Эффузивно-осадочные горные породы
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное
бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
“Тульский государственный университет”
КОНТРОЛЬНО-КУРСОВАЯ РАБОТА
По дисциплине
“Основы инженерной геологии и гидрогеологии”
Вариант №16
Выполнил:
Проверил:
Тула -2012
Содержание
Введение______________________
1. Эффузивно-осадочные горные
породы________________________
2. Карты гидроизопьез__________________
3. Состав инженерно-геологических работ для строительства___________14
Заключение____________________
Список использованных источников
информации____________________
Введение
Основной целью курсовой работы является закрепление материала по курсу Основы инженерной геологии и гидрогеологии.
Основными задачами курсовой работы являются: рассмотрение эффузивно - осадочных горных пород, карт гидроизопьез и состава инженерно - гелогических работ для строительства.
Для решения вышеперечисленных задач анализируются книги:
- Ананьев В. П., Потапов А. Д. - Инженерная Геология для строителей.
- Кирюхин В. А., Коротков А. И. – Общая Гидрогеология
- Седенко М. В. – Гидрогеология и Инженерная Геология
И сайт: http://ru.wikipedia.org/wiki/
Эффузивно - осадочные горные породы
По происхождению горные породы делятся на три группы: магматические (эффузивные и интрузивные), осадочные и метаморфические.
Эффузивные горные породы
Эффузивные (излившиеся) породы образуются на поверхности земли в условиях низкой температуры и атмосферного давления при быстрой отдаче теплоты и быстром выделении газообразных веществ из лавы с образованием в ней многочисленных пор, сохраняющихся и после затвердевания. Поэтому они отличаются неполнокристаллической структурой с обилием аморфного стекла, неоднородной текстурой и чередованием в ее объеме участков с неодинаковыми составом и структурой.
Типичными формами излившихся пород являются потоки, покровы и купола (конусы). Потоки представляют собой плоские тела, вытянутые в направлении движения жидких лав. Покровы в отличие от потоков имеют равновеликие длину и ширину и образуются при массовых трещинных излияниях лав на больших площадях. Купола представляют собой конусообразные массы излившихся пород, приуроченных к месту поверхностного излияния. Остывание магматических массивов сопровождается значительным сокращением их объема с появлением многочисленных, закономерно расположенных трещин, разбивающих массив на отдельные блоки различной величины и формы - отдельности. Установление направления трещин отдельности имеет большое практическое значение при разработке магматических пород: оно облегчает их добычу, упрощает механическую разделку пород и вместе с тем эти трещины в известной степени ограничивают возможность использования их трещиноватых разновидностей в строительных целях, так как они становятся досадными дефектами изготовляемой штучной.
Излившиеся породы по составу являются аналогами глубинных, но сильно отличаются от них по структурным и текстурным особенностям. Наличие неполнокристаллической и стекловатой структур, а также немассивной часто пористой текстуры неблагоприятно отражается на стойкости их к выветриванию и стабильности прочностных показателей. Однако среди них обнаруживается немало плотных и прочных разновидностей, широко применяемых в строительстве. Из их числа рассматриваются кварцевые порфиры и липариты; бескварцевые порфиры (ортофиры) и трахиты; порфириты и андезиты; диабазы и базальты, расположенные в приведенном порядке по тому же признаку уменьшения кремнезема, что и в группе глубинных пород.
Наиболее распространённые эффузивные
породы
Кварцевые порфиры и липариты - излившиеся аналоги гранитов. Кварцевые порфиры относятся к древним, а липариты—к нововулканическим породам. От гранитов они отличаются порфировой структурой с наличием в мелкозернистой или стекловатой массе породы вкрапленников — крупных кристаллов кислого полевого шпата и реже кварца. Цветные силикаты наблюдаются в виде мелких чешуек биотита или тонких иголочек роговой обманки. Кварцевые порфиры окрашены в красновато-бурые тона и являются плотными породами. Предел прочности при сжатии изменяется у них в зависимости от содержания кварца и вулканического стекла, значительно повышаясь при увеличении первого и одновременном снижении второго в массе породы. От количества, размеров и степени разрушения вкрапленников зависит пористость пород, с которой связаны величина их водопоглощения и морозостойкость. Липариты — более легкие и пористые по сравнению с кварцевыми порфирами породы белого, светло-серого цвета, содержащие небольшие вкрапленники кислого полевого шпата и среднего плагиоклаза, а также повышенное количество нераскристаллизованного вулканического стекла. В свежем состоянии обе эти породы применяются для изготовления тесаного камня, бута, щебня и др. Декоративный вид и способность полироваться позволяют применять некоторые разновидности липаритов наравне с гранитами для отделочных работ. Месторождения этих пород имеются на Кавказе (Армения), Урале, в Средней Азии, а также в Казахстане.
Бескварцевые порфиры (ортофиры) и трахиты являются соответственно древними и молодыми излившимися аналогами сиенитов. У ортофиров сильно изменен минеральный состав с появлением в нем вторичных минералов: каолинита, карбонатов, хлоритов и др., которые уплотняют породу, заполняя ее пустоты, и способствуют образованию вторичной микрозернистой структуры. Бескварцевые порфиры окрашены в серовато-зеленый или красновато-бурый цвета. Трахиты — пористые и сильношероховатые породы белой, серой, желтоватой окраски с ясно выраженной порфировой структурой. Соотношение вкрапленников (кислый полевой шпат) и вулканического стекла в породе сильно варьируется: встречаются плотные зернистые разновидности со средней плотностью от 2200 до 2600 и вместе с тем сильнопористые, напоминающие пемзу. Высокая пористость трахитов способствует их быстрому выветриванию. Они менее прочны, быстро истираются и маломорозостойки. Предел прочности обеих пород невысок и составляет 60 ...70 МПа. Их используют для изготовления бута, щебня, колотой и тесаной шашки, а также как кислотоупорные материалы. Красивые разновидности ортофиров применяются для отделочных работ (алтайские ортофиры). Эти породы хорошо поддаются обработке, но не полируются и быстро истираются.
Порфириты и андезиты - плагиоклазовые излившиеся аналоги диоритов, соответственно древне - и нововулканического возраста. Отличаются пористой текстурой и порфировой структурой с вкрапленниками плагиоклазов или роговой обманки. Порфириты отличаются повышенной выветрелостью и наличием вторичных силикатов - серицита, хлорита и др. Заполняя поры пород, они окрашивают их в сероватые и зеленоватые тона, вследствие чего порфириты называют зеленокаменными породами. Свежие порфириты являются плотными породами со средней плотностью до 2500... 3000 и пределом прочности при сжатии 160...250 МПа. Андезиты—менее выветрившиеся серые, желтовато-серые или буроватые пористые породы, сложенные авгитом или роговой обманкой и средним плагиоклазом — андезином, которые встречаются в виде вкрапленников в основной массе плотной или пористой мелкозернистой породы. Порфириты и андезиты достаточно плотные (2700... 3100) и прочные породы, с пределом прочности при сжатии от 140 до 250 МПа, который показывает широкий разброс ее значений в зависимости от их пористости. Высокие показатели прочности относятся главным образом к плотным роговообманковым и авгит-содержащим разновидностям андезитов. Обе породы используются как дорожный камень; пористые легкие разновидности андезитов идут на изготовление стенового материала, из плотных же андезитов получают кислотостойкие материалы. Красивые разновидности порфиритов применяются для отделочных работ. Порфириты распространены на Кавказе, Урале, в Средней Азии, на Алтае, Дальнем Востоке, а андезиты — на Украине, Кавказе, в Восточной Сибири.
Диабазы и базальты - излившиеся древне - и нововулканические аналоги габбро, отличающиеся от него своими структурными и текстурными особенностями. Диабазы имеют скрытокристаллическую структуру, характерную тем, что промежутки между переплетенными кристаллами основного плагиоклаза (Лабрадора) заполнены мелкозернистой авгитовой массой. Они окрашены в зеленые и зеленовато-серые тона. В связи с большим содержанием железисто-магнезиальных силикатов они отличаются значительной вязкостью, высоким пределом прочности при сжатии от 300 до 450 МПа и средней плотностью 2700... 2900 кг/м3. Имеют средние твердость и обрабатываемость и хорошо полируются.
Базальты макроскопически представляют собой черную плотную застывшую лаву, находящуюся в скрытокристаллическом или аморфном состоянии с зернистым строением и стекловатой массой, заполняющей промежутки между зернами различных размеров; вместе с тем наблюдаются также порфировые разновидности этих пород. В базальтах часто встречаются различные включения (ксенолиты), снижающие их качество как строительных материалов. Они являются твердыми и одновременно хрупкими труднообрабатываемыми породами; их прочность варьируется в широких пределах от ПО до 500 МПа и в связи с большим содержанием стекла может резко падать; плотность составляет 3,1 ...3,3 г/см3, а средняя плотность — 3000 ...3300 кг/м3. Наиболее ценными считаются свежие мелкозернистые базальты, не содержащие стекла и оливина. Базальты являются хорошими кислотоупорными и электроизоляционными материалами и высоко ценятся как сырье для каменного литья. Литой камень базальтин используется для получения отделочных изделий, труб, химической аппаратуры, отличающихся кислотоупорностью, высокой прочностью (до 800 МПа) и долговечностью. Диабазы и базальты добываются в Карелии, на Украине, Кавказе, Урале, в Забайкалье, на Камчатке и др.
Среди излившихся пород заметное место занимают вулканические стекла: почти безводный аморфный черный или красно-бурый обсидиан; мелкопористый светло-серый или коричневый перлит с содержанием до 3...4% воды; зеленоватый или бурый смоляной камень (пехштейн) кристаллитного строения с большим количеством воды. В последние десятилетия из вулканических стекол получают вспученный перлит — легкий и пористый материал с хорошими звуко- и теплоизоляционными свойствами, а также применяют в виде заполнителей в легких бетонах, фильтрующих и изоляционных материалах; как сырье для получения высококачественных стекол. Самые крупные их месторождения находятся в Армении. Особой разновидностью вулканических стекол является пемза, образовавшаяся при быстром остывании средних и кислых лав на поверхности воды или влажной почвы, сопровождаемом бурным выделением паров и газообразных компонентов. Она отличается высокой пористостью до 60 ...80% и легкостью (средняя плотность в пределах 300 ...900 кг/м3), малым пределом прочности при сжатии от 1,5 до 6 МПа и теплопроводностью 0,12 ...0,20 Вт/(м-К,)- Пемза негигроскопична, характеризуется достаточной морозостойкостью и огнестойкостью. Используется как заполнитель в легких бетонах и гидравлическая добавка в производстве цемента. Месторождения ее известны на Северном Кавказе, в Армении, Средней Азии и на Камчатке.
К вулканогенным породам относят рыхлые вулканические пеплы, пески и сцементированные - вулканические туфы, туфовые лавы.
Вулканические пеплы - мелкие
порошкообразные массы частиц неправильной
формы, выброшенные во время извержений
и осевшие на поверхности лавовых потоков,
а также вокруг вулканических конусов.
Они состоят из мельчайших обломков вулканического
стекла и кристаллических зерен некоторых
минералов, особенно кварца. Размеры частиц
вулканических пеплов колеблются от 0,1
до 2 мм. В пеплах содержится свыше 65% частиц
мельче 0,15 мм преимущественно кремнистого
состава. Рыхлые массы, сложенные более
крупными частицами (до 5 мм), называются
вулканическими песками. Вулканические
пеплы являются активными минеральными
добавками при производстве цементов.
Их месторождения распространены в Крыму
(Карадаг).
Осадочные горные породы
Осадочные горные породы (ОГП) - горные породы, существующие в термодинамических условиях, характерных для поверхностной части земной коры.
Осадочные горные породы образовались в результате осаждения солей в высыхающих водоемах - химические осадки, скопления остатков растительного и животного мира - органогенные, а также в результате разрушения массивных горных пород магматического или осадочного происхождения - обломочные.
К химическим осадкам относят гипс, ангидрит, магнезит, доломит и известковые туфы.
Гипс - горная порода, состоящая из минерала того же названия. Гипс применяют для производства воздушного вяжущего - строительного гипса, а также в качестве облицовочного материала внутренних частей зданий в виде искусственного мрамора.
Ангидрит состоит из одноименного минерала - ангидрита. Применяют его в качестве облицовочного материала, а также сырья для производства ангидритового цемента. Магнезит состоит из минерала того же названия - магнезита. Иногда он содержит примеси углекислых кальция и, железа. Твердость магнезита 3,5...4,0; цвет белый, от желтоватого до бурого. Применяют магнезит в качестве сырья для производства воздушного вяжущего — каустического магнезита и огнеупорных материалов.
Доломит состоит в основном из минерала доломита с примесями глинистого, железистого, кремнистого и других веществ. Цвет серый, от желтоватого до бурого. Структура зернистая. По свойствам доломиты близки к плотным известнякам, иногда они обладают и более высокими, чем известняки, механическими свойствами. Применяют доломит для производства щебня, изготовления облицовочных плит, огнеупоров и вяжущих материалов.
Известковые туфы образовались при выделении СаСO3 из кислого углекислого кальция, растворенного в воде. Очень пористые известковые туфы используют как сырье для получения извести, а плотные с мелкими равномерно расположенными порами туфы применяют в виде штучных камней для кладки стен и в качестве щебня для легких бетонов.
К органогенным породам относят
различные карбонатные и
Известняк образовался в водных бассейнах из остатков животного и растительного мира (или как продукт химических осадков). Рыхлые скопления раковин и их осколков скреплялись углекислым кальцием. Известняк состоит в основном из минерала кальцита СаСО3 и примесей глины, доломита, кварца и др. Плотность известняка 1700...2600 кг/м3, прочность при сжатии 10... 100 МПа. Цвет белый, от желтоватого до бурого. Известняк используют для производства щебня, облицовочных плит и архитектурных деталей, а также для производства извести и портландцемента.
Известняк - ракушечник - пористая горная порода, состоящая из раковин и их обломков, сцементированных известковым веществом. Плотность 900...2000 кг/м3, предел прочности при сжатии 0,4... 15,0 МПа и более. Применяют для изготовления стеновых камней и блоков, а также в качестве заполнителя для легких бетонов.
Мел - землистая горная порода, состоящая почти из чистого карбоната кальция. В качестве примесей встречаются глинистые вещества и зерна кварца. Мел обладает высокой дисперсностью. Цвет его белый. Применяют в качестве белого пигмента, для приготовления замазки, а также при производстве извести, портландцемента и стекла.
Диатомиты - слабо сцементированная, очень пористая кремнеземистая порода, состоящая от панцирей диатомовых водорослей и частично из скелетов животных организмов. Плотность 400... 1000 кг/м3, пористость 60...70%.
Трепелы - очень легкая глиноподобная порода, содержащая аморфный кремнезем в виде мельчайших шариков опала. Плотность 500...1200 кг/м3, пористость 60...70%, коэффициент теплопроводности 0,17...0,23.
Применяют диатомиты и трепелы для изготовления теплоизоляционных материалов, легкого кирпича, а также в производстве гидравлических вяжущих в качестве активных минеральных добавок.
Механические отложения образовались в результате физического выветривания горных пород под влиянием воды и температуры. Продукты разрушения переносились ветром и особенно водными потоками на различные расстояния и оседали. Так образовались глины, песок, щебень и гравий из массивных горных пород.
Химическое выветривание проявлялось в результате взаимодействия составных частей горных пород с различными веществами, находящимися в атмосфере. Так, полевой шпат (ортоклаз) под действием воды и углекислоты (находящейся в воздухе) разрушался, образуя минерал каолинит.
К физическому и химическому выветриванию (разрушению) горных пород часто присоединяется еще биохимическое выветривание, являющееся результатом жизнедеятельности животных и растительных организмов. В результате выветривания горных пород образуются дисперсные частицы, зерна и крупные обломки; некоторые из них цементируются глиной, кальцитом или кремнеземом, образуя цементированные горные породы. В зависимости от крупности зерен и цементации их различают следующие виды механических отложений осадочных горных пород.
Песок - рыхлая смесь зерен различных пород крупностью 0,16 — 5,0 мм. В зависимости от условий образования пески бывают горные, речные, морские, дюнные, барханные и др. Применяют для приготовления бетонов и растворов.
Гравий - окатанной формы зерна крупностью 5...70 мм. Применяют в качестве заполнителя для бетонов.
Песчаники - горная порода, состоящая из зерен кварца, сцементированная глинистым, кремнеземистым или известковым веществом. Прочность песчаника зависит от вида цементирующего вещества, крупности и формы сцементированных зерен. Наиболее прочные кремнеземистые песчаники имеют предел прочности при сжатии 200 МПа и более. Используют песчаники в качестве щебня для бетона, облицовки опор мостов и зданий, для дорожных покрытий, так как они имеют высокие морозостойкость и прочность при истирании.
Конгломераты - горная порода, состоящая из сцементированных зерен гравия, а брекчия - то же, из сцементированных зерен щебня. Конгломераты и брекчии используют в качестве щебня для бетонов, штучного камня и облицовочных плит.
Эффузивно - осадочные горные породы
Промежуточное положение между осадочными и вулканическими породами занимает группа эффузивно-осадочных пород. Между основными группами осадочных пород наблюдаются взаимные переходы, возникающие в результате смешения материала разного генезиса.
Карта пьезометрической поверхности напорных вод (карты гидроизопьез)
Линии, соединяющие точки
с одинаковыми отметками
С помощью карты гидроизопьез решают ряд практических задач, связанных с использованием артезианских вод для водоснабжения, с организацией защиты от них при вскрытии строительными котлованами кровли напорного пласта и т. д. по карте гидроизопьез изучают условия формирования потоков артезианских вод, определяют направление их движения (по нормали к гидропьезам в сторону меньших отметок), выделяют участки возможного самоизлива (при совмещении гидроизопьез с горизонталями), устанавливают гидравлическую связь напорных вод с реками и пр.
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
Техническое задание на инженерно-геологические изыскания выдает инженер-строитель, занимающийся проектированием объекта. В связи с этим инженер-строитель должен владеть определенными знаниями по инженерной геологии. Далее изыскания выполняет специализированная изыскательская организация. Каждая изыскательская организация, в том числе и по инженерно-геологическим изысканиям, специализируется, как правило, по определенному виду строительства - промышленно-гражданскому, дорожному, гидротехническому и др. Результаты изысканий в виде инженерно -геологического отчета передаются строительной проектной организации, где ведется проектирование объекта. В этой работе, как и при строительстве объекта, обязательно принимает участие инженер-геолог. В период эксплуатации объекта в ряде случаев также требуется участие инженера-геолога, чаще всего это бывает в связи с нарушением нормальной эксплуатации объекта (деформация зданий, подтопление фундаментов, оползневые процессы и т. д.).
В последнее время значительное
место в строительной практике занимает
вопрос реконструкции, перепрофилирования
и реставрации зданий и сооружений,
как правило, в пределах существующей
городской застройки. Это накладывает
особую ответственность на инженеров-геологов,
которые должны оценить степень
изменений в геологической
Цель инженерно-геологических исследований — получить необходимые для проектирования объекта инженерно-геологические материалы.
Задача исследований — изучение геологического строения, геоморфологии, гидрогеологических условий, природных геологических и инженерно-геологических процессов, свойств горных пород и прогноз их изменений при строительстве и эксплуатации различных сооружений.
Ведение инженерно-геологических изысканий регламентируется основным нормативным документом в строительстве «Строительными нормами и правилами» СНиП 11.02—96 «Инженерные изыскания для строительства» и комплексом сводов правил.* Данные документы определяют порядок, состав, объем и виды выполняемых работ изысканий для различных этапов проектирования, строительства и эксплуатации объектов и различных геологических обстановках, а также состав документации по результатам изысканий, порядок их предоставления и приемки, а также ответственность исполнителей и заказчиков (проектировщиков).
Состав исследований определяется программой, согласованной с проектной организацией. В состав работ входят: сбор, изучение и анализ имеющихся геологических материалов по району строительства; инженерно-геологическая и гидрогеологическая съемка; буровые и горнопроходческие разведочные работы; геофизические исследования; опытные полевые работы; стационарные наблюдения; лабораторные исследования грунтов и подземных вод; камеральная обработка и составление отчета.
Во всех случаях исследования должны начинаться со сбора имеющихся материалов о природных условиях района (геологическом строении, гидрогеологических условиях, климате, гидрологии, почвенном покрове, топографии). Эту работу выполняют в подготовительный период до начала полевых работ; изучают материалы, хранящиеся в геологических фондах и других организациях, опубликованные работы, собирают данные об опыте строительства и эксплуатации аналогичных сооружений в местных природных условиях. Тщательный сбор и анализ имеющихся материалов, дополненный в ряде случаев рекогносцировочным обследованием района, позволяет целенаправленно составить программу исследований и значительно сократить их объем.
После проведения необходимых организационно-хозяйственных мероприятий изыскательский отряд или партия выезжает на место будущего строительства и приступает к полевым работам (съемка, буровые, геофизические и другие работы).
Окончательная обработка полевых материалов и результатов лабораторных анализов производится в стационарных условиях в течение камерального периода. Камеральная обработка материалов завершается составлением инженерно-геологического и гидрогеологического отчетов.
Объем выполняемых инженерно-
Основной объем инженерно-
В период строительства при проходке котлованов производят сверку наблюдаемых геологических и гидрогеологических данных с геологическими материалами, полученными в период инженерно-геологических исследований до проектирования. При наличии расхождений назначают дополнительные инженерно-геологические работы для подтверждения правильности выполненного проекта или внесения в него необходимых исправлений.
При эксплуатации зданий и сооружений во многих случаях целесообразны работы, связанные с подтверждением прогноза устойчивости объектов. Так, проводят наблюдения за характером и величиной осадок, режимом грунтовых вод и рек, размывом берегов, устойчивостью склонов и т. д. К этому периоду относят также работы, получившие название инженерно-геологической экспертизы. Задачей таких исследований является установление причин возникновения деформаций зданий и сооружений и решение вопросов по их устранению.
Инженерно-геологические работы обычно выполняют в три этапа:
1) подготовительный; 2) полевой; 3) камеральный.
Подготовительные работы включают изучение района по архивным, фондовым и литературным материалам. Осуществляется подготовка к полевым работам.
В полевой период производят все инженерно-геологические работы, предусмотренные проектом для данного участка:
1. инженерно-геологическую съемку;
2. разведочные (буровые и горнопроходческие) работы и геофизические исследования;
3. опытные полевые исследования грунтов;
4. изучение подземных вод;
5. анализ опыта местного строительства и т. д.
В течение камерального периода производят обработку полевых материалов и результатов лабораторных анализов, составляют инженерно-геологический отчет с соответствующими графическими приложениями в виде карт, разрезов и т. д.
Инженерно-геологический отчет является итогом инженерно-геологический изысканий. Отчет передается проектной организации, и на его основе выполняется необходимая проектная документация для строительства. В общем виде отчет состоит из введения, общей и специальной частей, заключения и приложений. Во введении указывают место проведения изыскательских работ и время года, исполнителей и цель работ. В общей части, в ее отдельных главах дается описание:
1. рельефа, климата, растительности, населения;
2. геологической обстановки с приложением геологических карт и разрезов;
3. картстроительных материалов, которые необходимы для выполнения строительных работ.
В специальных главах большое внимание уделяется фунтам и подземным водам. Грунты являются основным объектом исследований, поэтому указываются: какие грунты, их свойства, выраженные в цифрах, что необходимо для определения расчетных характеристик, пригодность грунтов для строительства объекта.
Подземные воды оцениваются в двух направлениях: как источники водоснабжения при строительстве и эксплуатации объекта и как они могут помешать строительству. В этих случаях даются рекомендации по строительному водопонижению и устройству дренажей на период эксплуатации объекта.
В заключительной части отчета дается общая инженерно-геологическая оценка участка по пригодности для данного строительства, указываются наиболее приемлемые пути освоения территории, заостряется внимание на вопросах охраны окружающей среды.
Отчет обязательно должен иметь приложение, в котором дается различный графический материал (карты, разрезы, колонки скважин и др.), а также таблицы свойств грунтов, химических анализов воды, каталог геологических выработок и др.
Инженерно-геологический
отчет должен давать ответы на все
вопросы, которые стоят перед
строителем, но семь из этих ответов являются
главными. Это фактически семь основных
требований к инженерно-геологическим
изысканиям. К ним относятся:
1. оценка общих условий территории;
2. обеспечение геологическими данными
для выбора типа основания и конструкций
фундамента;
3. определение характера воздействия
на грунты динамических нагрузок;
4. возможное влияние на устойчивость объекта
инженерно-геологических процессов;
