Геология

МПС РФ

Дальневосточный государственный

университет путей сообщения 
 

Кафедра

<<Железнодорожный путь, Основания и фундаменты >> 
 
 
 

Контрольная работа

Тема: Инженерная геология 
 
 
 

                                                    Выполнил: Подгаец С.В.

                                                                   Шифр: К08-СЖД-029

                                                             Проверил: Квашук С.В.    
 
 
 

2011 год 

1. Объясните значение   инженерной геологии для строительства  железных дорог, промышленных и гражданских  сооружений и их эксплуатации. Охарактеризуйте  элементы геологической среды. Опишите  строение Земной коры.

       Возникновение инженерной геологии и ёё развитие на первых этапах были связаны со строительством, когда строители изучали горные породы как основание, среду и материал для различных сооружений. Началом же научных исследований инженерно-геологического плана следует считать первые десятилетия XIX века. Строительство путей сообщения, заводов, фабрик, плотин и других сооружений требовало обеспечения их надёжности. В этом большую роль сыграли первые русские инженеры путей сообщения, воспитанники и профессора старейшего вуза страны-Института корпуса инженеров путей сообщения, основанного в 1810 году. 

        Инженерная геология включает следующие основные разделы:

Инженерная  петрология изучает состав, строение, физико-механические свойства горных пород. В задачу инженерной петрологии входит также прогноз изменения свойства пород под влиянием возводимых сооружений.

Инженерная  геодинамика изучает геологические процессы, как природные, так и возникающие под воздействием сооружений, влияющие на устойчивость и эксплуатацию сооружений, и разрабатывают защитные мероприятия.   

Специальная  инженерная геология изучает условия строительства гражданских, дорожных, гидротехнических и подземных сооружений в различных геологических условиях.

Региональная  инженерная геология изучает региональный и зональный характер распространения инженерно-геологических процессов и явлений; оценивает применительно к данной территории геологические факторы, определяющие условия строительства и эксплуатации инженерных сооружений; даёт прогноз изменения инженерно-геологических условий в результате строительства.

        Инженерная геология решает задачи, возникающие при проектирование, строительстве сооружений (тоннелей, плотин, мостов, дорог, промышленных и гражданских зданий ) и при проведении инженерных работ по улучшению территорий ( осушение, борьба с оползнями, карстом ).

         Атмосфера простирается над Землёй до высоты 2-3 тыс. км, но большая часть её массы сосредоточена у поверхности планеты. Атмосфера удерживается силой притяжения Земли, поэтому с высотой её плотность уменьшается. Атмосфера содержит кислород, необходимый для дыхания живых организмов. В атмосфере находится слой озона, так называемый защитный экран, который поглощает часть ультрафиолетовой радиации Солнца и защищает Землю от избыточных ультрафиолетовых лучей.

  Гидросфера включает в себя всю воду планеты — в твёрдом, жидком и газообразном состоянии. Гидросфера — это моря и океаны, реки и озёра, подземные воды, болота, ледники, водяной пар в воздухе и вода в живых организмах. Водная оболочка перераспределяет тепло, поступающее от Солнца. Медленно нагреваясь, водные толщи Мирового океана накапливают тепло, а потом передают его атмосфере, что смягчает климат на материках в холодные периоды. Вовлечённая в мировой круговорот, вода постоянно перемещается: испаряясь с поверхностей морей, океанов, озёр или рек, она облаками переносится на сушу и выпадает в виде дождя или снега.

Оболочка  Земли, в которой существует жизнь во всех её проявлениях, называется биосфера. Она включает самую верхнюю часть литосферы, гидросферу и приземную часть атмосферы. Нижняя граница биосферы располагается в земной коре материков на глубине 4-5 км, а в воздушной оболочке сфера жизни простирается до озонового слоя.

Литосфе́ра твёрдая оболочка Земли. Состоит из земной коры и верхней части мантии, до астеносферы, где скорости сейсмических волн понижаются, свидетельствуя об изменении пластичности пород. В строении литосферы выделяют подвижные области (складчатые пояса) и относительно стабильные платформы.

 Геологическая среда это верхняя часть литосферы, представляющая собой многокомпонентную динамическую систему (горные породы, подземные воды, газы, физические поля - тепловые, гравитационные, электромагнитные и др.) в пределах которой осуществляется инженерно-хозяйственная деятельность.

                                      элементы геологической среды

Рельеф  совокупность неровностей суши, дна океанов и морей, разнообразных по очертаниям, размерам, происхождению, возрасту и истории развития. Слагается из положительных (выпуклых) и отрицательных (вогнутых) форм. Основными формами рельефа являются гора, котловина, хребет, лощина.

Геологическое строение составление физико-географической характеристики, геологического разреза, орогидрографической и структурно-тектонической схем, изучение литологии территории, исследование наличия полезных ископаемых.

                                        Свойства горных пород

Прочность

свойство  горных пород в определённых условиях, не разрушаясь, воспринимать воздействия  механических нагрузок, температурных, магнитных, электрических и других полей, неравномерное протекание физико-химических процессов в разных частях горных пород и др.

Плотность

Плотность горных пород зависит от их минерального состава, структурно-текстурных особенностей, пористости, вида вещества, заполняющего поры и пустоты (газ, нефть, вода), а  также от условий образования  и залегания горных пород.

Пористость  камня

характеризуется наличием пустот (пор), заключённых  в горных породах. Благодаря пористости горные пород могут вмещать (за счёт влияния капиллярных сил) жидкости и газы.

Водопоглощение

Способность сухой породы впитывать воду при  выдерживании ее в воде при атмосферном  давлении и комнатной температуре; определяется как отношение разности в массах свободнонасыщенного и сухого образца породы к массе сухого образца.

Морозостойкость

 характеристика  сопротивляемости пород разупрочнению  в процессе их промерзания  и оттаивания. Морозостойкость оценивается  коэффициентом морозостойкости  Кмр, равным отношению предела прочности пород при сжатии после 25 циклов промораживания (при температурах от -15 до -40°С) и оттаивания к пределу прочности полностью водонасыщенной исходной породы в условиях положительных температур.

                                     Гидрогеологические условия

 совокупность  признаков, характеризующих литологический  состав и водные свойства горных  пород, условия залегания, движения, качество и количество подземных  вод, особенности их режима  в природной обстановке и под  влиянием искусственных факторов.

                            тектонические условия

Изучают структуру земной коры и её изменения под влиянием механических тектонических движений и деформаций, связанных с развитием Земли в целом.

                                                  Сейсмичность

Возможность и периодичность возникновения землетрясения определенной интенсивностью.

                    Опасные геологические процессы (явления)

 Под термином  принято понимать современные  (быстротекущие) геологические процессы  и явления, наносящие значительный  материальный урон обществу и  создающие угрозу для жизни  людей. Максимальную степень проявления  опасности принято называть катастрофой. Перечень наиболее О.г.п., оказывающих существенно отрицательное влияние, включает: склоново-гравитационные (оползни,обвалы, лавины); водноэрозионные (селевые потоки, русловые процессы, овражная эрозия);процессы, связанные с подземными водами (подтопление, карст, суффозия, просадки); процессы, связанные с ветро-волновыми явлениями на акваториях (морская абразия, переработка берегов водохранилищ);процессы криогенной группы (термокарст, морозное пучение, термоэрозия, солифлюкция, наледи); землетрясения, извержения вулканов и др. На основании отечественного и зарубежного опыта анализа и оценки негативных последствий проявления О.г.п. на практике используют 4-ранговую оценочную шкалу опасности: чрезвычайно опасно (катастрофично), опасно, мало опасно, практически не опасно.

                                                    Схема Земной коры

  2.Охарактеризуйте  породообразующие минералы. Перечислите  их основные физические свойства.   Дайте определение основных генетических групп горных пород (магматических, осадочных и метаморфических). Охарактеризуйте каждую группу как основание сооружений и строительный материал.

     Опишите минералы (табл. 1) и породы (табл. 2), отвечая на вопросы, помещенные в примечаниях к этим таблицам. 
 

                                                     Минералы 
 

                                                        КВАРЦ

Класс минерала: Оксиды 

Химическая  формула: SiO2

Твердость: 7

Плотность: 2,6 

Цвет: бесцветный, белый, грязно-водянистый, цветной у  разновидностей

Цвет черты: не определяется

Блеск: стеклянный до жирного

Прозрачность.: прозрачный, просвечивающий

Спайность: не совершенная

Излом: раковистый

Ковкость.: Нет

Реакция на HCl: Нет

  В породах  магматического и метаморфического  происхождения кварц образует  неправильные изометричные зерна, сросшиеся с другими минералами. В осадочных породах - встречается в виде мелких округлых или угловатых песлинках, как результат предыдущего выветривания. Такие частицы нередко обнаруживают агрегатное тонкозернистое сложение, представляя собой в различной степени окатанные обломки кварцитов, халцедонов, яшм и др. пород.

Кварц образуется при различных геологических  процессах: Непосредственно кристаллизуется  из магмы кислого состава. Кварц  содержат как интрузивные (гранит, диорит), так и эффузивные (риолит, дацит) породы кислого и среднего состава, может встречаться в магматических породах основного состава (кварцевое габбро).

                                                    ПОЛЕВОЙ ШПАТ 

Класс: силикаты.

Химическая  формула: Na[AlSi3O8] — альбит K[AlSi3O8] Na[Al2Si3O8] — анортит 

Твердость: 6-6,5.

Плотность:2,61—2,76 г/куб.см.2,54—2,58

Удельный  вес: 2,56-2,62.

Цвет: разноокрашенный.

Блеск: стеклянный 

Черта: белая.

Излом-не ровный

Прозрачность-прозрачный 

Полевые шпаты  принадлежат к числу важнейших  породообразующих минералов, широко распространенных в земной коре, которая на 50% по массе  состоит из них. Это наиболее обширная группа. Они принимают участие  в формировании самых разных пород. С точки зрения химического состава  они являются алюмосиликатами калия, натрия, кальция и, реже, бария, содержащими  также примеси лития, цезия, рубидия, магния, железа, титана и др.Все полевые шпаты хорошо травятся HF, плагиоклазы разрушаются также под действием HCl. Поливые шпаты входят в состав гранита, порфиры, вулканические стёкла. 

                                         Классификация горных пород

Магматические

Магматические горные породы можно классифицировать по минералогическому составу, генезису, химическому составу и другим признакам. В практике наибольшее применение получила классификация предложенная академиком А.П. Павловым. В таблице  приведена классификация магматических  горных пород, позволяющая по внешним  признакам описать (найти название) исследуемой породы.

Классификация магматических горных пород 

Описание  магматических горных пород

Структурой - называют строение породы: степень кристаллизации, размер и форму минеральных зерен, и их взаимное расположение. Различают следующие виды структур:

-кристаллически-зернистая,  она характеризуется наличием  в природе отдельных различимых  глазом минералов. По величине  кристаллов они делятся:

• На крупнозернистые (кристалл крупнее 5 мм)
• Среднезернистые (менее 1 мм)
• Микрозернистые (неразличимы глазом)

По относительной  величине кристаллов различают породы с равномернозернистой и неравномернозернистой (порфировидной) структурой. Кристаллически- зернистая структура свойственна для интрузивных пород.

-порфированая  структура характеризуется содержанием  в стекловатой или мелкозернистой  основной массе кристаллических  образований в виде вкрапленников.

-стекловатая  структура характеризуется тем,  что порода состоит из аморфной  массы (стекла).

 Порфировая  и стекловатая структуры свойственны для эффузивных горных пород.

 Цвет определяется содержанием в них SiO₂. Так породы ультракислые все очень светлые, почти белые, с понижением количества SiO₂ они темнеют, ультраосновные породы темно-серые, черные.

Текстурой называют внешний облик породы, определяемый взаимным расположением частиц и плотностью их <<упаковки>>.

 Выделяют  текстуры:

- массивную (плотную) - без пор и пустот

- пористую - поры, пустоты и каверны различимы глазом

Минералогический  состав  магматических горных пород представлен кварцем, ортоглазом, плагиоглазом, роговой обманкой, биотитом, пироксеном, оливином и некоторыми другими, При макроскопическом описании крупно и среднезернистых образцов возможно описание минералов, слагающих породу. При этом пользуются лупой 2-8 кратной. Обычно же минералогический состав описывают при микроскопическом описании, используя специальный микроскоп. 

Осадочные

В осадочных породах, таких как механические осадки, могут встретиться  все минералы первичных  пород. Однако для  осадочных горных пород характерны и свои, присущие только им минералы. В то время как  в магматических  породах преобладают  соли слабых кислот (кремневой  и алюмокремневой) в осадочных горных породах силикаты и алюмосиликаты играют подчиненную роль, уступая первое место солям сильных кислот: угольной, серной и т. д.

Метаморфические

В состав метаморфических  горных пород входят минералы устойчивые в условиях высокого давления и температуры. К ним относятся минералы магматического происхождения: кварц, полевые шпаты, плагиоклазы, мусковит, биотит, роговая  обманка, магнетит, гематит и минерал  осадочного происхождения кальцит. Кроме этого в состав метаморфических  пород входят минералы метаморфического происхождения: графит, тальк, хлориты, актинолит, эпидот, силлимонит и др.

Магматическая горная порода, кислая.

Породы органического  происхождения.

Филлиты отличаются достаточной  плотностью, вязкостью, твёрдостью и  водостойкостью.

3.Назовите основные физико-механические свойства горных пород, необходимые для проектирования и строительства. Опишите условия образования и строительные свойства грунтовых отложений (табл. 3). 

Физические  свойства грунтов

Плотность грунта - это масса единицы объема грунта с природной влажностью. Плотность  зависит от минерального состава, влажности  и пористости. Она служит расчетным  показателем при расчетах давления породы на подпорные стенки, при  расчетах устойчивости откосов, оползневых склонов, распределения напряжения в грунтах основания фундаментов.

Плотность минеральных  частиц грунта – определяется как  отношение массы твердых частиц к их объему.

Пористость  – совокупность всех пор, трещин, каналов  и других пустот в грунтах.

Коэффициент пористости – отношения объема пор  к объему твердых (минеральных) частиц грунта.

Влажность –  все количество воды, содержащиеся в порах и трещинах пород в  естественных условиях. Численно весовая (естественная) влажность, в долях  единицы или %, определяется как отношение  массы воды, содержащейся в порах  грунта, к массе сухой породы.

Влагоемкость грунта - способность грунта вмещать или удерживать при определенных условиях некоторое количество влаги.

Влажность грунта измеряется содержанием в нем  количества воды, отнесенного к весу абсолютно сухого грунта (весовая  влажность) или к объему влажного грунта (объемная влажность).

 Коэффициентом  фильтрации - называют скорость фильтрации воды при градиенте напора, равном единице, и линейном законе фильтрации.

 Коэффициент  фильтрации определяют на образцах  ненарушенного (природного) сложения  или нарушенного сложения заданной плотности.

Коэффициент размягчаемости - отношение пределов прочности скальных и полускальных грунтов на одноосное сжатие соответственно в водонасыщенном и сухом состоянии.  Показатель уменьшения прочности грунтов при их увлажнении.

Механические  свойства грунтов

Временное сопротивление сжатию - под которым понимают величину напряжения, вызывающего разрушение образца при одноосном сжатии.

Сцепление - это прочность породы на сдвиг, то есть минимальное касательное напряжение, при котором происходит смещение одной части породы по отношению к другой. Характеризуются молекулярным притяжением частиц друг к другу, а также наличием сил трения.

Угол внутреннего трения - это угол предельного равновесия, при котором одна часть породы относительно другой находится в равновесии при полном отсутствии сцепления между этими частями.

     Модуль общей деформации - для проведения расчетов по деформациям грунтов используют модуль общей деформации E, измеряется в МПа. Для его определения проводят штамповые и прессиометрические полевые работы, а так лабораторные исследования компрессионные и стабилометрические испытания грунтов.

     строительные свойства отложений

     Техногенные - естественные грунты, измененные и перемещенные в результате производственной деятельности человека и антропогенные образования (твердые отходы, в которых произошло коренное изменение состава, структуры и текстуры природного минерального или органического состава).  

     4. Перечислите методы определения абсолютного и относительного возраста пород. Пользуясь данными табл. 4 и 5, назовите эры и периоды геологической истории Земли, их период с начала эр, продолжительность. Назовите основные этапы развития органического мира, свойственные для этих периодов. 

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 горных пород  в единицах времени. Определение абсолютного возраста необходимо для корреляции и сопоставления биостратиграфических подразделений различных участков Земли, а также установления возраста лищенных палеонтологических остатков фанерозойских и долембрийских пород.

К методам определения  абсолютного возраста пород относятся  методы ядерной (или изотопной геохронологии) и не радиологические методы (Соляной  метод, седиментационный метод, биологический метод, метод подсчета слоев ленточных глин, накапливающихся на периферии тающих ледников)

Разработано большое  число радиоактивных методов  определения абсолютного возраста: свинцовый, калиево-аргоновый, рубидиево-стронциевый, радиоуглеродный и другие (выше установленный  возраст Земли 4,6 млрд. лет не установлен с применением свинцового метода). 
 
 
 

     О₃

Эра – Палеозой. Продолжительность - 340 млн. лет.

Период – Ордовикский. Начало - 490 млн. лет, продолжительность - 47 млн. лет.

Эпоха – Поздняя

Органический мир - Появляются скелетные организмы: археоциаты, триловиты, брахиоподы, губки, конодонтыю. В ордовике макс. развития достигают трилобиты,  грапомиты; появляются четырех лучевые кораллы, пелециподы и первые головоногие-эндоцеративы. В конце ордовика наибольшее оледенение. 

     N₂

Эра – Кайнозой. Продолжительность – 67 млн. лет.

Период – Неогеновый.  Начало – 25 млн. лет, продолжительность – 23.5 млн. лет

Эпоха – Позненеогеновая или плиоценовая (плиоценовый).

Органический мир  – Крупные форминеферы - нумулиты.  В неогене хоботные слоны,  мастодонты, динотерии, тигры, носороги, медведи, собаки, человекообразные обезьяны. Развитие насекомых, птиц.

     Q_iv

Эра – Кайнозой. Продолжительность – 67 млн. лет.

Период – Четвертичный (антропогенный).  Начало – 1.5 млн. лет,

Продолжительность – 1.5 млн.лет.                                                 

Эпоха – Современная

Органический мир  – Крупные форминеферы - нумулиты. В четвертичном в связи с похолоданием на севере - волосатый мамонт, шерстистый носорог. Появление человека.

           Q₁₁₁

Эра – Кайнозой. Продолжительность – 67 млн. лет.

Период – Четвертичный (антропогенный).  Начало – 1.5 млн. лет.

Эпоха – Познечетвертичная (верхнечетвертичный).

Органический мир - Появляются скелетные организмы: археоциаты, триловиты, брахиоподы, губки, конодонтыю. В ордовике макс. развития достигают трилобиты,  грапомиты; появляются четырех лучевые кораллы, пелециподы и первые головоногие-эндоцеративы. В конце ордовика наибольшее оледенение. 

5.Опишите  сущность процессов внутренней динамики 
Земли (эндогенных процессов).