Гипотезы о происхождении Земли

Наука «Геология» и основные научные дисциплины

Геология — комплекс наук о составе, строении, истории раз­вития Земли, движениях земной коры и размещении в недрах Земли полезных ископаемых. Основным объектом изучения, ис­ходя из практических задач человека, является земная кора.

В настоящее время геология является типичной естественной наукой, обладающей комплексным характером и состоящей более чем из двадцати научных дисциплин, например таких, как стра­тиграфия, тектоника, минералогия, петрография, литология, сей­смология, палеонтология, геокриология, учение о полезных иско­паемых, геофизика, инженерная геология и гидрогеология и др.

В учебнике основное внимание сосредоточено на тех геологи­ческих дисциплинах, которые в той или иной мере связаны с во­просами строительства. Это минералогия и петрография — науки о минералах и горных породах; динамическая геология — учение о процессах, происходящих на поверхности и в недрах Земли; ис­торическая геология, которая изучает историю развития Земли; гидрогеология — наука о подземных водах; геоморфология — дис­циплина, изучающая развитие рельефа поверхности земной коры.

Инженерная геология, как наука, и ее значение для строительства

инженерная геология — наука, изучающая свойства горных пород (грунтов), природные геологические и техногенно-геологические (инженер­но-геологические) процессы в верхних горизонтах земной коры в связи со строительной деятельностью человека.

Главная цель инженерной геологии — изучение природной геологической обстановки местности до начала строительства, а также прогноз тех изменений, которые произойдут в геологиче­ской среде, и в первую очередь в породах, в процессе строитель­ства и при эксплуатации сооружений. В современных условиях ни одно здание или сооружение не может быть спроектировано, построено и надежно эксплуатироваться (а в последствии может быть ликвидировано или реконструировано) без достоверных и полных инженерно-геологических материалов.

Все это определяет основные задачи, которые стоят перед ин- женерами-геологами в процессе изыскательских работ еще до на­чала проектирования объекта (при принятии решения о строите­льстве, об инвестировании проекта и т. п.), а именно:

выбор оптимального (благоприятного) в геологическом отно­шении места (площадки, района) строительства данного объекта;

выявление инженерно-геологических условий в целях опреде­ления наиболее рациональных конструкций фундаментов и объекта в целом, а также технологии производства строительных работ;

выработка рекомендаций по необходимым мероприятиям и со­оружениям инженерной защиты территорий и охране геологической среды при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.

Гипотезы о происхождении Земли

Вопрос о происхождении Земли — важнейший вопрос естест­вознания. Более 100 лет пользовалась признанием гипотеза Кан­та — Лапласа, согласно которой Солнечная система образовалась из огромной раскаленной газоподобной туманности, вращавшейся вокруг оси, а Земля вначале была в жидком состоянии, а по­том стала твердым телом.

Дальнейшее развитие науки показало несостоятельность этой гипотезы. В 40-х годах XX в. акад. О.Ю. Шмидт выдвинул новую гипотезу происхождения планет Солнечной системы, в том числе и

Земли, согласно которой Солнце на своем пути пересекло и за­хватило одно из пылевых скоплений Галактики, поэтому планеты образовались не из раскаленных газов, а из пылевидных частиц, вращающихся вокруг Солнца. В этом скоплении со временем воз­никли уплотненные сгустки материи, давшие начало планетам.

Земля, по О.Ю. Шмидту, первоначально была холодной. Ра­зогрев ее недр начался, когда она достигла больших размеров. Это произошло за счет выделения теплоты в результате распада имеющихся в ней радиоактивных веществ. Недра Земли приобре­ли пластическое состояние, более плотные вещества сосредоточи­лись ближе к центру планеты, более легкие у ее периферии. Произошло расслоение Земли на отдельные оболочки. По гипо­тезе О.Ю. Шмидта, расслоение продолжается до настоящего вре­мени. По мнению ряда ученых, именно это является основной причиной движений в земной коре, т. е. причиной тектонических процессов.

Заслуживает внимания гипотеза В.Г. Фесенкова, который счи­тает, что в недрах звезд, в том числе и Солнца, протекают ядерные процессы. В один из периодов это привело к быстрому сжатию и увеличению скорости вращения Солнца. При этом образовался длинный выступ, который потом оторвался и распался на отдель­ные планеты.

4.Строение планеты Земля

В общем виде, как установлено современными геофизически­ми исследованиями на основании, в частности, оценок скоростей распространения сейсмических волн, изучения плотности земного вещества, массы Земли, результатов космических экспериментов по определению распределения воздушного и водного пространств и другими данными, Земля сложена как бы несколькими концент­рическими оболочками: внешними — атмосфера (газовая оболочка), гидросфера (водная оболочка), биосфера (область распространения живого вещества, по В.И. Вернадскому) и внутренними, которые называют собственно геосферами (ядро, мантия и литосфера)

5. Геосферы (от греч. гео — Земля, сфера — шар) — географические концентрические оболочки (сплошные или прерывистые), из которых состоит планета Земля. Выделяются следующие геосферы:

Атмосфера, гидросфера, литосфера, земная кора, мантия, ядро Земли

Ядро Земли делится на внешнее ядро (жидкое) и центральное — субъядро (твердое).

6. Тепловой режим земной коры. Земная кора имеет два основных источника тепла: от Солнца и от распада радиоактивных веществ в своей нижней части на границе с верхней мантией. В недрах же Земли температура уве­личивается с глубиной от 1300 °С в верхней мантии до 3700 °С в центре ядра. Увеличение температуры происходит по адиабатиче­скому закону: оно зависит от сжатия вещества под давлением при невозможности теплообмена с окружающей средой.

В земной коре различают три температурные зоны: /—пере­менных температур; II — постоянных температур; III — нараста­ния температур .Изменение температур в зоне перемен­ных температур определяется климатом местности. Суточные колебания практически затухают на глубинах около 1,5 м, а го­довые (сезонные) — на глубинах 20—30 м. Для средних широт ха­рактерна кривая а (летний период) и кривая б (зимний период). В зимний период в зоне / образуется также под зона промерзания. Мощность этой подзоны зависит от климата, типа горных пород и колеблется от нескольких сантиметров до 2 м и более.

При строительстве необходимо устанавливать наличие на стройпло­щадках подзоны IA и величину глу­бины промерзания земли. Для реше­ния этих вопросов используют три пути:

1) по соответствующей карте в СНиПе определяют наличие под зоны и глубину промерзания; величину промерзания при этом кор­ректируют по типу горных пород, например песок промерзает больше, чем глина;

2) величину промерзания можно определять по формулам

3) использовать многолетние (более 10 лет) наблю­дения за промерзанием земли в данном районе.

Знание величины промерзания позволяет строителям опреде­лять необходимую глубину заложения фундаментов объектов и подземных водонесущих коммуникаций.

По мере углубления в землю влияние сезонных колебаний температур уменьшается и на глубине примерно 15—40 м нахо­дится зона постоянной температуры, которая соответствует сред­негодовой температуре данной местности. Под Москвой эта зона начинается на глубине 20 м, около Санкт-Петербурга с 19,6 м.

Зона постоянных температур может быть использована при различных видах подземного строительства.

В пределах зоны III температура с глубиной возрастает. Вели­чина нарастания температуры на каждые 100 м глубины называет­ся геотермическим градиентом, а глубина, при которой температу­ра повышается на 1 °С, — геотермической ступенью. Теоретически средняя величина этой ступени составляет 33 м. Непосредствен­ные измерения показали, что величина геотермической ступени на разных участках Земли колеблется довольно в широких пределах: Мончетундра — 6,54 м, Донецкий бассейн — 30,68 м и т. д.

7. Минералы. В настоящее время следует различать два вида минералов:

1) природного происхождения, рождение которых связано с про­цессами в земной коре;

2) искусственного происхождения, кото­рые возникли в процессе техногенной деятельности человека (в том числе и целенаправленной).

Природные минералы. Под этими минералами понимают минеральные образования, сформировавшиеся в результате геохи­мических процессов, протекающих в земной коре. Каждый мине­рал имеет определенный химический состав, структуру и свои физические свойства

Горные породы представляют собой природные минеральные агрегаты, которые «рождаются» в земной коре. Каждой породе свойственно известное постоянство химического и минерального состава, структуры, а иногда и условий залегания в земной коре.

Грунт — любые горные породы, почвы, осадки, техногенные (антропогенные) образования, представляющие собой многокомпонентные, динамичные системы, являющиеся компонентами геологической среды и объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека.

Различают: скальные и полускальные грунты — монолитные грунты с жесткими структурными связями;

дисперсные грунты — раздельнозернистые грунты без жестких структурных связей: связные — глинистые, и несвязные — песчаные и крупнообломочные.

8. Происхождение минералов. Условия, в которых образуются ми­нералы в природе, отличаются большим разнообразием и слож­ностью. Различают три основных процесса минералообразования: эндогенный, экзогенный и метаморфический.

Эндогенный процесс связан с внутренними силами Земли и проявляется в ее недрах. Минералы формируются из маг­мы — силикатного огненно-жидкого расплава. Таким путем обра зуются, например, кварц и различные силикаты. Эндогенные ми­нералы обычно плотные, с большой твердостью, стойкие к воде, кислотам, щелочам.

Экзогенный процесс свойственен поверхности земной коры. При этом процессе минералы формируются на суше и в море. В первом случае их создание связано с процессом выветривания, т. е. разрушительным воздействием воды, кислорода, колебаний температуры на эндогенные минералы. Таким образом образуют­ся глинистые минералы (гидрослюда, каолинит и др.), различные железистые соединения (сульфиды, оксиды и др.). Во втором случае минералы формируются в процессе выпадения химиче­ских осадков из водных растворов (галит, сильвин и др.). В экзо­генном процессе ряд минералов образуется также за счет жизне­деятельности различных организмов.

Экзогенные минералы разнообразны. В боль­шинстве случаев они имеют низкую твердость, активно взаимо­действуют с водой или растворяются в ней.

Метаморфический процесс. Под воздействием высоких темпе­ратур и давлений, а также магматических газов и воды на неко­торой глубине в земной коре происходит преобразование мине­ралов, ранее образовавшихся в экзогенных процессах. Минералы изменяют свое первоначальное состояние, перекристаллизовыва- ются, приобретают плотность, прочность. Так образуются многие минералы-силикаты (роговая обманка, актинолит и др.).

9. Происхождение и классификация. Магматическими (или извер­женными) горными породами называют горные породы, которые образовались в результате кристаллизации магмы при ее остыва­нии в недрах Земли или на ее поверхности.

Большинство силикатов (как правило, минералы магматиче­ских пород — это силикаты) имеют ковалентную связь между основными структурными элементами, что и создает высокую прочность магматических пород. При этом наибольшие значения модуля упругости и наибольшая прочность проявляются у горных пород, имеющих плотную, компактную структуру с высокой ко­валентностью связи (дуниты, периодотиты, пироксениты).

Но не только это влияет на формирование прочности горных пород. Весьма важным является их последующее изменение в результате выветривания, скорость и интенсивность которого в значительной мере определяются особенностями минералогиче­ского состава.

10. В формировании осадочных горных породучаствуют различные геологические факторы: разрушение и переотложение продуктов разрушения ранее существовавших пород, механическое и химическое выпадение осадка из воды, жизнедеятельность организмов. Случается, что в образовании той или иной породы принимает участие сразу несколько факторов. При этом некоторые породы могут формироваться различным путём. Так, известняки, могут быть химического, биогенного или обломочного происхождения. Это обстоятельство вызывает существенные трудности при систематизации осадочных пород. Единой схемы их классификации пока не существует.

Однако для простоты изучения применяется сравнительно простая классификация, в основе которой лежит генезис (механизм и условия образования) осадочных пород. Согласно ей осадочные породы подразделяются на обломочные, хемогенные, органогенные и смешанные.

11. Обломочные горные породы, кластические горные породы — осадочные горные породы, состоящие целиком или преимущественно из обломков различных горных пород (магматических, метаморфических или осадочных) иминералов (кварц, полевые шпаты, слюды, иногда глауконит, вулканическое стекло и др.).

В основу классификации облицовочных горных пород положен структурный признак — размер обломков. Выделяются: грубообломочные породы, или псефиты, с размером обломков более 1 мм (несцементированные — глыбы, валуны, галька, щебень, дресва, гравий; сцементированные — конгломераты, брекчии, гравелиты и др.); песчаные породы, или псаммиты, с размером частиц 1-0,05 мм, по другой классификации, 1-0,1 (2-0,05 мм) (пески и песчаники); пылеватые породы, или алевриты, с размером частиц 0,05-0,005 мм (алевриты и алевролиты); глинистые породы, или пелиты, с размером частиц менее 0,005 мм (глины, аргиллиты и др.). Граница между алевритами и пелитами проводится по размеру частиц 0,005 (0,01 в других классификациях) мм. Глинистые породы могут быть как химические, так и обломочного происхождения. Выделяются также обломочные горные породы смешанного состава, сложенные обломками различной размерности, — песчаными, алевритовыми и глинистыми. К ним относятся широко распространённые, особенно среди современных континентальных отложений, различные суглинки и супеси. Дальнейшее подразделение обломочных горных пород в пределах структурных подтипов производится по минеральному составу обломков и другим признакам. К обломочным горным породам принадлежат также продукты вулканических извержений: вулканический щебень, пепел (рыхлые породы и их сцементированные разновидности — туфы), туфобрекчии и породы, переходные между обломочными и вулканогенными — туффиты и туфогенные породы (см. вулканогенно-осадочные породы).

12.Слоем называется более или менее однородный, первично обособленный осадок (или горная порода), ограниченный приблизительно параллельными поверхностями. Помимо термина «слой» и практике часто употребляется термин «пласт», обозначающий в сущности то же, что и «слой». Однако термин «пласт» применяется чаще для обозначения слоев полезных ископаемых, например угля, известняка, гематита и т. д. Однородность слоев может быть выражена в составе, окраске, текстурных признаках, присутствии одинаковых включений или окаменелостей.

Чередование слоев называется слоистостью. Она представляет собой проявление неоднородности в толще осадочных пород и указывает на изменение условий отложения осадка. Слоистость — одно из самых характерных и важных свойств осадочных горных пород. На ней основано изучение вопросов литологии, стратиграфии, гидрогеологии, инженерной геологии. Слоистость позволяет сопоставлять стратиграфические разрезы, определять направление и амплитуду вертикальных тектонических движений, вести поиски и прослеживать рудные залежи, скопления нефти, воды и др. Слоистостью обусловлено также возникновение складок в осадочных толщах. Знание слоистости является важнейшим условием при выборе системы эксплуатационных выработок.

При параллельной слоистости поверхности наслоения по строению близки к плоскостям. Этот вид слоистости свидетельствует об относительной неподвижности и покое среды; в которой накапливались осадки. Параллельная слоистость может быть полосовидной, прерывистой и ленточной.

^ Волнистая слоистость имеет волнистоизогнутые поверхности наслоения. Она формируется при движениях, имеющих периодическую смену или повторяемость в своем направлении, например при отливных и приливных течениях, волнениях в прибрежных мелководных зонах моря.

^ Косой слоистостью (или слойчатостью, по. Н. Б. Вассоевичу) называется слоистость с прямолинейными и криволинейными поверхностями наслоения, под различными углами которых внутри слоя располагается более мелкая слоистость. Этот вид слоистости образуется при движении среды в одном направлении, например реки, потока, морского течения или при движении воздуха.

^ Линзовидная слоистость характеризуется разнообразием форм и изменчивостью мощности отдельных слоев. При этом нередко происходит полное выклинивание слоя, что приводит к его разобщению на отдельные части или линзы. При резком выклинивании поверхности наслоения линзы нередко оказываются изогнутыми.

Линзовидная слоистость образуется при быстром и изменчивом движении водной или воздушной среды, например в речных потоках или в приливно-отливной полосе моря. Нередко линзовидная слоистость связана с размывом ранее отложенного материала и неровностями дна. Мелкая линзовидная слоистость может образоваться и в спокойном водоеме при периодическом привносе в него более грубозернистого материала.

13.Метаморфические горные породы — горные породы, образованные в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) осадочных и магматических горных пород вследствие изменения физико-химических условий. Благодаря движениям земной коры, осадочные горные породы имагматические горные породы подвергаются воздействию высокой температуры, большого давления и различных газовых и водных растворов, при этом они начинают изменяться.

14. Установлением возраста г.п. занимается наука стратиграфия.

Различают относительный возраст г.п. (относительная геохронология) и абсолютный возраст г.п. (абсолютная геохронология).

Определение относительного возраста пород– это установление, какие породы образовались раньше, а какие – позже.

Относительный возраст осадочных г.п. устанавливается с помощью геолого-стратиграфических (стратиграфического, литологического, тектонического, геофизических) и биостратиграфических методов. Абсолютная геохронология устанавливает возраст г.п. в единицах времени. Определение абсолютного возраста необходимо для корреляции и сопоставления биостратиграфических подразделений различных участков Земли, а также установления возраста лишённых палеонтологических остатков фанерозойских и долембрийских пород.

К методам определения абсолютного возраста пород относятся методы ядерной (или изотопной геохронологии) и не радиологические методы.

Наиболее крупные структурные элементы литосферы — континенты и впадины океанов. Они существенно отличаются друг от друга своим строением и почти везде ограничены глубинными (сверхглубинными) разломами с глубиной заложения до 700 км, проходящими вдоль континентальных склонов на дне океанических впадин.

Отдельные участки земной коры, занимающие большие площади континентов, испытывают радиальные тектонические движения с небольшими амплитудами — несколько тысяч метров за огромные промежутки времени, охватывающие целые периоды и эры. Их называют платформами. Существенным для платформ является отсутствие интрузивного и, как правило, эффузивного магматизма, своеобразные структуры и специфические формации. Тектонические движения участков земной коры, образующих узкие (несколько сотен километров) зоны между платформами, отличаются большими (десятки километров) амплитудами и контрастностью движений, когда рядом с погружающейся земной корой может находиться участок, воздымающийся также интенсивно. Такие участки — геосинклинальные пояса, нередко имеющие глобальное распространение, обычно состоят из нескольких ёедсинклинальных систем. Здесь Широко и разнообразно проявляется магматизм; структуры геосинклинальных систем, как правило, сложны, а формации чрезвычайно разнообразны.

В последнее время ряд ученых самыми крупными структурами литосферы называют литосферные плиты, которые сплошь составляют всю земную кору. По разным данным их 6 или 8 и несколько более мелких. Границы между плитами проходят по Дну океанов вдоль срединных океанических хребтов, а переходя на континенты протягиваются по узким зонам максимальной сейсмичности, с большим числом очагов землетрясений. Континентальные рифты являются частью этих границ.

18 Тектонические движения земной коры можно разделить на три основных типа:

•колебательные, выражающиеся в медленных поднятиях и опусканиях отдельных участков земной коры и приводящие к об-разованию крупных поднятий и прогибов;

•складчатые, обусловливающие смятие горизонтальных слоев земной коры в складки;

•разрывные, приводящие к разрывам слоев и массивов горных пород.

оползней.

Складчатые движения. Осадочные породы первоначально зале­гают горизонтально или почти горизонтально. Это положение со­храняется даже при колебательных движениях земной коры. Складчатые тектонические движения выводят пласты из горизон­тального положения, придают им наклон или сминают в склад­ки. Так возникают складчатые дислокации (рис. 31).

Все формы складчатых дислокаций образуются без разрыва сплошности слоев (пластов). Это их характерная особенность. Основными среди этих дислокаций являются: моноклиналь, флексура, антиклиналь и синклиналь.

Моноклиналь является самой простой формой нарушения пер­воначального залегания пород и выражается в общем наклоне слоев в одну сторону (рис. 32).

Флексура — коленоподобная складка, образующаяся при сме­щении одной части толщи пород относительно другой без разры­ва сплошности.

Антиклиналь — складка, обращенная своей вершиной вверх (рис. 33), и синклиналь — складка с вершиной, обращенной вниз (рис. 34, 35). Бока складок называют крыльями, вершины — зам­ком, а внутреннюю часть — ядром.

Следует отметить, что горные породы в вершинах складок всег­да бывают трещиноваты, а иногда даже раздроблены.

Разрывные движения. В результате интенсивных тектонических движений могут происходить разрывы сплошности пластов. Разо­рванные части пластов смещаются относительно друг друга. Сме­щение происходит по плоскости разрыва, которая проявляется в виде трещины. Величина амплитуды смещения бывает различ­ной — от сантиметров до километров. К разрывным дислокациям относит сбросы, взбросы, горсты, грабены и надвиги

Сброс образуется в результате опускания одной части толщи относительно другой (рис. 38, а). Если при разрыве происходит поднятие, то образуется взброс Иногда на одном участке образуется несколько разрывов. В этом случае возникают ступенчатые сбросы (или взбросы).

Грабен возникает, когда участок земной коры опускается меж­ду двумя крупными разрывами. Таким путем, например, образо­валось озеро Байкал. Некоторые специалисты считают Байкал началом образования нового рифта.

Горст — форма, обратная грабену.

Надвиг в втличке от предыдущих форм разрывных дислока­ций возникает при смещении толщ в горизонтальной или срав­нительно наклонной плоскости (рис.

19 Наличие дислокаций усложняет инженерно-геологические ус­ловия строительных площадок— нарушается однородность грун­тов оснований сооружений, образуются зоны дробления, снижает­ся прочность грунтов, по трещинам разрывов периодически происходят смещения, циркулируют подземные воды. При крутом падении пластов сооружение может располагаться одновременно на различных фунтах, что иногда приводит к неравномерной сжи­маемости слоев и деформации сооружений. Для зданий неблаго­приятным условием является сложный характер складок. Нежела­тельно располагать сооружения на линиях разломов.

20 Грунтоведение — это наука о грунтах. Понятие «грунт» до сих пор является неоднозначным, вокруг него ведется много споров, и до конца вопрос определения этого термина еще не решен.

Например, одним таким определением является следующее: грунты — это любые горные породы (магматические, осадочные, метаморфические) и твердые отходы производства, залегающие на поверхности земной коры и входящие в сферу воздействия на них человека при строительстве зданий, сооружений, дорог и других объектов. На прочность грунтов влияют: минеральный состав, характер структурных связей, трещиноватость, степень выветрелости, сте­пень размягчаемости в воде и др. Для нескальных грунтов другой важной характеристикой прочности является сопротивление сдви­гу. Определение этого показателя необходимо для расчета устой­чивости оснований, т. е. несущей способности, а также для оцен­ки устойчивости грунтов в откосах строительных котлованов, расчета давления грунта на подпорные стены и т. д. Сопротивле­ние сдвигу оценивается силами внутреннего сдвига ф, град., и сцепления С, кПа. Под первыми понимают силы сопротивления, которые возникают между соприкасающимися друг с другом час­тями грунта, а под вторыми — сопротивление структурных связей грунта всякому перемещению слагающих частиц.

Прочность грунтов. К числу наиболее важных физико-механи­ческих свойств грунтов относят их прочность. Прочностные ха­рактеристики грунтов являются определяющими при решении инженерно-геологических задач, возникающих при оценке осно­ваний, проектировании, строительстве и эксплуатации фундамен­тов сооружений. Сопротивление грунтов сдвигу является их важ­нейшим прочностным свойством. Под действием некоторой внешней нагрузки в определенных зонах грунта связи между час­тицами разрушаются и происходит смещение (сдвиг) одних час­тиц относительно других — грунт приобретает способность нео­граниченно деформироваться под данной нагрузкой. Разрушение грунта происходит в виде перемещений одной части грунтового массива или слоистой толщи относительно другой (к числу при­меров, часто возникающих в строительной практике, можно от­нести оползание откосов строительных котлованов и других вые­мок, «выпор» грунта из-под сооружений).

Сопротивление грунтов сдвигу в определенном диапазоне дав­лений (от десятых долей до целых единиц МПа) может быть описано линейной зависимостью Кулона. Величины ф и С являются параметрами зависимости сопро­тивления грунтов сдвигу, которые необходимы для инженерных расчетов прочности и устойчивости массивов грунтов.

Подробное рассмотрение процессов формирования прочности различных грунтов на основе обобщения результатов многочис­ленных экспериментальных исследований привело специалистов к выводу о том, что параметры прочности (ф и Q не являются однозначными факторами в формировании сопротивления сдвигу для глинистых и песчаных грунтов. Так, для песков основную роль играет внутреннее трение, выражаемое коэффициентом внутрен­него трения 1§ф, сцепление же носит подчиненный характер, главным образом, это сцепление-зацепление между отдельными частицами, вторичные цементационные связи между пленками на поверхности песчаных частиц. Сцепление в песках обусловле­но, таким образом, морфоскопическими особенностями их зерен. В глинистых грунтах главная роль принадлежит сцеплению С, в силу развитых внутренних связей различного характера и приро­ды в этих грунтах. Несколько упрощая вопросы формирования прочности в грунтах различного состава и строения, можно условно записать, что в зависимости Кулона в глинах коэффици­ент внутреннего трения tgcp стремится к нулю, а в песках, в свою очередь, сцепление С стремится к нулю.

Минеральный состав песков и глин определяет характер со­противления их сдвигу; для глинистых грунтов характерно сопро­тивление их одноосному сжатию и разрыву. Содержание в песках слюд, хлорита, талька и других минералов, характеризующихся низкими показателями трения, снижает сопротивление таких песков сдвигу. Наименьшее сопротивление сдвигу и сжимаемость характерны для монтмориллонитовых глин.

Исключение составляют глины в воздушно-сухом состоянии, по изложенным выше причинам. Наибольшее сопротивление на одноосное сжатие и разрыв будет присуще тем же глинам, благо­даря дегидратации, обусловливающей образование в фунте мак­симума контактов, проявляющихся в степени развития ион­но-электростатических связей.

Физико-механические свойства дисперсных фунтовзависят, таким образом, от соотношения твердой и жидкой минеральных компонент фунта. В последнее время получены данные о влия­нии на физико-механические свойства органики (гумуса) элемен­тов биоты и газовой компоненты и о чрезвычайно важной роли в этом структурно-текстурных особенностей дисперсных фунтов. К примеру, как это уже отмечалось, глинистые фунты обладают сопротивлением сжатию и на разрыв, в песчаных фунтах послед­нее свойство практически не проявляется.

Формирование физико-механических свойств скальных фун­тов имеет свои специфические особенности, весьма важные и необходимые для познания их природы и прогноза проявления. При изучении скальных горных пород важно установить содер­жание в них породообразующих минералов. Наибольшее значе­ние имеют минералы класса первичных силикатов — полевые шпаты, пироксены, амфиболы, оливин и др. С определенной условностью к ним относят кварц, у которого, как известно, пре­обладают внутрикристаллические связи. Ифают роль и простые соли: карбонаты, сульфаты, галоиды имеют ионный тип связей, которые существуют внутри самих минералов (атомов, ионов, ра­дикалов). Свойства же минералов передаются свойствам фунтов.

Наибольшее значение для скальных пород имеет их трещино­ватость. К скальным породам с кристаллическими и структурны­ми связями относятся, главным образом, магматические и мета­морфические. При пористости 1—5 % эти породы могут характеризоваться трещинной системой объемом в 10—20 %. Очевидно, что водопроницаемость трещиноватых фунтов, физи­ко-механические свойства определяются не столько их пористо­стью, сколько трещиноватостью.

В настоящее время выделяют различные генетические типы трещин:

первичной отдельности, или литогенетические, обычно тон­кие, чистые от заполнителя, закономерно ориентированные;

выветривания, иногда значительные по размерам, затухаю­щие с глубиной, с различным по составу заполнителем;

тектонического происхождения, различного, иногда весьма значительного размера, незатухающие с глубиной, с различным за­полнителем или без него.

Иногда выделяют также специфические трещины исключите­льно сейсмогенного происхождения. Для характеристики трещи­новатости разработаны специальные приемы, описывающие их ориентированность, размеры и другие параметры.

Трещины подразделяют на тонкие (менее 1 мм), мелкие (1—5 мм), средние (5—20 мм), крупные (20—100 мм) и очень крупные (более 100 мм).

Высокая прочность магматических и метаморфических пород, как уже отмечалось, объясняется наличием структурных кристал­лизационных связей химической природы. Под воздействием факторов выветривания магматические и метаморфические гор­ные породы разрушаются; если физическое выветривание преоб­ладает над химическим и разрушение сводится в основном к дроблению фунтов, то при участии процессов денудации из вы­ходящих на поверхность фунтов образуются крупнообломочные и песчаные породы со слабыми молекулярными, капиллярными и электростатическими структурными связями. В случае, когда химическое выветривание преобладает над физическим, из на­званных горных пород формируются чаще всего глинистые и, может быть, лессовые, но скорее всего пылеватые породы с чрез­вычайно разнообразными свойствами.

Примечательно, что скальные фунты, представленные карбо­натными, сульфатными и галоидными породами, сцементирован­ными, крупнообломочными и мелкообломочными породами, пес­чаниками, характеризуются в свойствах степенью литификации, качеством и количеством цемента для последних.

При характеристике деформационных свойств скальных фун­тов принимают во внимание модуль деформации Е, модуль упру­гости Е_у и модуль общей деформации Е₀. Модуль упругости ра­вен отношению напряжения т при одноосном сжатии к относительной обратимой деформации.

Для упругодеформируемого материала модуль упругости и мо­дуль общей деформации устанавливаются для определенной ве­личины и продолжительности действия давления.

Модуль упругости и модуль общей деформации зависят от ха­рактера фунта и его структуры: для скальных пород Еу/Е₀ ~ 2. По­казателем деформационных характеристик скальных фунтов слу­жит также коэффициент Пуассона ц, определяющий, в какой мере происходит изменение объема фунта в процессе деформации.

Коэффициент Пуассона представляет собой собственно харак­теристику упругой деформации, зависящую в основном от свойств породообразующих минералов. Эта характеристика поро­дообразующих минералов изменяется в широком диапазоне от 0,08 до 0,34, что определяется особенностями кристаллической решетки и направлением реализации напряжений относительно кристаллофафических осей. Коэффициент Пуассона зависит от минералогического состава фунта, пористости и трещиноватости.

Кроме отмеченного влияния на свойства скальных фунтов трещиноватости, очень велико воздействие на них степени вы­ветрелости скальных грунтов. Например, степени размягчаемости 182 в воде скальных грунтов — отношения временных сопротивлений к одноосному сжатию в водонасыщенном Д;И в воздушно-сухом R_s состояниях.

Следует отметить, что временное сопротивление фунта, осо­бенно скального, одноосному сжатию, или предел прочности на сжатие Лс_Ж, является чрезвычайно важной классификационной ха­рактеристикой, согласно которой проводится отнесение фунта к скальному (> 5 МПа) или нескальному (< 5 МПа). Естественно, эта характеристика описывает фунт в образце в измененных (при отсутствии естественного напряженного состояния) условиях.

21 Геологические свойства грунтов.Физические свойства грунтов. Инженерно-геологические свой­ства горных пород являются весьма емким понятием, охватываю­щим их физические, водно-физические и механические свойства. Определение этих свойств, назначение их расчетных значений при проектировании оснований и фундаментов различных соору­жений, прогноз их изменений во времени и являются основной конечной целью грунтоведения. При определении параметров свойств грунтов возникают конкретные задачи, решаемые раз­личными способами и методами грунтоведческих исследований, для которых разработаны конкретные методики, приборы и обо­рудование.

Физические свойства горных пород естественно охватывают все их генетические классы от магматических и метаморфических до обломочных и тонкодисперсных осадочных. Однако в связи с тем, что в строительной практике чаще всего приходится иметь 170 дело с рыхлыми дисперсными породами, а также в связи с тем, что эти породы обладают значительной изменчивостью свойств, рассмотрение характеристик свойств грунтов мы будем проводить в основном для этих грунтов.

Отметим вначале наиболее характерные физические свойства горных пород, согласно ГОСТ 25100—95. К числу наиболее важ­ных характеристик относятся плотность и пористость породы.

Плотность грунта — это отношение массы породы, включая массу воды в ее порах, к занимаемому этой породой объему. Плотность породы зависит от минералогического состава, влаж­ности и характера сложения (пористости)

Плотностью частиц грунта называют отношение массы сухо­го грунта, исключая массу воды в его порах, к объему твердой части этого грунта.

Плотность частиц грунта изменяется для всех горных пород в небольших пределах от 2,61 до 2,75 г/см³ и для каждой генетиче­ской разности породы определяется только ее минералогическим составом.

Удельный вес грунта характеризует отношение веса грунта, включая вес воды в его порах, к занимаемому этим фунтом объ­ему, включая поры.

Плотность скелета породы, или плотность сухого фунта, представляет собой отношение массы минеральных частиц поро­ды (твердой части фунта) при естественной структуре, исключая массу воды в его порах, к занимаемому этой породой объему.

Плотность скелета породы — величина более постоянная по сравнению с плотностью породы.

Удельный вес частиц грунта характеризует отношение веса су­хого грунта к объему его твердой части.

Удельный вес сухого грунта характеризует отношение веса су­хого фунта ко всему занимаемому этим фунтом объему.

Физические значения плотности применяют для характери­стики физических свойств горной породы фунта основания или строительного материала, а также в динамических расчетах осно­ваний.

Физические значения удельного веса используют непосредст­венно в остальных расчетах оснований, в частности при опреде­лении природного давления, при расчете осадки.

Пористость пород представляет собой характеристику пустот или свободных промежутков между минеральными частицами, составляющими породу.

Пористость обычно выражают в виде процентного отношения объема пустот к общему объему породы:

Приведенной пористостью, или коэффициентом пористости, называют отношение объема пустот (пор) к объему твердых ми­неральных частиц породы.

Водно-физические свойства грунтов. Влажностью породы W на­зывают отношение массы воды, содержащейся в порах породы, к массе сухой породы (высушивание образца должно производить­ся в термошкафу при t= Ю5...107°С в течение 8 ч и более).

Влажность породы, кроме того что она является физическим свойством породы, служит важнейшей характеристикой ее физи­ческого состояния, определяющей прочность, деформируемость и другие свойства при использовании в инженерных целях.

Под естественной (весовой) влажностью породы W, %, пони­мается количество воды, содержащееся в породе в естественных условиях:

Максимально возможное содержание в грунте связанной, ка­пиллярной, фавитационной воды при полном заполнении пор на­зывают полной влагоемкостъю породы.

Под гигроскопической влажностью W_r понимают влажность воздушно-сухого фунта. Степенью влажности, или относительной влажностью, называют степень заполнения пор фунта водой и характеризуется отношением объема воды к объему пор.

По степени водонасыщенности все рыхлые породы подразде­ляют на четыре основные группы.

Максимальная молекулярная влагоемкость характеризует содер­жание прочносвязанной, рыхлосвязанной воды и воды ближней гидратации, т. е. влажность фунта при максимальной толщине пленок связанной воды вокруг минеральных частиц W_{M MB}. Ее определяют центрифугированием для глинистых фунтов, а для песчаных и супесчаных фунтов — способом высоких колонн.

Пластичность — способность породы изменять под действием внешних сил (давления) свою форму, т. е. деформироваться без разрыва сплошности и сохранять полученную форму, после того как действие внешней силы прекратилось, — является характери­стикой, во многом определяющей деформируемость.

Деформируемость глинистых пород под действием давления зависит от их консистенции (относительной влажности). Для то­го чтобы выразить в численных показателях пределы влажности породы, при которой она обладает пластичностью, введены по­нятия о нижнем и верхнем пределах пластичности.

Нижним пределом пластичности W_p, или границей раскатыва­ния, называют такую степень влажности глинистой породы, при которой глинистая масса, замешанная на дистиллированной во­де, при раскатывании ее в жгутик диаметром 3 мм начинает кро­шиться вследствие потери пластических свойств, т. е. такая влаж­ность, при которой связный фунт переходит из твердого состояния в пластичное.

Верхний предел пластичности W/, или граница текучести, пред­ставляет собой такую степень влажности глинистой породы, при которой глинистая масса, положенная в фарфоровую чашку и разрезанная глубокой бороздой, сливается после трех легких тол­чков чашки ладонью. При большей степени влажности глинистая масса течет без встряхивания или при одном-двух толчках, т. е. такая степень влажности, при которой связный фунт переходит из пластичного состояния в текучее.

Деформационные и прочностные свойства грунтов и их характе­ристики. Расчет оснований сооружений, проектирование фунда­ментов, качественных насыпей, создание проектов производства работ, оценка и прогноз эксплуатации оснований и фундаментов, а в конечном итоге и сооружений; выяснение причин развития и активизации природных геологических и инженерно-геологиче­ских процессов и явлений невозможны без определения физи­ко-механических свойств фунтов, наиболее важными из которых являются деформационные и прочностные.

23 -24)Геоморфология и инженерная геология. Изложение основных представлений из геоморфологии и изучение динамики земли убеждает в том, что для правильного решения инженерно-геологических задач необходимо проводить почти полный цикл геоморфологических исследований, особенно динамики экзогенных сил. Так, в настоящее время для инженерного проектирования совершенно недостаточно обоснования выбора места для строительства объекта с точки зрения механики грунтов и общей оценки геологического строения местности. Поэтому возникает вопрос о создании новой отрасли знаний на стыке инженерной геологии и геоморфологии — инженерной геоморфологии.

Эта наука должна будет заниматься исследованием и оценкой рельефообразующих процессов и форм рельефа для поиска оптимального варианта размещения инженерно-строительных сооружений, обеспечения их рациональной и эффективной эксплуатации и защиты от разрушительных стихийных процессов.

Основной задачей инженерной геоморфологии является изучение состояния динамического равновесия рельефа, выявление степени его устойчивости и прогнозирование изменений форм его в результате строительства. Такие прогнозы необходимы не только для выбора оптимального варианта размещения объекта, но и для гарантии его безаварийной службы.

В период проектирования зданий и сооружений инженер строитель должен четко представлять задачи, которые следует решать геоморфологически:

• определять пригодность данного рельефа как такового, так и в динамике его изменения для строительства;

• устанавливать форму и тип рельефа;

• определять происхождение рельефа в целях выяснения его устойчивости во времени;

• определять возможную скорость изменения форм рельефа на строительной территории, т. е. составлять прогноз на будущее, на период эксплуатации объекта (например, скорость размыва берега и дна реки, рост оврагов и т. д.);

• устанавливать, как динамика рельефа может повлиять на устойчивость объекта и возможности его бесперебойного функционирования.

25 Воды, находящиеся в верхней части земной коры, носят название подземных. Науку о подземных водах, их происхождении, условиях залегания, законах движения, физических и химических свойствах, связях с атмосферными и поверхностными водами называют гидрогеологией.

Для строителей подземные воды в одних случаях служат источником водоснабжения, а в других выступают как фактор, затрудняющий строительство. Особенно сложным является производство земляных и горных работ в условиях притока подземных вод, затапливающих котлованы, карьеры, траншеи, подземные горные выработки: шахты, штольни, туннели, галереи и т.п. Подземные воды ухудшают механические свойства рыхлых и глинистых пород, могут выступать в роли агрессивной среды по отношению к строительным материалам, вызывают растворение многих горных пород (гипс, известняк и др.) с образованием пустот и т. д.

Строители должны изучать подземные воды и использовать их в производственных целях, уметь сопротивляться их негативному воздействию при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.

26-27 Влагоемкость — способность породы вмещать и удерживать в себе воду. В том случае, когда все поры заполнены водой, порода будет находиться в состоянии полного насыщения. Влажность, отвечающая этому состоянию, называют полной влагоемкостью

Наибольшее значение fVnB совпадает с величиной пористости породы. По степени влагоемкости породы подразделяют на весьма влагоемкие (торф, суглинки, глины), слабовлагоемкие (мергель, мел, рыхлые песчаники, мелкие пески, лёсс) и невлагоемкие, не удерживающие в себе воду (галечник, гравий, песок).

Водоотдача WB — способность пород, насыщенных водой, отдавать гравитационную воду в виде свободного стока. При этом считают, что физически связанная вода из пор породы не вытекает, поэтому принимают WB = WUB

Величина водоотдачи может быть выражена процентным от-ношением объема свободно вытекающей из породы воды к объему породы или количеством воды, вытекающей из 1 м3 породы (удельная водоотдача). Наибольшей водоотдачей обладают крупнообломочные породы, а также пески и супеси, в которых величина WB колеблется от 25 до 43 %. Эти породы под влиянием гравитации способны отдавать почти всю имеющуюся в их порах воду. В глинах водоотдача близка к нулю.

Водопроницаемость — способность пород пропускать гравитационную воду через поры (рыхлые породы) и трещины (плотные породы). Чем больше размер пор или чем крупнее трещины, тем выше водопроницаемость пород. Не всякая порода, которой присуща пористость, способна пропускать воду, например, глина с пористостью 50—60 % воду практически не пропускает.

Водопроницаемость пород (или их фильтрационные свойства) характеризуется коэффициентом фильтрации кф (см/с, м/ч или м/сут), представляющим собой скорость движения подземной воды при гидравлическом градиенте, равном 1.

По величине кф породы разделяют на три группы:

1) водопроницаемые — кф > 1 м/сут (галечники, гравий, песок, трещиноватые породы);

2) полупроницаемые — кф = 1...0,001 м/сут (глинистые пески, лесс, торф, рыхлые разности песчаников, реже пористые известняки, мергели);

3) непроницаемые — кф < 0,001 м/сут (массивные породы, глины). Непроницаемые породы принято называть водоупорами, а полупроницаемые и водопроницаемые — единым термином водопроницаемые, или водоносными, горизонтами.

В фильтрации может принимать участие вода в связанном со-стоянии. Так, в глинах ее приводят в состояние движения увеличением разности напоров (градиента фильтрации), действием электро- и термоосмотических сил.

Вопрос 28. Водоносный горизонт - это слой грунта, который содержит в порах или трещинах значительное количество воды. Отметим, что вода может двигаться через водоносный горизонт, причем относительно быстро. Водоупором называется слой, который практически не пропускает через себя воду. При этом водоупорный слой может как содержать в себе воду (например, глина) так и не содержать ее совсем (например, монолитный скальный грунт).

Водоносный горизонт можно рассматривать, как подземную емкость (резервуар). Вода попадает туда либо естественным путем - инфильтрующиеся атмосферные осадки, разгрузка из выше- или нижележащих горизонтов, рек, озер - либо искусственным, через нагнетательные скважины. Вода покидает такой резервуар также либо естественным путем - сток в реки, озера, другие слои, на поверхность (источники) - либо искусственным, через откачивающие скважины (рис.1). Напорный горизонт (пласт), часто называемый артезианским, ограничен сверху и снизу водонепроницаемыми отложениями. Если такой водоносный горизонт вскрывается буровой скважиной, вода в ней поднимается вверх и иногда может даже изливаться на земную поверхность. Уровень воды в скважинах, вскрывающих напорный водоносный горизонт, соответствует некой воображаемой поверхности, которая называется пьезометрической, или напорной.

Вопрос 29. Подземные воды— воды, находящиеся в толще горных пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и газообразном состоянии.

Подземные воды имеют разное происхождение: одни из них образовались в результате проникновения талых и дождевых вод до первого водоупорного горизонта (то есть до глубины 1,5-2,0 м, которые образуют грунтовые воды, то есть так называемая верховодка); другие занимают более глубокие полости в земле. Для определения наличия подземной воды проводится разведка: бурятся опорные скважины с отбором керна,

изучается керн и определяется относительный геологический возраст пород, их мощность (толщина),

проводятся опытные откачки, определяются характеристики водоносного горизонта, оформляется инженерно-геологический отчет;

по нескольким опорным скважинам составляются карты, разрезы, проводится предварительная оценка запасов полезных ископаемых (в данном случае, воды);

По условиям залегания подземные воды подразделяются на: почвенные; грунтовые; межпластовые; артезианские; минеральные.

Почвенные воды заполняют часть промежутков между частицами почвы; они могут быть свободными (гравитационными), перемещающимися под влиянием силы тяжести, или связанными, удерживаемыми молекулярными силами.

Грунто́вые воды образуют водоносный горизонт на первом от поверхности водоупорном слое. В связи с неглубоким залеганием от поверхности уровень грунтовых вод испытывает значительные колебания по сезонам года: он то повышается после выпадения осадков или таяния снега, то понижается в засушливое время. В суровые зимы грунтовые воды могут промерзать. Эти воды в большей мере подвержены загрязнению.

Межпластовые воды — нижележащие водоносные горизонты, заключенные между двумя водоупорными слоями. В отличие от грунтовых, уровень межпластовых вод более постоянен и меньше изменяется во времени. Межпластовые воды более чистые, чем грунтовые. Напорные межпластовые воды полностью заполняют водоносный горизонт и находятся под давлением. Напором обладают все воды, заключенные в слоях, залегающих в вогнутых тектонических структурах.

Минеральные воды выходят на поверхность в виде источников или выводятся на поверхность искусственно с помощью буровых скважин.

Вопрос 30 Верховодкой называют временные скопления подземных вод в зоне аэрации. Эта зона располагается на небольшой глубине от поверхности, над горизонтом грунтовых вод, где часть пор пород занята связанной водой, другая часть – воздухом.

Верховодка представляет значительную опасность для строительства. Залегая в пределах подземных частей зданий и сооружений (подвалы котельные) она может вызвать их подтопление, если заранее не были предусмотрены меры дренирования или гидроизоляции. В последнее время в результате значительных утечек воды (водопровод, бассейны) отмечено появление горизонтов верховодок на территории промышленных объектов и новых жилых районов, расположенных в зоне расположения лессовых пород. Это представляет серьезную опасность, так как грунты оснований снижают свою устойчивость, затрудняется эксплуатация зданий и сооружений.

При инженерно-геологических изысканиях, проводимых в сухое время года, верховодка не всегда обнаруживается. Поэтому ее появление для строителей может быть неожиданным.

Вопрос 31 Грунтовым горизонтомназывают безнапорный или напорно-безнапорный пласт, который залегает на первом от поверхности водоупорном слое, распространенном на всей изучаемой площади. Такой водонепроницаемый пласт обычно называют региональным водоупором. Выше грунтового горизонта находится зона аэрации - зона, где заполнены водой не все поры или трещины. Вода в ней удерживается капиллярными силами. Через зону аэрации происходит инфильтрация атмосферных осадков.

Особой разновидностью безнапорного водоносного горизонта является верховодка. Это вода, залегающая в зоне аэрации на ограниченных по площади (метры, десятки метров) непроницаемых или полупроницаемых отложениях.

Вопрос 32 Межпластовые подземные воды характеризуются тем, что они приурочены к водоносному горизонту (пески или известняк подстилаемому и перекрываемому водоупорными породами (глины).

Нередко в толще осадочных пород имеется несколько водоносных пластов с напорной водой. В таком случае получается поэтажное расположение водоносных пластов.

Межпластовые подземные воды залегают между двумя водоупорными слоями, из которых один — нижний — является водонепроницаемым ложем, а другой — верхний — водонепроницаемой кровлей. Глубина залегания межпластовых вод колеблется от десятков и сотен до тысячи метров и более. Наличие водонепроницаемой кровли препятствует попаданию воды в межпластовые слои из расположенных выше горизонтов. Пополнение межпластовых вод может происходить лишь в местах выклинивания водоносного горизонта на поверхность. Обычно зоны питания залегают на значительном (сотни километров) расстоянии от места водозабора. Чем больше это расстояние, тем надежнее защита межпластовых вод от поступления загрязнений с поверхности. Добыча межпластовых вод производится через буровые скважины.

В зависимости от условий залегания межпластовые воды могут быть напорными или ненапорными. Чаще всего межпластовая вода заполняет всю толщу водосодержащей породы (песчаной, гравелистой или трещиноватой) между водоупорными слоями. При этом давление, под которым находится вода в водоносном слое, становится выше атмосферного. Если прорезать водонепроницаемую кровлю скважиной, то благодаря чрезмерному давлению вода в ней поднимается, а иногда даже выливается на поверхность в виде фонтана. Такая межпластовая вода называется напорной, или артезианской1, а уровень, на который она поднимается в скважине самотеком, называется статическим. Ненапорные межпластовые воды не способны подниматься самостоятельно, их статический уровень в скважине соответствует глубине залегания.

Вопрос 33 Классификация подземных вод по литологии и состоянию водовмещающих пород:

Поровые воды, поровые растворы, подземные воды, находящиеся в порах горных пород, почв и донных осадков океанов, морей и озёр. Среди П. в. различают два вида в зависимости от размера вмещающих пор: макро- и микрокапиллярные. П. в. находятся под действием поверхностных сил минеральных частиц и обладают свойствами связанной воды, выделение которой проводится отпрессовыванием, центрифугированием или отсасыванием под вакуумом.

Трещинные воды — подземные воды, содержащиеся в трещиноватой зоне скальных пород разного состава и возраста. Это разные кристаллические породы магматического происхождения (граниты, базальты и др.), и метаморфические, главным образом различные сланцы. Довольно многочисленной является группа скальных пород осадочного происхождения (кварциты, плотные песчаники, некоторые категории перекристаллизованных известняков).

Карстовые воды - подземные воды, формирующиеся, залегающие или движущиеся в карстующихся породах. Карстующиеся породы - горные породы, растворимые природными поверхностными и подземными водами: известняки, доломиты, гипсы, ангидриты, каменные и калийные соли.

воды многолетнемерзлых пород

Многолетнемерзлые породы развиты почти повсеместно к северу от Полярного круга за исключением значительной части Северной Скандинавии.Главная причина возникновения многолетней мерзлоты очевидна: это исключительно холодный климат, в условиях которого породы имеют температуры ниже точки их замерзания. Однако в деталях различные физические факторы, от которых зависит температура породы, сложны и в большинстве случаев пока не поддаются количественной оценке.

Вопрос 34. По характеру использования подземные воды подразделяются на хозяйственно-питьевые, технические, промышленные, минеральные воды и термальные воды. К водам хозяйственно-питьевого типа, используемым для водоснабжения, относят пресные воды, отвечающие кондициям (с определёнными вкусовыми качествами, не содержащие вредных для здоровья человека веществ и микроорганизмов). Промышленные воды с повышенным содержанием отдельных химических элементов (I, Br, В и др.) представляют интерес в качестве источника этих элементов, а также используются в некоторых областях промышленности.

Особую группу составляют минеральные воды. Эти воды обладают повышенным содержанием биологически активных минеральных (реже органических) компонентов или специфическими свойствами (температура, радиоактивность и др.), благодаря которым оказывают на организм человека лечебное действие.

К особой категории относятся также месторождения гипертермальных вод (с температурой до 1000С и выше), связанные с областями современного вулканизма (Камчатка, Курильские острова и др.). Горячие воды таких месторождений используются геотермальными электростанциями и для теплоснабжения близлежащих населенных пунктов. При этом проблемой эксплуатации этих вод является их высокая минерализация и газонасыщенность, определяющие высокую химическую активность вод и интенсивное выпадение солей при охлаждении.

Для эксплуатации естественных источников и вод из глубоко залегающих водоносных горизонтов проводится каптаж. Каптаж (франц. captage, от лат. capto — ловлю, хватаю) - комплекс инженерно-технических мероприятий, обеспечивающий вскрытие подземных вод (а также нефти и газа), вывод их на поверхность и возможность эксплуатации. Простейшим типом каптажных сооружений является колодец, вскрывающий подземные воды неглубоко залегающих водоносных горизонтов.

Вопрос 35. динамика подземных вод - учение о движении воды в горных породах земной коры, совершающемся под влиянием как природных, так и искусственных факторов. В сферу изучения входит движение вод не только в водоносных, насыщенных водой породах, но и различные виды передвижения воды в ненасыщенных пористых образованиях.

Типы потоков жидкости. Совокупность элементарных струек жидкости представляет собой поток жидкости. Различают следующие типы потоков (или типы движений жидкости).

Напорные потоки (напорные движения) - это такие, когда поток ограничен твердыми стенками со всех сторон, при этом в любой точке потока давление отличается от атмосферного обычно в большую сторону, но может быть и меньше атмосферного. Движение в этом случае происходит за счёт напора, создаваемого, например, насосом или водонапорной башней. Давление вдоль напорного потока обычно переменное. Такое движение имеет место во всех гидроприводах технологического оборудования, водопроводах, отопительных системах и т.п.

Безнапорные потоки (безнапорные движения) отличаются тем, что поток имеет свободную поверхность, находящуюся под атмосферным давлением. Безнапорное движение происходит под действием сил тяжести самого потока жидкости. Давление в таких потоках примерно одинаково и отличается от атмосферного только за счет глубины потока. Примером такого движения может быть течение воды в реке, канале, ручье.

Свободная струя не имеет твёрдых стенок. Движение происходит под действием сил инерции и веса жидкости. Давление в таком потоке практически равно атмосферному. Пример свободной струи – вытекание жидкости из шланга, крана и т.п.

Вопрос 36 движение грунтовых вод направлено в сторону понижений или по уклону водоупора, причем скорость движения зависит от фильтрующих свойств грунта и уклона потока. Уровень грунтовых вод вблизи водоемов (рек, озер, каналов и др.) обычно связан с колебаниями в них уровня воды, и движение этих грунтовых вод происходит обычно в сторону водоема; в некоторых случаях, в зависимости от времен года, движение грунтовой воды может иметь обратное направление — от водоема. Следует иметь при этом в виду, что при высоких скоростях движения грунтовые воды захватывают и уносят с собой мелкие частицы водоносного слоя, уменьшая этим его плотность и сопротивление сжатию.

Бывают случаи, когда водоносный слой перекрыт водоупорным пластом. Такие межпластовые воды при определенных условиях создают давление на верхний водоупорный слой и возможность его прорыва. Проверка может быть произведена по приближенной формуле:H0 <=2h0

Закон Дарси (Анри Дарси, 1856) — закон фильтрации жидкостей и газов в пористой среде. Получен экспериментально. Выражает зависимость скорости фильтрации флюида от градиента напора:

u=KI где: u — скорость фильтрации, K— коэффициент фильтрации, I— градиент напора.

40). В результате надвига молодые отложения могут быть сверху перекрыты породами бо­лее древнего возраста.

Залегание пластов. При изучении инженерно-геологических условий строительных площадок необходимо устанавливать про­странственное положение пластов. Определение положения слоев (пластов) в пространстве позволяет решать вопросы глубины, мощности и характера их залегания, дает возможность выбирать слои в качестве оснований сооружений, оценивать запасы под­земных вод и т. д.

Значение дислокаций для инженерной геологии. Для строитель­ных целей наиболее благоприятными условиями являются горизонтальное залегание слоев, большая их мощность, однородность состава. В этом случае здания и сооружения располагаются в од­нородной грунтовой среде, создается предпосылка для равномер­ной сжимаемости пластов под весом сооружения. В таких усло­виях сооружения получают наибольшую устойчивость.

Поиск по сайту: