Дата сдачи в учебную часть: 

Федеральное агентство  железнодорожного транспорта

Филиал ГОУ ВПО  «Уральский государственный университет  путей сообщения»

в г. Нижнем Тагиле 
 

Кафедра: 
 
 

Контрольная работа №1

По  дисциплине: Инженерная геология 
 
 
 
 
 

Проверил:                                                                                 Выполнил:

Преподаватель                                                                         Студентка  III курса

Кукушкина Н.Г.                                                                       Назарова Е.Ф.

                                                                                    Шифр 08-СЖД-314 
 
 
 

Нижний Тагил

2011 г. 

1. Объясните значение  инженерной геологии  для строительства железных дорог и их эксплуатации.

     Инженерная геология является одной из геологических дисциплин. Она разрабатывает широкий круг научных и практических проблем, решает многие задачи, возникающие при проектировании, строительстве сооружений (тоннелей, плотин, мостов, дорог и различных промышленных и гражданских зданий) и при проведении инженерных работ по улучшению территорий (осушение, борьба с оползнями, карстом и другими геологическими явлениями).

     Инженерная геология включает следующие основные разделы: инженерную петрологию, инженерную геодинамику и специальную инженерную геологию.

     Инженерная петрология изучает состав, строение, физико-механические свойства горных пород. В задачу инженерной петрологии входит также прогноз изменения свойств 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 разрабатывает защитные мероприятия.

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

     Возникновение инженерной геологии и ее 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 надежности. В этом большую роль сыграли первые русские инженеры путей сообщения, воспитанники и профессора старейшего вуза страны - Института корпуса инженеров путей сообщения, ныне Петербургского государственного университета путей сообщения (ПГУПС), основанного в 1810 г.

     Уже в первые годы работы института в нем изучался курс минералогии и геологии. Можно считать, что зарождение инженерной геологии в приложении к строительству путей сообщения в России относится к началу XIX века и первые работы в этой области принадлежат перу инженеров путей сообщения. Выполнение геологических исследований для целей железнодорожного строительства в России относится к 1842 г. - началу постройки первой железной дороги нормальной колеи. В этой связи строители начали уделять горным породам большое внимание. Растущие масштабы строительных работ требовали привлечения геологов к изысканиям под строительство. Поэтому уже в начале XX века геологи начали привлекаться к решению вопросов, связанных со строительством железных дорог. Среди геологов в этой работе принимали активное участие: И.В. Мушкетов, В.А. Обручев, А.В. Львов, Ф.Ю. Левинсон-Лессинг, А.П. Павлов и др. Они работали как эксперты и изыскатели на различных стройках, проводили исследования с целью изучения оползней, карста, обвалов, вечной мерзлоты на железных дорогах. По результатам обследования объектов появилась литература, касающаяся условий проведения железнодорожных линий.

     Строительство таких сооружений, как ДнепроГЭС, гидроэлектростанции на Волге, Оке, строительство Беломорско-Балтийского канала, канала им. Москвы вызвало необходимость всестороннего изучения геологических условий возведения этих сооружений, потребовало применения новых методов геологических исследований и количественных оценок природных геологических условий, определяющих устойчивость сооружений. Столь же серьезные требования предъявляли к геологии строительство промышленных предприятий Магнитогорска, Кузнецка, Запорожья, реконструкция Москвы и других городов. Значительный комплекс геологических исследований был выполнен в связи с постройкой Московского метрополитена. Таким образом, инженерная геология как наука появилась в результате запросов практики строительства. Все возрастающие объемы строительных работ способствовали созданию в 1930 г. кафедры грунтоведения в Ленинградском университете, а в 1938 г. аналогичной кафедры в Московском университете. Грунтоведение изучало любые горные породы как объект инженерно-строительной деятельности. В 1944 г. при АН СССР была организована Лаборатория гидротехнических проблем имени академика Ф.П. Саваренского, которая наряду с гидрогеологическими проблемами занималась вопросами инженерной геологии. В настоящее время инженерная геология на транспорте все более совершенствуется в своем развитии: используются геофизические методы разведки, аэрокосмические и другие методы, позволяющие улучшить и ускорить выполнение инженерно-геологических исследований. Используются также данные физико-химии грунтов, что дает возможность познать природу происходящих в них процессов. Не меньшее значение для инженерной геологии имело успешное развитие сопредельных наук. Так, например, развитие физики, химии, математики и механики грунтов позволило инженерной геологии воспользоваться новыми методами для количественной оценки свойств горных пород и геологических явлений. Инженерная геология из описательной науки стала наукой конкретной, комплексной, тесно связанной со многими инженерными дисциплинами, такими как: «Механика грунтов, основания и фундаменты», «Изыскания и проектирование железных дорог», Железнодорожный путь», «Мосты и тоннели», которые без геологических данных не могли правильно решать свои задачи. Следует, что инженерная геология многое берет из разделов геологии, пополняет их результатами собственных исследований и дает необходимый материал строительству и горному делу.

     Известно, что всякое инженерное сооружение должно быть возведено с наименьшими затратами рабочей силы, материалов и времени. Одновременно оно должно обладать высокой прочностью и устойчивостью. Иногда возводимые сооружения вызывают возникновение новых природных геологических процессов и изменение существующих. Поэтому оценка природных условий района строительства является важнейшим условием его успешности. Чтобы обезопасить сооружение от деформации и разрушения в каждом случае следует определить возможность появления процессов, которые могут непредсказуемо проявиться впоследствии. При этом опасны не столько неблагоприятные геологические условия, сколько их недостаточное знание. Поэтому при возведении сооружений необходимо проведение тщательных и весьма детальных инженерно-геологических изысканий, которые бы позволили вскрыть всю сложность геологического строения и предупредить проектировщиков от ошибок и недоучета геологических особенностей и физико-механических свойств горных пород в местах постройки, а также предусмотреть необходимые профилактические мероприятия, предохраняющие сооружения от различных деформаций и обеспечить их нормальную эксплуатацию.

     Проведение инженерно-геологических изысканий при изучении районов строительства дает возможность при проектировании сооружений учесть все природные особенности места строительства и выбрать наиболее благоприятные участки. Для организации инженерно-геологических изысканий и последующего инженерно-геологического заключения следует получить ясное представление о геологическом строении местности, т.е. стратиграфии, тектонике, литологии, физико-геологических процессах, получивших развитие в данном районе. Правильно установленная стратиграфия определяет положение горных пород, обладающих различными физико-механическими свойствами, и тем самым является необходимой для оценки условий размещения сооружения. Роль тектоники в оценке инженерно-геологических условий места возведения сооружения очень велика. Тектонические нарушения горных пород создают иногда настолько трудные условия для строительства, что приходится искать мероприятия, позволяющие с безопасностью возводить сооружение, или определять другое место для его возведения.

     Сложные формы залегания пород вызывают чрезвычайную изменчивость инженерно-геологических условий. Весьма значительна роль гидрогеологических особенностей в инженерно-геологических работах.

      Инженерно-геологические изыскания выполняются при составлении проекта любого инженерного сооружения или хозяйственного использования территории. Материалы изысканий служат обоснованием проекта, поэтому в них освещаются геологические условия и оцениваются все факторы, влияющие на выбор места расположения сооружения, условия его строительства, эксплуатации и реконструкции.

Основными задачами инженерной геологии являются:

· изучение горных пород как грунтов основания, среды для размещения сооружений и строительного материала для  различных сооружений;

· изучение геологических процессов, влияющих на инженерную оценку территории, выяснение  причин, обусловливающих возникновение  и развитие процессов;

· разработка мероприятий по обеспечению устойчивости сооружений и защите их от вредного влияния различных геологических явлений.

     При изучении геологических процессов обычно используют все основные методы геологии и эти исследования должны обязательно завершаться количественной оценкой и прогнозом. Поэтому в учебнике уделяется особое внимание использованию количественных показателей и методам их расчета.

2. Опишите данные  минералы и породы.

Минерал: каолинит.

Химический состав: окись алюминия (Al₂O₃) 39,5%, двуокись кремния (SiO₂) 46,5%, вода (Н₂О) 14,0%. 
Форма кристаллических выделений: тонкие шестиугольные (псевдогексагональные) хорошо образованные таблички. 
Кристаллическая структур: слоистая решетка, аналогичная решетке мусковита. 
Спайность: хорошая. 
Класс симметрии: предположительно доматический (диэдрический безосный) - 2. 
Агрегаты: плотные, рыхлые, тонкочешуйчатые, землистые, сплошные массы. 

Породы.

Сланец  слюдяной

      Название дано по сланцеватой текстуре и минеральному составу (по преимущественному содержанию различных слюд);

тип по вещественному составу – силикатные.

      Цвет: различный, зависит от сочетания цветов слюд.

      Структура: от тонко- до крупночешуйчатой.

      Текстура: сланцеватая, плойчатая.

      Минеральный состав: состоит преимущественно из слюд – биотита (черная

слюда), мусковита (светлая слюда), серицита (тонкочешуйчатая слюда), других

слюд; кварца.

      Отличительные признаки: блеск по плоскостям спайности от шелковистого,

перламутрового  до серебристого – отличие от сланцев  глинистых и филлита;

большее количество слюд чем кварца – отличие  от гнейсов.

      Происхождение: образуются в мезозоне  из дисперсных осадочных

глинистых горных пород, а также из кислых и средних интрузивных

магматических горных пород.

      Применение: в дорожном строительстве иногда находит применение в

виде  щебня.

      По минеральному составу выделяют  следующие разновидности сланцев

слюдяных:

      сланец биотитовый – слюда в сланце преимущественно в виде биотита

(черная  слюда);

      сланец мусковитовый – слюда в сланце преимущественно в виде

мусковита (светлая слюда);

      сланец двуслюдяной – слюды в сланце представлены по количеству

примерно одинаково, биотитом и мусковитом;

      сланец серицитовый – слюда в сланце представлена преимущественно в

виде  серицита, являющегося разновидностью мусковита; кристаллы серицита

смотрятся в виде слабо различимых тонких чешуек; цвет белый, серый с

желтоватым или зеленоватым оттенком; блеск на плоскостях сланцеватости от

шелковистого  до серебристого; почти полностью  состоит из серицита, мало

глинистых минералов, более сильный блеск  – отличие от филлитов; царапает

гипс, на ощупь не жирный – отличие  от сланцев тальковых;

      сланец слюдисто-хлоритовый – отличается от других слюдяных сланцев присутствием минерала хлорита (слабо-зеленоватая окраска). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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

     Каждый грунт имеет свои, только ему присущие строительные свойства. В оценке свойств грунтов наибольшее значение имеют физико-механические характеристики.

     Характеристики физических свойств выражают физическое состояние грунтов (плотность, влажность и др.) и позволяют их классифицировать по типу, виду и разновидностям. Под механическими подразумевают такие свойства, которые появляются в грунтах под воздействием внешних усилий (давления, удара). Механические свойства оцениваются прочностными и деформационными характеристиками грунтов.

     Показатели физических и механических свойств скальных и нескальных грунтов между собой довольно значительно различаются, особенно физические. Основные физические и механические свойства скальных и нескальных грунтов приведены в таблице:

     Таблица.1   Характеристика скальных грунтов

Таблица.2   Характеристика нескальных грунтов

      Нескальные грунты характеризуются значительно большим количеством физико-механических свойств. Это связано с их более химико-минеральным составом, разнообразием структур и текстур.

     Плотность грунта – отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объему.

     Коэффициент размягчения – отношение временных сопротивлений одноосному сжатию скального грунта в водонасыщенном и в воздушно-сухом состоянии.

     Степень выветрелости – отношение плотностей выветрелого и невыветрелого образцов одного и того же скального грунта.

     Пористость – отношение объема пор к объему всего грунта, включая поры.

    Гранулометрический состав – содержание в осадочных горных породах или нескальных грунтах фракций частиц различной крупности, выраженное в % от массы сухого грунта, взятого для анализа.

    Плотность сухого грунта – отношение массы сухого грунта к объему, занимаемому этим грунтом (включая поры).

    Плотность частиц грунта – отношение массы сухого грунта к объему его твердой части.

    Влажность  -  отношение массы водой, содержащейся в грунте, к массе сухого грунта.

    Степень влажности – отношение объема воды, находящейся в порах грунта, к объему пор.

         Коэффициент пористости – отношение объема пор к объему твердой части скелета грунта.

    Число пластичности - разность между влажностями грунта на границах текучести и пластичности (раскатывания). Характеризует количественное содержание глинистых частиц в грунте. По числу пластичности глинистые грунты подразделяются на супеси, суглинки и глины. 

          Показатель консистенции – показатель состояния (подвижность) грунта нарушенной структуры при определенной влажности. Равен отношению разности естественной влажности и влажности на границе пластичности к числу пластичности.

     Коэффициент фильтрации – скорость фильтрации при напорном (гидравлическом)

          Прочность грунтов оценивается максимальной нагрузкой, приложенной к нему в момент разрушения (потери сплошности). Эта характеристика называется пределом прочности Rc, МПа, или временным сопротивлением сжатию.

          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, а так же для оценки устойчивости грунтов в откосах строительных котлованов, расчета давления грунта на подпорные стены и т. д. Сопротивление сдвигу оценивается силами внутреннего сдвига φ, град и сцепления C, кПа. Под первыми понимают силы сопротивления, которые возникают между соприкасающимися друг с другом частями грунта, а под вторым – сопротивление структурных связей грунта всякому перемещению слагающих частиц.

     Деформационные свойства характеризуют поведение грунтов под нагрузками, не превышающими критические и не приводящие к разрушению. Деформируемость грунтов зависит, как от сопротивляемости и податливости структурных связей, пористости, так и от способности деформироваться слагающих их минералов. Деформационные свойства грунтов оценивается модулем деформации E, МПа. 

Условия образования и  строительные свойства грунтовых отложений (аллювиальные -

).

  Частицы горных пород, размытых рекой, переносятся  на большие расстояния и откладываются  в тех местах, где уменьшается  скорость течения. Процесс выпадения  из воды переносимых ею частиц называется седиментацией, а накопление их —  аккумуляцией. Образованные при этом отложения называются аллювиальными или аллювием.

  В зависимости от условий отложения  различают несколько видов аллювия. Выпадение осадков может происходить  на поймах рек в период паводков, в руслах нижнего течения и, наконец, в устьях рек. В соответствии с этим аллювий может быть пойменным, русловым и дельтовым.

  Пойменный аллювий отлагается во время паводков на заливаемых пойменных террасах. Так как на поймах скорость течения  воды меньше, чем в руслах, то обычно в пойменных водах содержатся более мелкие частицы породы, чем в русловых. По мере спада воды скорость ее уменьшается. Сначала выпадают самые крупные частицы, а потом более мелкие. На следующий год этот процесс повторяется, вследствие чего в разрезе можно различить годовые слои наносов.

  Пойменный аллювий характеризуется тонкой, почти горизонтальной слоистостью, неоднородностью гранулометрического состава и малой мощностью слоев с характерным линзообразным выклиниванием. Он состоит из мелких частиц кварца и глинистых минералов, в основном группы каолинита и гидрослюд. Глинистые минералы группы монтмориллонита встречаются в очень небольших количествах, вследствие чего глинистые породы пойменного аллювия не склонны к сильному набуханию. В накоплении пойменного аллювия могут быть перерывы и на поймах образуются гумусосодержащие почвы. В последующие годы процесс накопления может возобновиться, в результате чего почвенные прослои будут погребены вместе с растительностью, которая постепенно обогатит пойменные отложения новыми порциями гумуса.

  Особую  разновидность пойменного аллювия представляет старинный аллювий, откладываемый только, в старицах рек. Старицы постепенно превращаются в замкнутые заболоченные понижения и заполняются мельчайшим иловато-глинистым материалом. В этих отложениях обычно содержится много органических остатков, гниение которых при недостатке кислорода приводит к образованию торфа и таких минералов, как пирит, сидерит и др. Для старичного аллювия, в отличие от пойменного, характерно наличие постоянного полного водонасыщения. Грунты старичного аллювия сильносжимаемы и находятся обычно в текучем или текучепластичном состоянии, а поэтому неустойчивы и обладают ничтожной несущей способностью.

  Русловый  аллювий откладывается в руслах рек после спада паводковых вод. Наиболее крупные частицы породы, увлеченные в русло реки во время паводка, после спада вод осаждаются. В результате в русле реки образуются перекаты и мели, нижняя часть которых сложена гравием и крупным песком, а верхняя — более мелкими песчаными частицами.

  Для руслового аллювия, так же как и для пойменного, характерны горизонтальная или наклонная слоистость, малая мощность слоев и хорошая отсортированность материала. В отличие от пойменного в русловом почти не встречаются глинистые минералы и в основном он сложен песками различной крупности.

  Дельтовый аллювий откладывается в устьях рек при их впадении в моря и  озера. Впадая в водный бассейн, не имеющий  течения вода реки теряет скорость, и весь принесенный ими обломочный материал оседает на дно. Он отлагается на прибрежном откосе дна слегка наклонными слоями, постепенно утончающимися в сторону бассейна. Речные наносы по мере удаления от устья реки распространяются в водном бассейне в стороны, образуя конусообразную площадку, изрезанную тонкими протоками. По форме такая площадка напоминает греческую букву «дельта», откуда и произошло название «дельта реки».

  В отложениях дельтового аллювия встречаются  все песчаные и глинистые фракции. В наиболее удаленной в глубь  водоема части дельты характерно образование илов, т. е. глинистых  отложений в наиболее рыхлой (начальной) стадии образования.

  Приведенные характеристики пойменного, руслового  и дельтового аллювия и условия  его образования характерны для  равнинных рек. Образование аллювия  горных рек имеет свои особенности. Здесь преобладает, не отложение осадков, а размыв. Большой уклон русла создает благоприятные условия для переноса крупных обломков горных пород. Перекатываемые по дну горных рек крупные обломки, глыбы и валуны постепенно обтачиваются и истираются. Как правило, аллювий горных рек сложен окатанным крупнообломочным материалом (валунами, гальками, гравием, крупным песком) и характеризуется большой водопроницаемостью.