Тема 1. 1. Инженерно-геологические исследования строительных площадок

КУРС ЛЕКЦИЙ

 

ПМ.01. УЧАСТИЕ В ПРОЕКТИРОВАНИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

МДК.01.01 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

 

 

08.02.01 СТРОИТЕЛЬСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Тобольск, 2020

Курс лекций разработан на основании:

­ Федерального закона «Об образовании в Российской Федерации» (от 29.12.2012 № 273-ФЗ);

­  Федерального государственного образовательного стандарта (далее – ФГОС) по специальности среднего профессионального образования (далее СПО), 08.02.01. Строительство и эксплуатация зданий и сооружений (приказ Министерства образования и науки Российской Федерации от 10.01.2018 № 2, зарегистрирован в Минюст в Минюсте России 26.01.2018 № 49797)

­ Учебного плана по специальности 08.02.01. Строительство и эксплуатация зданий и сооружений.

Тема 1.1. Инженерно-геологические исследования строительных площадок, Тема 1.2. Строительные материалы и изделия, Тема 1.3. Архитектура зданий предусматривают изучение инженерно-геологических работ в период проектирования и строительных материалов и изделий, применяемых при строительстве зданий и сооружений.

Учебный материал рекомендуется изучать в той последовательности, которая дана в методических указаниях:

ü ознакомление с     тематическим планом      и     методическими указаниями по темам;

ü изучение   программного      материала по   рекомендуемой литературе;

ü составление ответов на вопросы самоконтроля, приведенные после каждой темы.

При изучении материала необходимо соблюдать единство терминологии, обозначений, единиц измерения в соответствии с действующими ГОСТами и СНиПами.

Учебное пособие предназначено как для студентов, обучающихся по специальности 08.02.01 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений», так и для преподавателей.

Организация-разработчик: ГАПОУ ТО «Тобольский многопрофильный техникум»

 

Разработчики:

Малетина И.С.  преподаватель ГАПОУ ТО «Тобольский многопрофильный техникум»

«Рассмотрено» на заседании цикловой комиссии педагогических работников технического направления (г. Тобольск)

Протокол № ___ от «___» ___________ 2020 г.

Председатель цикловой комиссии ______________ / Т.Ю. Паршакова/

«Согласовано»

Методист _______________/Симанова И.Н./

Содержание

ТЕМА 1.1. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПЛОЩАДОК 4

ВВЕДЕНИЕ.. 4

Лекция 1. Геологическое строение и возраст горных пород. 5

Лекция 2. Породообразующие минералы и горные породы.. 11

Лекция 3. Гидрогеология. 17

Лекция 4. Грунты.. 25

Лекция 5. Геоморфология, формы рельефа. 27

Лекция 6. Инженерно-геологические изыскания. 29

 

ТЕМА 1.1. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПЛОЩАДОК

ВВЕДЕНИЕ

Геология как наука

Геология - это наука изучающая состав, строение, происхождение и развитие Земли, закономерности и процессы ее формирования, составляющие ее горные породы и минералы, историю развития жизни на планете.

Основной объект изучения – земная кора (литосфера).

Геология развивалась и выделила ряд разделов:

1. Минералогия – это наука о минералах, их составе, свойствах и процессах образования.

2. Кристаллография – это наука о кристаллах природных и искусственных, их форме и структуре.

3. Петрография – это наука о горных породах, которые состоят из нескольких минералов, изучает происхождение, состав, свойства, условия залегания.

4. Динамическая геология – это наука о процессах, происходящих в земной коре и на поверхности, преобразующих ее.

5. Историческая геология – это наука, изучающая историю развития коры и населяющих ее растительных и животных организмов.

6. Гидрогеология – это наука о подземных водах, их образовании, залегании, движении и свойствах; использовании в хозяйстве и влиянии на устойчивость инженерных сооружений.

7. Грунтоведение.

Задачи инженерной геологии

Главная цель – изучение природной геологической обстановки местности до начала строительства, прогноз изменений, которые произойдут в геологической среде в процессе строительства и эксплуатации.

Это определяет основные задачи:

1. Выбор благоприятного в геологическом отношении места строительства данного объекта.

2. Выявление инженерно-геологических условий для того, чтобы выбрать рациональные конструкции фундамента и объекта в целом, а также технологий производства строительных работ.

3. Выработать мероприятия по инженерной защите территории и охране геологической среды.

Лекция 1. Геологическое строение и возраст горных пород

Геологическая хронология

Дает представление о возрасте Земли и отдельных ее слоев и возрасте горных пород. Все время разделили на отрезки. Так была создана геологическая шкала. Для слоев пород, которые образовались в эти отрезки времени, были предложены свои названия, что позволило создать стратиграфическую шкалу.

Геохронологическая  шкала	Стратиграфическая шкала слоев пород
Эон Эра Период Эпоха Век Время	Эонотема Эратема Система Отдел Ярус Зона

 

Каждый отрезок времени получил свое наименование и обозначение виде индекса, а на геологических картах – свою окраску.

Возраст горных пород

Имеет большое значение, поскольку определяет строение, прочность и деформационные характеристики. Например: породы архейской группы отличаются большей прочностью по сравнению мезозойской группой.

Различают абсолютный и относительный возрасты.

Абсолютный возраст – продолжительность существования породы, выраженная в годах. Определяется по содержанию в породе радиоактивных элементов. Параметры, время распада и конечный продукт известны.

Относительный возраст – позволяет определить возраст пород относительно друг друга, т.е. устанавливать какие породы древнее, а какие моложе.

Используют два метода определения возраста пород:

1. Палеонтологический метод: определяет возраст независимо от залегания слоев, в основу метода положена история развития органической жизни на Земле. Останки, вымерших организмов, захоронились в тот отрезок времени, когда они жили. Зная последовательность и период жизни вымерших организмов, можно определить возраст пород.

2. Стратиграфический метод: применяют для толщ с ненарушенным горизонтальным залеганием слоев, при этом считают ниже лежащие слои более древними. Этот метод не применяется при залегании слоев в виде складок.

Геологическая карта

Геологическая карта – графическое изображение геологического строения, какого - либо участка земной коры, нанесенного на топооснову определённого масштаба.                                                                                                                                       

Выделяют:

· Карты четвертичных отложений расположенных на поверхности земли

· Карты коренных отложений, т.е. убраны породы четвертичного возраста делятся:

1. стратиграфические – показывают границы пород различного возраста, которые обозначаются разными цветами и индексами;

2. литологические – отражают состав пород, обозначаются условными знаками:

суглинок  

глина  

известняк   

песок      

супесь

гранит       

гравий

Литолого-стратиграфические

4. инженерно-геологические

5. специального назначения (полезных ископаемых, гидрогеологические, геофизические и т.д.)

Карты делятся по масштабу:

· Обзорные 1:500 000 и мельче

· Среднего масштаба 1:200 000 до 1:100 000;

· Детальные крупномасштабные 1:10 000 и крупнее

Геологический разрез – проекция геологических структур на вертикальную плоскость. Он позволяет выявить геологическое строение на глубине.

Их строят по разведочным выработкам или по картам, вертикальный масштаб выбирается в 10 раз крупнее горизонтального.

Лекция 2. Породообразующие минералы и горные породы

Понятие о минералах

Минерал – природное тело однородного состава, представляющее химические элементы и соединения (кварц).

Наука, занимающая изучением свойств, состава, строение минералов называется минералогией.

В природе известно более 7000 минералов, чаще всего в породах встречаются 100 минералов, их называют породообразующими.

Минералы встречаются в трёх состояниях: твёрдые (кварц, графит); жидкие (вода, ртуть); газообразные (метан, сероводород).

 

Классификация минералов

· По происхождению

· По химическому составу

· По кристаллографическим особенностям

· По растворимости

 

По химическому составу:

1. Самородные элементы: минералы, состоящие из одного химического элемента. Входит около 45 минералов, но в строении земной коры составляет 0,1% по весу (например, самородное золото, серебро, медь, платина, графит, алмаз, сера и др.).

2. Сульфиды: соединения различных элементов с серой около 50. Включает ряд минералов – важнейших руд на свинец, медь, цинк и др. (например: пирит FeS₂).

3. Галоидные соединения: соли голоидно-водородных кислот. Наиболее распространены хлористые и фтористые соединения (например: галит, сильвин, флюорит).

4.  Оксиды и гидрооксиды: минералы – соединения различных элементов с кислородом и соединения с кислородом и гидроксильной группой. Он делится на группы:

· Оксиды и гидрооксиды кремния

· Окислы и гидроокислы металлов

 

5. Карбонаты: кальций и доломит.

6. Сульфаты: минералы, представляющие собой соли серной кислоты: гипс, ангидрит.

7. Силикат: породообразующие минералы.

 

По кристаллографическим особенностям:

· Минералы с кристаллической структурой

· Аморфные минералы

Физические свойства

Распознавание минералов осуществляется по их физическим свойствам:

1. Цвет – обуславливается химическим составом и примесями делятся на светлые и тёмные минералы.

2. Твёрдость – сопротивление минерала механическому воздействию. Различают абсолютную и относительную твёрдость. Относительная – определяет в сравнении с другими минералами, твёрдость которых известна и оценивается по десяти – бальной шкале Мооса:

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
тальк	гипс	кальций	флюорит	апатит	ортоклаз	кварц	топаз	корунд	алмаз

 

В полевых условиях используют заменители: твёрдость ногтя = 2 – 2,5; медной монеты =3; стекла = 5 – 5,5; стального ножа = 5,5 – 6.

3. Спайность – способность минерала раскапываться при ударе по определенным направлениям, образуя гладкие плоскости раскола.

Виды спайности:

· Весьма совершенная – легко раскалывает на отдельные пластины (слюда);

· Совершенная – обломки ограниченные правильными плоскостями (каменная соль);

· Несовершенная – местами заметны небольшие гладкие площадки (пирит, апатит);

· Отсутствие спайности (кварц).

 

4. Блеск – обуславливается различным отражением света от поверхности:

· Стеклянный (кварц)

· Жирный (тальк, графит)

· Металлический (пирит)

· Шелковистый

· Матовый

· Перламутровый

 

5. Излом – линия откола, бывает:

· Спайности

· Землистый

· Раковистый

Понятие о горных породах

При проектировании горных работ и строительстве подземных сооружений необходим комплекс сведений о различных свойствах горных пород. Более того нужна определённая систематизация горных пород по свойствам с тем, чтобы без проведения специальных детальных исследований можно было априорно представлять основные особенности поведения какого-либо конкретного вида пород при заданных видах воздействий и тем самым прогнозировать те или иные процессы в массиве пород.

Горные породы представляют собой плотные или рыхлые, слагающие земную кору агрегаты тех или иных минералов, а также обломков других пород. Каждая горная порода имеет минералогический состав, свою структуру и текстуру.

Структура горных пород определяется особенностями внутреннего строения, формой и размерами слагающих их элементов (минералов и цемента) и характером их взаимной связи.

Текстура горных пород определяется ее внешним обликом (слоистость, массивность и т.д.), обусловленным особенностями слагающих пород частиц.

По происхождению горные породы подразделяются на:

- осадочные породы;

- магматические породы;

- метаморфические породы.

Осадочные горные породы - это породы, сформировавшиеся на поверхности или в приповерхностной части Земной коры за счет осаждения продуктов экзогенных процессов.

Осадочные горные породы классифицируются:

- терригенные;

- органогенные;

- хемогенные.

Терригенные сложены неорганическими обломками и глинистыми частицами, снесенными в море с суши, земли (terra - земля). Это песок, глина, песчаник, конгломерат.

Органогенные образовались в результате скопления остатков организмов, большей частью их скелетов. К ним относятся известняки, диатомиты, а также каустобиолиты - бурые и каменные угли.

Хемогенные породы формируются при кристаллизации из воды различных солей. Самые распространенные из них каменная и калийная соли, гипс и др.

Магматической определяется порода, образовавшаяся в результате охлаждения и затвердевания магмы. Так как магма может остывать на глубине, внутри каменной оболочки земного шара, или на земной поверхности, то магматические породы разделяются на интрузивные (внедрившиеся в толщи горных пород) и эффузивные (излившиеся). Наиболее типичными интрузивными породами считаются гранит, диорит, габбро, перидотит и другие. Базальт, липарит, андезит принадлежат эффузивным породам.

В зависимости от текстуры и структуры метаморфические породы делятся на сланцеватые или полосчатые и массивные или плотного строения. К сланцеватым породам относятся гнейсы, слюдяные сланцы, филлиты, хлоритовые, тальковые, роговообманковые сланцы. К массивным, или плотным породам относятся серпентинит (змеевик), грейзены, скарн, роговики, мраморы, кварциты.

В земной коре обнаружены более 1000 горных пород. Они делятся на:

· Мономинеральные (гипс)

· Полиминеральные (гранит)

Классификация горных пород

По происхождению:

· Изверженные породы – образуется при остывании магмы и лавы;

· Осадочные породы – продукты разрушения других пород и накопление останков организмов;

· Метаморфические породы – породы, образовавшиеся при воздействии на извержение или осадочные высоких температур и давления.

По минеральному составу

По степени кислотности

По структуре

Структура – строение породы, определяемая различным сочетанием размеров и форм минералов (кристаллическая, скрытокристаллическая, порфировая, стекловатая)

 

Магматические горные породы

Подразделяются по условиям образования на:

1. Интрузивные (глубинные) – остывание происходит медленно полнокристаллическая равномерно зернистая структура (гранит, диориты, сиениты)

2. Эффузивные (поверхностные) – выходя на поверхность, магма теряет газы и быстро застывает, при этом образуются породы со скрытокристаллической решёткой или стекловидные. В нижней части лавы образуется мелкокристаллические породы, в верхней части – пористые (пуф, пемза и т.д.).

По кислотности SiO ₂ %:

· Ультракислотные (более 75%) – пегматит, обсидиан, туф, пемза, пепел;

· Кислые (65-75%) – гранит, кварцевый порфирит, липарит;

· Средние (55-65%) – сиенит, трахит;

· Основные (45-55%) – габбро, диабаз, базальт;

· Ультраосновные(менее 45%) – пироксениты, перидотит.

Разделение пород по SiO₂ имеет практическое значение с уменьшением кислотности возрастает плотность породы, уменьшается температура плавления, и породы лучше поддаются полировке, окраска становится темнее.

Структура пород:

· Кристаллическая (от весьма крупно – зернистой 10 мм до мелко – зернистой менее 1мм)

· Скрытокристаллическая структура (кристаллы не видны)

· Порфировая (выделяются крупные кристаллы)

· Стекловатая (кристаллическая решётка отсутствует, характерен раковистый излом).

Осадочные горные породы

Делятся по происхождению:

· Обломочные – образуются при механическом разрушении и накопление пород (гравий);

· Глинистые – образуются при механическом разрушении химической и физической переработке и осаждении веществ из водных взвесей;

· Химические образуются на суше при химическом выветривании и выпадение из растворов(известняк, гипс);

· Органогенные происходят от жизнедеятельности организмов.

Эти породы занимают 75% площади земной коры, минеральный состав достаточно разнообразен.                                                                                                                  

 

Обломочные осадочные породы

Название и форма частиц стихии

Размер частиц, мм.