Кристаллография и минералогия

Федеральное агенство по образованию (Рособразование)

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«московская государственная академия коммунального  хозяйства и строительства»

 

Факультет: Технологий и промышленного дизайна

Кафедра: Инженерной геологии, механики грунтов, оснований и фундаментов

Дисциплина: Инженерная геология

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент 3 курса

Моляков Равиль Ханяфиевич

шифр: ПСК – 10 – 068

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2012 г.

 

 

 

Содержание

Задание 1……………………………………………………………………………3

Задание 2……………………………….....…………………..…………………….5

Задание 3……………..……………………………………………………………..6

Задание 4………………………..…...…………...…………………………………7

Задание 5……………………..………………………………...…………………...9

Задание 6……………………….…………………………………………….........10

Задание 7…………….…..……………………………………………………...…11

Задание 8…………………...…………….……………………………………......12

Список используемой литературы……………………………………………....13

 

 

ЗАДАНИЕ 1

Опишите кубическую сингонию кристаллов, укажите ее основные характеристики и формы кристаллов, относящихся к ней. Покажите на эскизах формы кристаллов с элементами симметрии.

Важным свойством кристалла  является определенное соответствие между  разными гранями - симметрия кристалла. Выделяются следующие элементы симметрии:

Плоскость симметрии - воображаемая плоскость, которая делит кристалл на две зеркально равные части (рис.1). В кристалле может быть  несколько плоскостей симметрии. Плоскость симметрии обозначается буквой P.

Ось симметрии - воображаемая ось, при повороте вокруг которой на 360º отдельные элементы кристалла могут повторяться 2, 3, 4 и 6 раз (обозначается буквой L). Соответственно этому оси будут называться осями симметрии второго(L2) третьего(L3) четвертого(L4) и шестого порядка (L6).

Центр симметрии - точка внутри кристалла, в которой пересекаются и делятся взаимно пополам все прямые линии, соединяющие соответствующие точки поверхности кристалла. У кристалла может быть только один центр симметрии или он вовсе отсутствует. Центр симметрии обозначается буквой С.

Комбинация этих элементов  симметрии и порядков дает 32 класса симметрии для всех кристаллов. Эти  классы, в соответствии с их общими свойствами, можно объединить в семь сингонии (кубическую, тетрагональную, гексагональную, тригональную, ромбическую, моноклинную, триклинную).

Кубическая сингония.

Кубическая (изометрическая, правильная) сингония - самая высокосимметричная, единственная, относящаяся к высшей категории по уровню симметрии. В этой сингонии кристаллизуются наиболее симметричные кристаллы. В кубической сингонии присутствует более одной оси симметрии выше второго порядка, т. е. L₃ или L₄ .

Кристаллы кубической сингонии обязательно должны иметь четыре оси третьего порядка (4L₃) и, кроме того, либо три взаимно перпендикулярные оси четвертого порядка (3L₄), либо три оси второго порядка (3L₂).

Максимальное количество элементов симметрии в кубической сингонии может быть выражено формулой 3L₄4L₃6L₂9PC (9 плоскостей и 13 осей симметрии).

Рис.1 Оси симметрии кубической сингонии

В трех классах из пяти есть плоскости симметрии (3, 6 или 9) и в двух из них — центр инверсии.

                               

 Рис.1. Три главные плоскости                                 Рис.2. Диагональные плоскости симметрии в кубе

симметрии в кубе

В кубической сингонии могут быть только свои специфические формы. Ни одна из простых форм низшей и средней категории не встречается в кубических кристаллах. Точно также ни одна простая форма кубической сингонии не встречается в кристаллах других сингоний.

Важнейшие простые формы кубической сингонии - тетраэдр, куб, октаэдр, ромбододекаэдр и пентагондодекаэдр, остальные встречаются значительно реже. Всего же простых форм кубической сингонии - 15 (рис.3):

Рис.3 Формы кубической сингонии 
ЗАДАНИЕ 2

Охарактеризуйте классы, подклассы и группы карбонатов. В качестве примера подробно опишите любой минерал этого класса, подкласса, группы. Описание минералов приводится в виде таблицы №1.

Таблица №1

Минералы	Кальцит
Класс	Карбонаты
Химическая формула	CaCO3
Строение	Тригональная сингония
Цвет	Бесцветный, белый, розовый, жёлтый, коричневый
Цвет черты	Белый
Блеск	Стеклянный до перламутрового
Твердость (по шкале Мооса)	3
Спайность	Совершенная в трех направлениях, по ромбоэдру
Излом	Ступенчатый
Реакция с НCl	Взаимодействует с бурным вскипанием и шипением по реакции: CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2↑
Удельный вес	26558 Н/м3
В каких породах может встречаться  в качестве породообразующего	Известняки, меловые породы, мергели
Применение в строительстве	Широко используются в производстве цемента и извести, как облицовочный и строительный материал

Рис. 1 Кальцит 

ЗАДАНИЕ 3

Составьте характеристики горных пород: габбро, конгломерат, лесс.

Описание свойств горных пород приводится в виде таблицы  №2.

Таблица №2

Порода		Габбро	Конгломерат	Лесс
Тип	По происхождению	магматическая интрузивная	осадочная обломочная	осадочная обломочная
Группа
Кислотность (для магматических  пород)		45-52 % - основная порода	-	-
Минералогический состав		Плагиоклаз, лабрадор, авгит (50-55%), моноклинный пироксен (30-35%), оливин, либо роговая обманка (< 5%)	разнообразный, определяется вещественным составом обломков (минералов, горных пород	Кварц, кальцит, полевой шпат, в меньшем количестве - слюда, роговая обманка
Структура		Неравномерно зернисто-кристаллическая	Крупнообломочная (псефитовая), из окатанных обломков размером от 2 до 200 и более мм	Землистая, мелкозернистая
Текстура		Массивная, плотная	Плотная, слоистая,	Массивная
Окраска		Чёрная, тёмно-зелёная, иногда пятнистая порода	Обычно неоднородная, пёстрая	Светло-жёлтая или палевая
Реакция с НCl		Реагирует	Реагирует	Реагирует
Форма залегания		Крупные лакколиты, лополиты, силлы и штоки	В виде пластов или  слоев	Покровное:  от нескольких метров до 50—500 м — на водоразделах, склонах и древних террасах долин
Применение в промышленности и  в строительстве		Буровой камень, щебень для  бетона и как дорожный материал. Гидротехнические сооружения. Декоративный материал (облицовочные плиты)	Заполнитель для бетонов, а также при производстве штучного камня и облицовочных плит	Добавка к цементным растворам вместо извести и для изготовления строительного кирпича

 

 

 

ЗАДАНИЕ 4

 Опишите условия  образования болотных типов осадочных  горных пород.

Охарактеризуйте особенности  их гранулометрического (механического) состава, строительные свойства и возможности применения в качестве строительного материала или сырья для его производства.

Геологическая деятельность болот преимущественно сводится к процессам осадконакопления. Здесь  накапливаются органогенные и в  значительно меньшей степени хемогенные осадки. Среди органогенных отложений наиболее важным является торф. К хемогенным осадкам относится болотная известь, а также болотные или дерновые железные руды.

Торф образуется в результате накопления отмершей болотной растительности – различных трав, мхов, кустарников и деревьев. Погрузившаяся в воду растительность, постепенно образует слой в несколько метров, вследствие чего доступ воздуха ограничивается. Поэтому дальнейшие преобразования органической массы происходят при ограниченном доступе или без доступа кислорода.

В верхних частях бассейнов, где имеется ограниченный доступ воздуха, происходит частичное преобразование растительного материала в перегной, или гумус (от лат. «хумус» — земля). В нижних частях в условиях полного отсутствия кислорода и в среде деятельности анаэробных бактерий перегнивающая растительная масса преобразуется в торф. Этот медленный процесс гниения, происходящий без доступа воздуха и ведущий к образованию торфа, называют гумификацией, или начальной стадией углефикации. В ходе него происходит постепенное возрастание в породе содержания углерода (до 57-59 %).

Для торфа характерна высокая влагоемкость и влажность  в естественном состоянии (обычно в  пределах 150 - 3000 %). Твердое вещество высушенного торфа состоит из не вполне разложившихся растительных остатков - растительного волокна, продуктов разложения растительных остатков - темного бесструктурного вещества (гумуса) и неорганических примесей.

Механические свойства торфов зависят  от их структурных особенностей, определяемых степенью волокнистости, плотности (влажности) и состава торфообразователей, косвенно отражаемого величиной зольности торфа. При зольности менее 5 % состав торфообразователей соответствует условиям формирования верхового болота. Торф в этом случае называют малозольным (верховым). При зольности от 5 % до 20 % торф следует относить к торфам средней зольности (низинный), а при зольности 20-40 % - к высокозольным (минерализованным).

Строительные материалы  из торфа обладают рядом положительных свойств и могут с успехом применяться в строительстве. Не переработанный торф, торфяная крошка, а также торфяные гранулы используются в качестве заполнителя для получения легких бетонов. При изготовлении стенового материала для малоэтажного строительства - саманный камень, кирпич, теплоизоляционные перегородки - в качестве заполнителя также используется торф. Торф применяется для изготовления вяжущих веществ в качестве активного наполнителя. Но наиболее распространенным способом применения торфа в нашей стране является изготовление торфяных теплоизоляционных изделий в виде плит, скорлуп и сегментов, используемых для теплоизоляции поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре от -60 до +100 о С, а также в строительных конструкциях зданий-холодильников.

Болотная известь - мягкий, землистый или пылевидный, обычно нечистый карбонат кальция сероватого до белого цвета. Содержание карбоната кальция колеблется от 30 (и менее) до 90%. Образуется в низинных болотах при выпадении углекислой извести из жесткой воды грунтовых источников. Вода, содержащая углекислоту, растворяет известняк и переводит в раствор углекислую известь, которая снова выделяется не только при выходе источника наружу (когда происходит потеря углекислоты), но также и в тех породах, по которым этот источник протекает, например, под слоем торфа.

Болотная известь образует следующие разности:

мучнистые — встречаются, в общем, довольно редко;

рухляки — скопление  мелких кусочков извести неправильной формы, размером с зерно ячменя или пшеницы;

комковато-ноздристые, отличающиеся от рухляков преобладанием комковатых сростков извести, и, наконец,

плитняки, или травертины (по-итальянскп «травертйно» — ноздреватая, а также плотная, довольно твердая  порода). Чаще встречаются рухляки и комковатые туфы.

Отсеянный рухляк дает хорошее  удобрение, комок же или плита  идет в обжиг на строительную известь.

Болотные руды образуются в результате растворения и выноса железа из окружающих пород (под воздействием процессов заболачивания) и последующего его переотложения и концентрации в понижениях рельефа. Часто такие руды имеет бобовую структуру, указывающую на участие в ее образовании коллоидных, иногда биохимических процессов. Осаждению окислов железа способствует растительность, вокруг корешков и стеблей которой часто образуются, наряду с бобовинами, железистые корочки. По внешнему виду болотная руда представляет собой плотные тяжелые землистые комья красно-рыжего оттенка.

Болотные руды содержат в среднем 30—40, изредка 50% окиси железа, также несколько окиси марганца, различное количество воды до 30 %, кремнекислоту в виде силикатов, примесь песку, фосфорной кислоты до 8 % (вследствие чего они и являются негодными рудами) и т. д.

В прошлом болотные руды были важнейшим источником добычи железа, так как лежат они неглубоко и их легко разрабатывать самым примитивным кустарным способом. В настоящее время эти руды не разрабатываются, так как используются залежи руд, более богатых по содержанию металла и по своим запасам.

 

ЗАДАНИЕ 5

Опишите форму нарушенного  залегания горных пород (надвиг). Проиллюстрируйте описание схематическими рисунками. Поясните возможность влияния данного  нарушения в залегании горных пород на условия возведения различных  сооружений и условия разработки месторождений строительных материалов.

Надвиг - разрывное нарушение залегания горной породы обычно с пологим (45-60°) наклоном плоскости смещения, по которому висячий бок поднят относительно лежачего и надвинут на него.

У надвига есть плоскость  надвига (поверхность сместителя) надвиговый или висячий бок или крыло и поднадвиговый или лежачий бок или крыло (рис. 1). Активным элементом надвига может быть и поднадвиговый бок, при относительной неподвижности висячего бока, и в таком случае разрыв будет называться поддвигом. Амплитуды смещений у надвига могут быть значительно больше, чем у взбросов, но в большинстве случаев они не превышают первые сотни метров.

Рис. 1. АБВГ – плоскость надвига; АБ – линия простирания плоскости надвига; АГ – линия падения плоскости надвига; 1 – лежачее крыло надвига; 2 – висячее крыло надвига. 

По наклону поверхности  разрыва выделяются четыре вида надвигов (рис. 2): крутые (с углом наклона сместителя более 45º), пологие (с углом наклона поверхности разрыва менее 45º), горизонтальные (с приблизительно горизонтальным расположением сместителя) и ныряющие, когда поверхность разрыва на отдельных участках наклонена в сторону видимого перемещения пород.

 

В результате надвига  более древние слои оказываются  поверх более молодых и разрез их повторяется дважды, что вызывает затруднения при разведке полезных ископаемых.

Наличие разрывных дислокаций (надвигов) резко изменяет и усложняет инженерно-геологические условия строительства – нарушается однородность грунтов основания фундамента сооружений, образуются зоны дробления (разрывы), снижается прочность пород, по трещинам разрывов происходят смещения, нарушается режим подземных вод. Это вызывает неравномерную сжимаемость грунтов и деформацию самого сооружения вследствие неравномерной осадки различных его частей.

 

ЗАДАНИЕ 6

Определить приток воды (Q) к совершенной дренажной канаве, отводящей подземные воды грунтового водоносного горизонта от проектируемого карьера до добычи песка (приток воды к канаве будет происходить с одной стороны). Расчет проиллюстрировать схематическим рисунком.

Дано:

Мощность водоносного  горизонта Н=4 м

Величина понижения  уровня воды в канаве S=3,4 м

Коэффициент фильтрации пород К_ф=21 м/сут

Длина дренажной канавы В=120 м

Решение:

 

Формула притока воды с одной стороны дренажной канавы имеет вид:

Q = K_ф В (Н² – h²)/2R

Где R - радиус влияния канавы, находится приближенно по формуле Кусакина:

R = 2*S*√H*K_ф = 2*3,4*√4*21 = 146,32 м

h = H – S = 4 – 3,4 = 0,6м

Q = 21*120*(4² – 0,6²)/2*146,32 = 2520*15,64/292,64 = 134,68 м/сут

 

ЗАДАНИЕ 7

Опишите геологические  процессы и явления, (плывуны). При  составлении описания следует последовательно  указывать: причины образования  рассматриваемого геологического процесса; стадии его протекания; специфические  черты и особенности; мероприятия, устраняющие вредные для народного хозяйства последствия этого процесса.

Плывунами называют насыщенные водой грунты (обычно пески или супеси), которые способны разжижаться под механическим воздействием на них, при вскрытии их котлованами и другими выработками.

По причинам образования плывуны подразделяются на ложные и истинные.

Ложные плывуны образуются при наличии гидродинамического давления воды, которое взвешивает мелкие частицы. Такие плывуны можно наблюдать, например, там, где грунтовые воды выходят на поверхность в виде родников. Ложные плывуны хорошо отдают воду, а при снижении напорного градиента переходят в устойчивое состояние.

Истинные плывуны обусловлены наличием в них коллоидных частиц и микроорганизмов – особых бактерий. В водонасыщенной дисперсной породе происходит накопление в виде пузырьков газообразных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, которые вызывают избыточное давление в жидкой фазе породы, являющееся энергетическим фактором ее подвижности.

Обычно представлены они глинистыми песками, супесями с низким коэффициентом фильтрации. Их характерной особенностью является слабая водоотдача, а при высыхании они образуют сцементированные массы.

Плывуны осложняют проходку котлованов, горных выработок, ведение  строительных работ, из-за того, что происходит заиливание этих выемок. При вскрытии плывунов котлованами, карьерами, скважинами, стволами шахт происходит вынос насыщенного водой грунта; в результате в массиве грунта около выработок образуются пустоты и ниши. В следующей стадии происходит деформация поверхности земли с образованием опусканий и провалов различных размеров и глубины.

Плывун обладает таким  свойством, как тиксотропность, т.е. текучесть. Выглядит, как вязкая масса, и похож на глину.

Для борьбы с  ложными плывунами используются следующие методы:

1. Искусственное осушение  плывунных грунтов с помощью  дренажа.

2. Крепление стенок  котлована шпунтовыми ограждениями.

3. Закрепление плывунов  силикатизацией, цементацией, замораживанием  и т.д.

4. Применение сжатого  воздуха для создания давления, уравновешивающего давление воды. Обычно при проходке тоннелей, сооружении мостовых опор и т.д.

Для борьбы с  истинными плывунами используют следующие методы:

1 Крепление стенок котлована шпунтовыми ограждениями.

2. Замораживание.

 Водопонижение для истинных плывунов неприменимо из-за низкого коэффициента фильтрации. По этой причине невозможно применение силикатизации и цементации.

 

ЗАДАНИЕ 8

Методом среднего арифметического  определите запасы полезного ископаемого, объем вскрышных работ и геологический  коэффициент месторождения при условии, что оно разведано с помощью 16 скважин, пробуренных по квадратной сетке с постоянным расстоянием между ними. Первый (горизонтальный) ряд составляют скважины с 1-й по 4-ю, второй – с 5-й по 8-ю, третий – с 9-й по 12-ю, четвертый – с 13-й по 16-ю. Условно принимается, что граница полезного ископаемого (линзы кварцевого песка) совпадает с крайними скважинами квадратной сетки.

Дано:

Расстояние между скважинами – 150 м

Номера скважин, по которым определены мощность вскрытых пород (числитель) и мощность слоя полезного ископаемого (знаменатель)
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
8,3 1,3	9,2 1,9	9,0 1,1	9,5 1,4	8,0 1,5	7,8 7,6	7,0 10,3	7,3 2,0	8,5 3,1	7,5 11,5	6,8 12,6	7,0 1,9	9,3 2,2	9,5 2,8	10,0 0,8	9,2 2,5

Решение:

1. Запасы полезного ископаемого в установленных контурах при заданной мощности слоя и размерах контура подсчёта запасов составляют:

V_пи = S_п * H_пи , м³,

где S_п – площадь контура, м²;

Н_пи – средняя мощность полезного ископаемого, м.

Н_пи=(1,3+1,9+1,1+1,4+1,5+7,6+10,3+2,0+3,1+11,5+12,6+1,9+2,2+2,8+0,8+2,5)/16=4м

S_п = (150*3)*(150*3) = 202500м²

V_пи = 202500*4 = 810000м³

2. Объем вскрышных работ составит:

V_вп= S_п * H_вп м3, (6)

где Н_вп – средняя мощность вскрытых пород, м

Н_вп = (8,3+9,2+9,0+9,5+8,0+7,8+7,0+7,3+8,5+7,5+6,8+7,0+9,3+9,5+10,0+9,2)/16 = 33,475м

V_вп=33,475 * 202500 = 6778687,5 м3.

3. По полученным данным определяем геологический коэффициент месторождения:

К_м = V_вп / V_пи

К_м = 6778687,5 /810000 = 8,37 м³/м³

 

Список использованной литературы

1. Ананьев В.П., Потапов А.Д. Основы геологии, минералогии, петрографии. - М.: Высшая школа, 1999г.
2. Т.Б. Здорик, В.В. Матиас, И.Н. Тимофеев, Л.Г. Фельдман. Минералы и горные породы СССР. - М.: 1970 г.
3. Торопов Н.А., Булак Л.Н. Кристаллография и минералогия. 3-е изд. - Л.: Стройиздат, 1972 г.
4. В.П. Ананьев, А.Д. Потапов. Инженерная геология. Учеб. для строит. Вузов - 3-е изд., перераб. и испр.— М.: Высш. шк., 2005г.