и минералы.

Катаклазиты — продуктдислокационного метаморфизма, не сопровождающегося явлениями перекристаллизациии минералообразования. Внутреннее строение характеризуется присутствием силинодеформированных, изогнутых, раздробленных зёрен минералов и часто наличиеммелкогранулированной полиминеральной связующей массы (цемента).

Милониты —Тонкоперетёртая горная порода с отчётливо выраженной сланцеватой текстурой.Образуются в зонах дробления, особенно по плоскостям надвигов и сбросов.Разорванные блоки горных пород перемещаясь, дробят, перетирают и одновременносдавливают породы, вследствии чего она становится компактной и однородной. длямилинитов характерны полосчатые текстуры, расслоеность и флюидальность. Откатаклазитов отличается болишей степенью раздробленности и развитиемпараллельной текстуры.

Задание 4

Охарактеризоватьструктурную форму горных пород. Дать определение, привести схематический рисунок,элементы строения и оценить ее влияние на условия строительства.

Моноклиналь [от моно… игреч. klínō — наклоняю(сь)], форма залегания слоев горных пород,характеризующаяся их пологим наклоном в одну сторону. Представляет собой обычнокрыло какого-либо обширного и пологого поднятия или прогиба слоев. М. особеннохарактерны для платформ, где они приурочены к крыльям антеклиз и синеклиз.Примером М. является структура, образуемая палеозойскими толщами от южногосклона Балтийского кристаллического щита к центру Московской синеклизы; наклонслоев исчисляется в 2—2,5 м на 1 км длины.

Структура, в которой слоинаклонены в одну сторону.

Ступенчатый перегиб,изменяющий горизонтальное или близкое к нему залегание.

Существенной особенностьюмоноклинали является связь между двумя блоками слоистых пород, перемещенныхдруг относительно друга по вертикали. Обычно устанавливается, что крутопадающаячасть претерпела изгиб

МОНОКЛИНАЛЬ (греч. monos— один и klino — наклоняюсь) — наклон земных слоев в одну сторону, что обычнодля осадочных горных пород, прикрывающих склоны платформенных щитов. Например,Алданский щит имеет наклон в сторону Центрально-Якутской низменности (Вилюйскойсинеклизы), Балтийский — к юго-востоку (к Московской синеклизе). В рельефемоноклинали отчетливо выражены в виде куэст.

Лено-Алданскаямоноклиналь

/>

С инженерно-геологическойточки зрения наиболее благоприятными местами строительства являютсягоризонтальное залегание горных пород, где присутствует большая их мощность,однородность состава. Фундаменты зданий и сооружений располагаются в однороднойгрунтовой среде, при этом создается равномерная сжимаемость слоев под весомсооружения и создается наибольшая их устойчивость

Наличие дислокации резкоизменяет и усложняет инженерно-геологические условия строительства – нарушаетсяоднородность грунтов основания фундамента сооружений, образуются зоны дробления(разрывы), снижается прочность пород, по трещинам разрывов происходят смещения,нарушается режим подземных вод. Это вызывает неравномерную сжимаемость грунтови деформацию самого сооружения вследствие неравномерной осадки различных егочастей (рис. 4).

Задание 6

Рассмотреть иохарактеризовать геодинамические процессы и явления. Дать определение, указатьпричины образования, мероприятия по устранению процессов и явлений

Обвалы и осыпи.

Обва́л — отрыв ипадение масс горных пород вниз со склонов гор под действием силы тяжести.

Обвалы возникают насклонах речных берегов и долин, в горах, на берегах морей.

Причиной образованияобвалов является нарушение равновесия между сдвигающей силой тяжести иудерживающими силами. Оно вызывается:

увеличением крутизнысклона в результате подмыва водой;

ослаблением прочностипород при выветривании или переувлажнении осадками и подземными водами;

воздействием сейсмическихтолчков; Строительной и хозяйственной деятельностью.

Крупнейший обвал объёмом2,2 млрд м³ произошёл 18 февраля 1911 года на реке Мургаб, в результатекоторого образовались естественная плотина и Сарезское озеро.

Горные обвалы и осыпи –частые явление во многих странах мира. Их масштабы бывают грандиозными,последствия трагическими. Они способны вызвать крупные завалы или обрушениеавтомобильных и железных дорог, разрушение населенных пунктов и уничтожениелесов, способствовать образованию катастрофических затоплений и гибели людей.Такие катастрофы нередко происходят при землетрясениях 7 баллов и более, когдавозможно обрушение крутых горных склонов, образующих с горизонтом углы 45-50*

С обвалами можнобороться, но не со всякими и не везде. Железная дорога Туапсе – Сухуми идет посамой береговой кромке Черного моря. С одной стороны ей угрожают штормовыеволны, и приходится укреплять насыпь железобетонными «ежами», кубами, блоками,предохраняющими её от размыва. С другой стороны над железнодорожной колеёйнависают обрывы. Спасться от обвалов помогают высокие каменные стенки, которыеостанавливают глыбы камней, падающие со склона. Так же в горах защищают и автомобильныедороги. Но это предохраняет только от небольших обвалов

Если где-то нависаютскалы, то предотвратить их обвал можно только одним способом: постепенно, почастям обрушить их, закладывая динамитные заряды малой мощности. Гораздо режепредпочитают укреплять скалы, грозящие обвалиться, опоясывающими стальнымиобручами, заливая трещины цементом и т. д. Если обвалы угрожают поселкам, людейэвакуируют, а поселок переносят в безопасное место.

Обвалы, осыпи. Это отрыви катастрофическое падение больших масс горных пород, их дробления искатывания, из круч, обрывов и склонов. Обвалы естественного происхождениянаблюдаются в горах, на берегах морей, обрывах речных долин. Это результатпослабления связанности горных пород под действием процессов выветривания,подмыва, растворения и действия сил притяжения, их возникновению способствуетгеологическое строение местности, наличие на склонах трещин и зон дроблениягорных пород.

Чаще (до 80%) всегосовременные обвалы связаны с антропогенным фактором. Они возникаютпреимущественно при неправильном проведении работ, при строительстве и горныхразработках.

Осип — это нагромождениещебню или почве у подножия склонов.

Районы Карпатских иКрымских гор подпадают под действие обвалов и осыпей, некоторые из них имеликатастрофический характер и привели к человеческим потерям, как, например,Демерджинский обвал 1896 года.

Абразия. Это процессразрушения волнами прибоя берегов морей, озер и водохранилищ. Процесс абразиинаиболее распространен на Черноморском побережье. В береговой зоне Крымаежегодно исчезает 22 гектара побережья, между дельтой Дуная и Крымом — 24гектара, в северной части Азовского моря — 19 гектаров. Абразии подпадает до60% берегов Азовского и до 30% — Черного морей. Скорость абразии составляет всреднем 1,3-4,2 метры на год.

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>