Практическая работа 5. Оценка устойчивости склона и необходимые инженерные решения для защиты геологической среды

Задание

Письменно ответить на 5 контрольных вопросов:

 

1. Объясните значение инженерной защиты геологической среды.

2. Опишите горные породы вашего геолого-литологического разреза. Опишите их происхождение (генезис), минералогический и химический составы, структуру, текстуру и условия залегания. Укажите возможность их использования в строительстве.

3. Перечислите процессы внутренней динамики Земли (эндогенные процессы), которые проявляются на участке. Определите наиболее и наименее благоприятные участки с точки зрения сейсмической устойчивости.

4. Объясните сущность процессов внешней динамики Земли (экзогенных процессов). Перечислите процессы, протекающие на вашем участке. Укажите условия их возникновения и возможные защитные мероприятия.

5. Оцените устойчивость склона и перечислите мероприятия, повышающие его устойчивость в соответствии с методическими указаниями.

Исходные данные

 

Мой вариант расчета определяется числом единиц и десятков шифра. Например, для шифра 010, значит следует взять геологический разрез (рис. 2), формулу (2), γ =1,8 т/м³, с =0,5 т/м², tgφ=0,5.

 

 

Таблица к рис. 1

 

i
ŷi	13,2	12,2	11,0	9,8	8,8	7,6	6,6	5,4	4,6	4,2	3,6
yi	11,8	10,0	8,0	6,6	5,6	4,8	4,0	3,4	3,0	3,2	3,6
bi	1,2 1,6 2,0 1,8 1,4 2,5 2,4 2,2 1,6   1,8

 

Таблица 2. Увеличение сейсмической балльности пород

 

Грунты	Приращение балльности
Монолитные граниты Гравийные и галечные Песчаные Глинистые Насыпные	0,0 1,6-2,0 2,0-2,4 2,4-2,9 3,3-3,9

 

 

Рис. 1. Схема геологического разреза (М 1:1000)

 

Объясните значение инженерной защиты геологической среды.

 

Инженерная геология - направление геологии, изучающее верхние горизонты земной коры и её динамику в связи с инженерно-строительной деятельностью человека; рассматривает состав, структуру, текстуру и свойства грунтов; разрабатывает прогнозы тех процессов и явлений, которые возникают при взаимодействии сооружений с природной обстановкой и пути возможного воздействия на процессы с целью устранения их негативного влияния на эксплуатацию сооружений.

Инженерно-геологические процессы — современные геологические процессы, возникшие или активизирующиеся под влиянием техногенных факторов. К инженерно-геологическим процессам относятся: переработка берегов водохранилищ; просадки в лёссах при обводнении; возникновение оползней при выемке горных пород, строительстве городов, дорог, карьеров и т.п.; деформации пород под воздействием фильтрации потока вод при сооружении плотин, откачке вод из выработок; активизация выветривания и т.п. Типы, механизм, интенсивность развития и распространения инженерно-геологических процессов определяются особенностями геологической среды и характером воздействия на неё техногенных факторов.

Увеличение техногенного воздействия вызывает возрастающее распространение инженерно-геологических процессов разных типов, объёмов и интенсивности, иногда с катастрофическими последствиями. В связи с этим проводят оценку и прогноз инженерно-геологических процессов на основе сходства их развития с геологическими процессами, протекающими в естественных условиях, путём детального изучения инженерно-геологических процессов по сети научных стационаров (геодинамических полигонов). С целью рационального инженерного использования территории, обеспечения устойчивости сооружений даются рекомендации по инженерной защите, разрабатываются классификации инженерно-геологических процессов, в которых учитываются факторы возникновения, среда, механизм процессов.

Для предотвращения неблагоприятного воздействия инженерно-геологических процессов на территории и сооружениях проводят инженерные, лесомелиоративные и другие мероприятия, осуществляют режимные наблюдения за развитием процессов, составляют и уточняют прогнозы, оповещают о степени опасности для принятия неотложных мер, исключающих катастрофические последствия.

 

 

Опишите горные породы вашего геолого-литологического разреза. Опишите их происхождение (генезис), минералогический и химический составы, структуру, текстуру и условия залегания. Укажите возможность их использования в строительстве.

ЛЁСС — осадочная горная порода, неслоистая, однородная известковистая, суглинисто-супесчаная, имеет светло-жёлтый или палевый цвет. Лёсс залегает в виде покрова: от нескольких метров до 50—100 м — на водоразделах, склонах и древних террасахдолин.

Дисперсный состав ( гранулометрия ). В лёссе преобладают частицы 0,002—0,05 мм (пылеватые частицы); глинистые частицы менее 0,002 мм присутствуют в количестве 5—30 %; некоторое количество частиц 0,01-0,05 мм представлено агрегатами, образовавшимися при коагуляции коллоидной части породы. Пористость лёсса 40—55 %. Обычно он пронизан тонкими канальцами (макропорами, следами растительных остатков)

Лёсс распространён в Европе, Азии, Северной и Южной Америке, преимущественно в степных и полупустынных районах умеренного пояса.

Минеральный состав. По своему составу лёсс относится обычно к суглинкам, реже к супесям. Крупные частицы в лёссе состоят преимущественно из кварца и полевого шпата, в меньшем количестве — из слюд, роговой обманки и т. д. В отдельных прослоях изобилуют зёрна вулканического пепла, переносившегося ветром на сотни километров от места извержения. Тонкие частицы в лёссе состоят из различных глинистых минералов (гидрослюда, каолинит, монтмориллонит). В лёссе иногда встречаются известковистыеконкреции, раковины наземных моллюсков и кости млекопитающих, особенно грызунов и мамонта.

Происхождение лёсса. Вопрос о происхождении лёсса ещё не получил общепринятого решения. Его образование связывали с различными геологическими процессами (на суше — с деятельностью ветра, дождевых и талых снеговых вод, почвообразованием и выветриванием, вулканизмом, осаждением космической пыли, осадкообразованием в озёрах и морях) и стадиями породообразования.

В 1877 годунемецкий учёный Ф. Рихтгофен предложил гипотезу субаэрального (при ограниченной роли воды) происхождения китайского лёсса.

Популярны теории эолового (В. А. Обручев), почвенного (Л. С. Берг) и комплексного (эоловые, делювиальные и почвенно-элювиальные процессы в засушливом климате) происхождения лёсса.

Эоловая гипотеза — основана Ф. Рихтгофеном. Её главная идея — образование массивов из неувлажненной пыли, которая при переносе ветром из-за трения частиц приобретала электростатический заряд. Оседая, элементы одноимённых зарядов отталкивались и уплотнялись с не-/ или слабо заряженными элементами, чем характеризуется свойство значительной механической прочности грунтов.

Гипотеза водного происхождения описывает процесс переноса и отложения минералов, но не отвечает на главный вопрос: формирование лёссовых грунтов.

Почвенно-элювиальная гипотеза гласит, что процесс накопления минералов может происходить любым путём, а формирование свойств происходит вследствие выветривания и почвообразования.

Лёсс является материнской породойчернозёмных и серозёмных почв. Он используется для изготовления кирпича («сырец», «саман») и цемента, для отсыпки тела дамб и плотин. После увлажнения лёсса под давлением собственного веса или веса сооружений часто уплотняется, происходят просадки грунта, что может вызывать аварии сооружений.

 

ПЕСОК – осадочная горная порода, а также искусственный материал, состоящий из зёренгорных пород. Кварцевый песок— это материал, получаемый дроблением и рассевоммолочно-белого кварца. В сравнении с песками естественного происхождения этот материал выгодно отличается мономинеральностью, однородностью, высокой межзерновой пористостью, а, следовательно —грязеемкостью. Его сорбционная способность позволяет удалять из воды растворённые железо и марганец. Обладает высокой стойкостью к механическим, химическим, атмосферным воздействиям. Применяется в производстве декоративно-отделочных материалов, в фасадных и интерьерныхштукатурках,ландшафтном дизайне. Кроме всего прочего, при изготовлении бетонных блоков позволяет получать мягкие, пастельные оттенки. Так же используется в общественном питании для использования в мармитах при приготовлении кофе на песке.

ГЛИ́НА — мелкозернистая осадочнаягорная порода, пылевидная в сухом состоянии, пластичная при увлажнении. Глина состоит из одного или нескольких минералов группы каолинита (происходит от названия местности Каолин в Китае), монтмориллонита или других слоистых алюмосиликатов (глинистые минералы), но может содержать и песчаные и карбонатные частицы. Как правило, породообразующим минералом в глине является каолинит, его состав: 47 % (мас) оксида кремния (IV) (SiO₂), 39 % оксида алюминия (Al₂О₃) и 14 % воды (Н₂0). Al₂O₃ и SiO₂ — составляют значительную часть химического состава глинообразующих минералов.

Диаметр частиц глин менее 0,005 мм; породы, состоящие из более крупных частиц, принято классифицировать как лёсс. Большинство глин — серого цвета, но встречаются глины белого, красного, жёлтого, коричневого, синего, зелёного, лилового и даже чёрного цветов.Окраска обусловлена примесями ионов — хромофоров, в основном железа в валентности 3 (красный, желтыйцвет) или 2 (зеленый, синеватый).

Основным источником глинистых пород служит полевой шпат, при распаде которого под воздействием атмосферных явлений образуются каолинит и другие гидраты алюминиевых силикатов. Некоторые глины осадочного происхождения образуются в процессе местного накопления упомянутых минералов, но большинство из них представляют собой наносы водных потоков, выпавшие на дно озёр и морей.

 

Глина — это вторичный продукт земной коры, осадочная горная порода, образовавшаяся в результате разрушения скальных пород в процессе выветривания.

Глина является основой гончарного, кирпичного производства. В смеси с водой глина образует тестообразную пластичную массу, пригодную для дальнейшей обработки. В зависимости от места происхождения природное сырьё имеет существенные различия. Одно можно использовать в чистом виде, другое необходимо просеивать и смешивать, чтобы получить материал, пригодный для изготовления различных изделий. Также глину применяют в технической керамике и для производства бетонов.

Значение показателя пластичности мягкопластичной глины: 0,5 < J_L< 0,75.

Характеристика по консистенции: мягкопластичная – образец грунта на ощупь влажный. Кусок грунта легко разминается, но при формировании сохраняет приданную ему форму. Иногда эта форма сохраняется непродолжительное время. Палец вдавливается в образец при умеренном нажиме на несколько сантиметров.

Коэффициент пористости е=0,7-1,0.

Значение показателя пластичности полутвёрдой глины: 0 < J_L< 0,25.

Характеристика по консистенции: полутвёрдая - вырезанный брусок без заметного изгиба ломается, поверхность излома шероховатая при разминании крошится. Ноготь вдавливается без особого усилия.

Глина – это достаточно влажный грунт, а с увеличением влажности несущая способность грунта уменьшается. Поэтому, строительство на глинистых грунтах также нежелательно.

КАОЛИ́Н — глина белого цвета, состоящая из минерала каолинита. Образуется при разрушении (выветривании) гранитов, гнейсов и других горных пород, содержащих полевые шпаты (первичные каолины). В результате перемыва первичных каолинов и происходит переотложение их в виде осадочных пород; образуются вторичные каолины, называемые также «каолиновые глины». Формула: Al₂O₃*2SiO₂*2H₂O

Название происходит от названия местности в провинции Китая Цзянси, где впервые был обнаружен.

Применение. Основные свойства каолина — высокая огнеупорность, низкие пластичность и связующая способность. Обычно каолин обогащают, удаляя вредные примеси (гидроксиды и сульфиды Fe и Ti), которые уменьшают белизну и огнеупорность. Обогащённый каолин используют как сырье в производстве: фарфора, фаянса, тонкой, электротехнической керамики; для получения ультрамарина, Al₂(SO₄)₃ и AlCl₃; в качестве наполнителя в производстве бумаги, резины, пластмасс; он входит в состав пестицидов и парфюмерных изделий (под названием «белая глина»).

Каолин применяется для изготовления коленкора и других переплётных материалов, а также входит в состав покрытия (мелования) мелованных бумаги и картона.

Месторождения На территории Украины — Кировоградская (Обозновское месторождение), Винницкая, Днепропетровская, Запорожская, Сумская (Полошки), Житомирская Новоград-Волынский район c.Немильня, Черкасская и Донецкая области. В настоящее время (2009 год) в Челябинской области находятся самые крупные месторождения каолинов в России: разрабатываются Кыштымское месторождение, месторождение Журавлиный Лог в Увельском районе, в Еленинском в Карталинском районе.

ГРАНИ́Т (итал. granito, от лат. granum — зерно) — кислаямагматическаяинтрузивнаягорная порода. Состоит из кварца, плагиоклаза, калиевого полевого шпата и слюд — биотита и/илимусковита. Граниты очень широко распространены в континентальнойземной коре. Эффузивные аналоги гранитов — риолиты. Плотность гранита — 2600 кг/м³, прочность на сжатие до 300 МПа.

Минеральный состав гранита:

· полевые шпаты (кислый плагиоклаз и калишпат) — 60—65 %;

· кварц — 25—30 %;

· темноцветные минералы (биотит, редко роговая обманка) — 5—10 %.

 

Проблема происхождения гранитов.

Граниты играют огромную роль в строении коры континентов Земли. Но в отличие от магматических пород основного состава (габбро, базальт, анортозит, норит, троктолит), аналоги которых распространены на Луне и планетах земной группы, о существовании гранитов на других планетах солнечной системы имеются лишь косвенные признаки. Так имеются косвенные признаки существования гранитов на Венере.^[1] Среди геологов существует выражение «Гранит — визитная карточка Земли».

С другой стороны, есть веские основания полагать, что Земля возникла из такого же вещества, что и другие планеты земной группы. Первичный состав Земли реконструируется как близкий составу хондритов. Из таких пород могут выплавляться базальты, но никак не граниты.

Эти факты привели первых же петрологов к постановке проблемы происхождения гранитов, проблемы, привлекавшей внимание геологов много лет, но и до сих пор далёкой от полного решения.

Автором одной из первых гипотез о происхождении гранитов стал Н. Боуэн — отец экспериментальной петрологии. На основании экспериментов и наблюдений за природными объектами он установил, что кристаллизация базальтовой магмы происходит по ряду законов. Минералы в ней кристаллизуются в такой последовательности (ряд Боуэна), что расплав непрерывно обогащается кремнием, натрием, калием и другими легкоплавкими компонентами. Поэтому Боуэн предположил, что граниты могут являться последними дифференциатами базальтовых расплавов.

Разновидности гранитов

По особенностям минерального состава среди гранитов выделяются следующие разновидности:

· Плагиогранит — светло-серый гранит с резким преобладанием плагиоклаза при полном отсутствии или незначительном содержании калиево-натриевого полевого шпата, придающего гранитам розовато-красную окраску.

· Аляскит - розовый гранит с резким преобладанием калиево-натриевого полевого шпата с малым количеством (биотит) или отсутствием темноцветных минералов.

По структурно-текстурным особенностям выделяют следующие разновидности:

· Порфировидный гранит — содержит удлинённые либо изометричные вкрапленники, более или менее существенно отличающиеся по размерам от основной массы (иногда достигают 10—15 см) и обычно представленные ортоклазом или микроклином, реже кварцем. Порфировидные граниты, в которых зерна калиево-натриевого полевого шпата розового цвета обрастают светло-серым плагиоклазом, приобретая округлые очертания, называются гранитом рапакиви. Такое строение способствует быстрому разрушению породы, ее крошению. Отсюда произошло и название. В переводе с финскогорапакиви означает «гнилой камень».

Применение. Гранит является одной из самых плотных, твёрдых и прочныхпород. Используется в строительстве в качестве облицовочного материала. Кроме того, гранит имеет низкоеводопоглощение и высокую устойчивость к морозу и загрязнениям. Вот почему он оптимален для мощения как внутри помещения, так и снаружи. Однако стоит помнить, что такое помещение будет иметь несколько более высокий радиационный фон^[2][3], в связи с чем не рекомендуется облицовывать некоторыми видами гранита жилые помещения. Более того, некоторые виды гранита рассматриваются как перспективное сырье для добычи природного урана. В интерьере гранит применяется также для отделки стен, лестниц, создания столешниц и колонн, украшение лестничных маршей балясинами из гранита, создания вазонов, облицовки каминов и фонтанов. Используется для изготовления памятников и на гранитный щебень.