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 пород участвуют 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. Слоистост ь — 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 фунтов зависят, 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 влажнос