Контрольная работа по "Геологии". 3

ЛИСТ ЗАМЕЧАНИЙ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 1

 

Кратко охарактеризуйте  физические свойства и химический состав минералов: Ортоклаз и Лимонит. Назовите горные породы, в которых они содержатся.

 

Ортоклаз —породообразующий минерал из группы полевых шпатов. Другие названия минерала и его разновидностей: ледяной шпат, рыбий глаз, гиалофан, аглаурит, санидин, аглаирит.

Физические свойства:

1. Цвет – свойство минерала, которое в значительной степени предопределяется химическим составом – светлый.
2. Цвет черты – цвет, оставляемый минералом при царапании им поверхности фарфоровой пластинки – белый.
3. Излом - называется вид поверхности, получаемой при разламывании минерала не по плоскости спайности – ровный.
4. Прозрачность – способность минерала пропускать через себя свет – непрозрачный.
5. Блеск – создается светом, отраженным от гладкой поверхности минерала – жирный, стеклянный.
6. Удельный вес – 3,2-4,35 г/см³.
7. Твердость – способность одного минерала царапать другой. Степень твердости – по Шкале Маоса 6.
8. Спайность – способность минерала раскалываться по определенным плоскостям – совершенная, то есть при ударе минерал раскалывается по спайности, и обломки внешне напоминают самостоятельные кристаллы.

Химическая формула  , состав: Окись калия (К₂О) 16,9%, окись алюминия (А1₂Оз) 18,4%, двуокись кремния (Si0₂) 64,7%,.

Горные породы, содержащие ортоклаз – гранит, кварцевый порфир, липарит, диорит, сиенит, андезит, трахит, гранодиорит,

 

 

Лимонит – (бурый железняк), агрегат или смесь нескольких минералов, гидроксидов железа с преобладанием гетита.

1. Цвет минерала - темный - красновато-бурый или ржаво-коричневатый, черта желтовато-коричневая.
2. Цвет черты – желто-бурый до красно-бурого.
3. Излом – землистый.
4. Прозрачность –непрозрачный.
5. Блеск- тускло- металлический до алмазного.
6. Удельный вес- 2,7-4,3 г/см³.
7. Твердость  по шкале Маосса- 1-4.
8. Спайность – весьма несовершенная (при ударе минерал раскалывается с раковистым изломом) или отсутствует.

Химическая формула  . Окись железа (Fe₂O₃) 86—89%, вода (Н₂О) 10—14% .

Встречается в виде мелко- или скрытокристаллических плотных  сталактитоподобных выделений или  землистых масс. Образуется как вторичный  продукт в результате окисления и гидратации первичных минералов, содержащих железо. Встречается также в качестве природного железистого цемента, связующего зерна минералов в осадочных породах, особенно в песчаниках. Железо, растворенное в морской воде при ее испарении или при участии железобактерий, отлагается в виде пластов осадочных лимонитов – оолитовых бурых железняков. Железобактерии распространены также в торфяных болотах. Если водотоки, дренирующие территории, где в изобилии присутствуют окисленные минералы железа, впадают в болото, происходит накопление лимонитовой болотной руды.

 

 

 

 

 

 

 

Задание 2

 

Приведите классификацию  горных пород по происхождению. Дайте  подробную характеристику указанной  горной породы – осадочные несцементированные крупнообломочные и песчаные.

 

По происхождению горные породы разделяют на три группы: изверженные, осадочные, метаморфические.

- Изверженные породы образовались непосредственно из магмы (расплавленной массы преимущественно силикатного состава), в результате ее охлаждения и застывания. В зависимости от условий застывания различают глубинные и излившиеся горные породы.

Глубинные возникли в  результате постепенного остывания  магмы при высоком давлении внутри земной коры. В этих условиях составляющие магмы кристаллизовались, благодаря  чему образовались массивные плотные породы с полнокристаллической структурой: граниты, сиениты, лабрадориты и габбро.

Излившиеся породы образовались в результате вулканического извержения магмы, которая быстро остывала на поверхности  при низкой температуре и давлении. Времени для образования кристаллов было недостаточно, поэтому породы этой группы имеют скрыто или мелкокристаллическую структуру и большую пористость: порфиры, базальты, вулканические туфы, пеплы и пемзы.

- Осадочные горные породы называют вторичными, поскольку они образовались в результате разрушения изверженных пород или из продуктов жизнедеятельности растений и животных организмов. Один из способов формирования этих горных пород – химические осадки, образующиеся в процессе высыхания озер и заливов. В результате в осадок выпадают различные соединения, которые со временем превращаются в травертин, доломит. Общая особенность этих пород – пористость, трещиноватость, растворяемость в воде.

К обломочным осадочным  породам относятся сцементированные отложения (песчаники, брекчии, конгломераты) и рыхлые (пески, глины, гравий и щебень). Сцементированные отложения образовались из рыхлых. Например, песчаник – из кварцевого песка с известковым цементом, брекчия – из сцементированного щебня, а конгломерат – из гальки. Еще известны породы органического происхождения – известняки и мел. Они образуются в результата жизнедеятельности животных организмов и растений.

Метаморфические породы образовались путем превращения изверженных и осадочных горных пород в новый вид камня под воздействием высокой температуры, давления и химических процессов. Среди метаморфических пород различают массивные (зернистые), к которым относятся мрамор и кварциты, а также сланцеватые – гнейсы и сланцы.

 

Для грунтов осадочного происхождения есть своя классификация  по группам: пылеватые и глинистые (глины, супеси, суглинки), обломочные несцементированные (щебень, гравий, галька, песок), осадочные  сцементированные (алевролиты, конгломераты, песчаники), осадочные хемогенные и биогенные (доломиты, известняки, кремнистые породы, мел), а также грунты особого состава, свойств и состояния (ил, торф).

Осадочные несцементированные (рыхлые) крупнообломочные и песчаные осадочные горные породы представляют собой скопление продуктов выветривания скальных горных пород. По происхождению рыхлые обломочные горные породы могут быть: речные или аллювиальные (русловые, пойменные, дельтовые осадки), водно-ледниковые, озерные и морские (прибрежные и глубинные), ветровые или эоловые.

По крупности окатанных обломков рыхлые осадочные горные породы делят на валуны, гальку, гравий и песок.

Валунный камень –  грубоокатанные, округлой формы, обломки  магматических горных пород размером более 100мм. Качество валунного камня  обуславливается петрографическим составом породы, крупностью и формой обломков, а также степенью выветривания. Валуны размером до 25см применяют для дорожных работ без дополнительной обработки..Боле крупные используют для получения каменного материала (щебня) путем раскалывания и дробления.

Галька- представляет собой  окатанные водой обломки горных пород размером от 100 до 70(40) мм. Гальку применяют для устройства основания, дренажей, дробят и используют как  щебень.

Гравий- рыхлое скопление  окатанных обломков  исходных горных пород размером от 70 до5мм. В месторождениях   карьерный гравий может залегать в виде сплошных скоплений, отдельных слоев, линз, гнезд и содержать          различное количество примесей в виде галечников, пека глинистого вещества. Наиболее загрязнен примесями моренный гравий. Лучшей разновидностью гравия считается ледниковый, который менее окатан. Гравий применяется для изготовления железобетонных изделий, в дорожной строительстве и как фильтрующий материал.

Песок – рыхлая зернистая  порода, образовавшаяся в результате естественного разрушения горных пород, крупностью зерен 0,14-5мм. В песке иногда имеются более мелкие частицы – пылеватые и глинистые. В зависимости  от минералогического состава различают пески: кварцевые, полевошпатные, известняковые, ракушечные. Наиболее прочными являются кварцевые пески. Песок применяется для приготовления строительных растворов, цементно и асфальтобетонов, для устройства дренажей. Является сырьем для производства силикатных изделий, керамики, стекла.

 Глыбы, щебень, и дресва - скопления угловатых неокатанных обломков размером от 100 (глыбы) до 2 мм (дресва). Их образование связано с механическим разрушением горных пород.

                              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 3

 

 

Опишите геологические  процессы и явления (выветривание), методы борьбы с отрицательным влиянием их на инженерно-геологические свойства грунтов или инженерные сооружения.

 

Выветривание горных пород и минералов - это процесс  разрушения и химического изменения  горных пород под влиянием температуры, химического и механического воздействия на них атмосферы, воды и организмов.

Различают три типа выветривания: физическое, химическое, биологическое.

Физическое выветривание - это процесс механического раздробления горных пород без изменения химического состава образующих их минералов. 
Физическое выветривание активно протекает при больших колебаниях суточных и сезонных температур, например в жарких пустынях, где поверхность почвы иногда нагревается до 60 - 70°С, а ночью охлаждается почти до 0°С. Процесс разрушения усиливается при конденсации и замерзании воды в трещинах горных пород, поскольку, замерзая, вода расширяется на своего объема и с огромной силой давит на стенки. В сухом климате аналогичную роль играют соли, кристаллизующиеся в трещинах горных пород. Так, соль кальция CaSO₄, превращаясь в гипс (CaSO₄ - 2H₂O), увеличивается в объеме на 33%. В результате от породы, разбитой сетью трещин, начинают отпадать отдельные обломки, и с течением времени ее поверхность может подвергнуться полному механическому разрушению, что благоприятствует химическому выветриванию.

Химическое выветривание - это процесс химического изменения  горных пород и минералов и  образования новых, более простых  соединений в результате реакций  растворения, гидролиза, гидратации и  окисления.

Важнейшими факторами  химического выветривания являются вода, углекислый газ и кислород. Вода выступает в роли активного  растворителя горных пород и минералов, а растворенный в воде углекислый газ усиливает разрушающее действие воды.

Основная химическая реакция воды с минералами магматических пород - гидролиз - приводит к замене катионов щелочных и щелочноземельных элементов кристаллической решетки на ионы водорода диссоциированных молекул воды.

С деятельностью воды связана также гидратация - химический процесс присоединения воды к минералам. В результате реакции происходит разрушение поверхности минералов, что в свою очередь усиливает их взаимодействие с окружающим водным раствором, газами и другими факторами выветривания.

Реакция присоединения  кислорода и образования оксидов (кислотные, основные, амфотерные, солеобразующие) называется окислением. Окислительные процессы широко распространены при выветривании минералов, содержащих соли металлов, особенно железа.

В результате химического  выветривания изменяется физическое состояние минералов, разрушается их кристаллическая решетка. Порода обогащается новыми (вторичными) минералами и приобретает такие свойства, как связность, влагоемкость, способность к поглощению.

Биологическое выветривание - это процесс химического разрушения и химического изменения горных пород и минералов под влиянием организмов и продуктов их жизнедеятельности.

При биологическом выветривании организмы извлекают из породы необходимые  для построения своего тела минеральные  вещества и аккумулируют их в поверхностном горизонте породы, создавая условия для формирования почвы. Корни растений и микроорганизмы выделяют во внешнюю среду углекислый газ и различные кислоты (щавелевую, яблочную, янтарную, плавиковую, азотную, серную), которые разрушают минералы и усиливают процесс выветривания.

Большая роль в биологическом  выветривании монолитных пород принадлежит  лишайникам, которые разрушают породы как химически, выделяя углекислоту  и кислоты, так и механически, проникая гифами внутрь минералов и  трещин горных пород.

Животные в меньшей  степени, чем растения, влияют на горные породы. Однако и они разрушают  их путем механического разрыхления  и выделения продуктов жизнедеятельности.

 

Под влиянием агентов  выветривания горные породы разрушаются, в  результате чего получаются образования, отличающиеся от первоначальных пород другими физико-техническими свойствами. Такие образования носят название продуктов выветривания. При этом продукты выветривания, оставшиеся на месте  их первоначального образования называются элювием. Скорость выветривания разных пород различна. Магматические породы разрушаются гораздо медленнее, чем осадочные.

Элювий представляет собой материал различной прочности, в зависимости  от степени выветривания. Вследствие значительной пористости и неоднородности состава элювий дает неравномерную осадку под сооружением. Но при плотном сложении при прочной коренной породе элювий может служить надежным основанием сооружений.

При проектировании необходимо учитывать, что:

- элювиальные грунты могут быть очень неоднородны и в пределах строительной площадки сложены по глубине и в плане несколькими разновидностями - слабовыветрелыми и выветрелыми скальными грунтами, крупнообломочными, песчаными и глинистыми грунтами, с большим различием их прочностных и деформационных характеристик;

- элювиальные грунты, например крупнообломочные и сильновыветрелые скальные склонны к ослаблению и разрушению за время пребывания в открытых котлованах;

- элювиальные супеси и пылеватые пески в случае их водонасыщения в период открытия котлованов и устройства фундаментов могут прийти в плывунное состояние;

- элювиальные пылеватые пески с коэффициентом пористости е>0,6 и степенью влажности G<0,7 могут обладать при замачивании просадочными свойствами;

- Элювиальные грунты магматических пород за время пребывания в открытых котлованах подвергаются интенсивному дополнительному выветриванию. Это приводит к снижению прочностных и деформационных свойств грунтов в верхнем слое. В наибольшей степени ослаблению и дальнейшему разрушению подвержены полускальные и крупнообломочные, а также отчасти прочноструктурные глинистые и песчаные грунты.

При проектировании следует  предусматривать мероприятия:

В проекте оснований  и фундаментов должна предусматриваться  на период вскрытия котлованов защита элювиальных грунтов от разрушения атмосферным воздействием и водой. Для этой цели: не должны допускаться перерывы в устройстве оснований и последующем возведении фундаментов; должны применяться водозащитные мероприятия; недоборы грунта в котловане должны быть толщиной не менее 0,3 м - для глинистых и пылеватых песчаных грунтов и не менее 0,1-0,2 м - для прочих песчаных грунтов, а также крупнообломочных.

Недоборы грунта в полускальных магматических и осадочных (типа аргиллитов и алевролитов) породах следует принимать соответственно не менее 0,1 и 0,2 м.

При наличии в элювиальных грунтах  осадочных пород пологозалегающих углистых и сажистых прослоев, выходящих  на отметку заложения фундаментов, величина недобора должна приниматься  не менее 0,8 м.

При длительном производстве работ следует применять поверхностное уплотнение элювиальных грунтов на отметке подошвы фундаментов (с учетом величины недобора на понижение уплотняемой поверхности). Минимальная толщина уплотненного слоя должна составлять не менее 0,4-0,5 м в песчаных и глинистых и 0,3-0,2 м в крупнообломочных и рухляковых грунтах. В случае высокой влажности глинистых и пылеватых песчаных грунтов поверхность грунта перед уплотнением следует покрывать 0,2-0,3 м слоем щебня скальных пород или невыветрелого крупнообломочного грунта. В аргиллито-алевролитовых грунтах уплотняемую поверхность следует предварительно (за 6-12 ч) увлажнить для пропитки грунта не менее чем на глубину защитного уплотненного слоя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 4

 

Дайте оценку инженерно-геологических (строительных) свойств  четвертичных отложений (Делювиальные, пролювиальные), а также методы возведения на них зданий и сооружений.

 

Делювиальные отложения — наносы, образующиеся у подножия и на нижних частях склонов возвышенностей в результате смывания разрушенных горных пород с верхних частей этих склонов дождевыми потоками и талыми снеговыми водами, а также под влиянием силы тяжести, морозного сдвига и текучести грунта. Делювиальные отложения имеют разнообразный состав (от глин и песков до крупных валунов) и характеризуются слабой отсортированностью.

В районах с влажным  климатом делювиальные отложения  большей  частью хорошо уплотнены. В местностях с маловлажным климатом, плотность невелика и для них характерна сильная пылеватость.

Оценка делювиальных образований как оснований для сооружений может колебаться в очень широком диапазоне и зависит от физико-технических свойств грунтов. Грунты недоуплотненные - сильно сжимаемые. Лессовидные суглинки склонны к просадке, склонны к уползанию при увлажнении.

В большинстве случаев  такие грунты не могут быть использованы в качестве основания без предварительного повышения их прочностных и деформационных свойств. Эффективным мероприятием является уплотнение их фильтрующей пригрузкой с применением вертикальных песчаных или заводских дрен.

Пролювиальные отложения— рыхлые отложения продуктов разрушения горных пород, смываемых и выносимых по ложбинам временными потоками от атмосферных осадков к подножию возвышенностей. В отличие от деллювия обломочный материал менее окатан. Слагает он конусы выноса, раскидывающихся веером за пределами устьев ложбин выноса, где, сливаясь, они образуют одну наклонную полосу — пролювиальный шлейф. У вершин конусов выноса материал грубообломочный — галька и щебень с песчано-глинистым заполнением, а к периферии он мельчает до глин. Пролювиальные отложения имеют значительную плотность и являются хорошим основанием для сооружений.

Задание 5

 

 

Просеяна проба сухого песка массой 2 кг. Постройте интегральную кривую гранулометрического состава, определите степень неоднородности и тип песчаного грунта по приведенным  ниже массам (в граммах) остатков на ситах.

Таблица 1-Исходные данные

Размер отверстий сит, мм.
10	5	2	1	0,5	0,25	0,10	<0,10
28	116	281	526	506	323	210	10

 

Решение:

1. Вычисляем  частные остатки , прошедших через сито по формуле, %:

       ,         (1)

 

      

 

2. Вычисляем  полные остатки  , прошедших через сито по формуле, %:

,              (2)

 

 

3. Вычисляем  содержание частиц , прошедших через сито по формуле, %:

             ,             (3)

 

 

 

Таблица 2 - Результаты вычислений

Показатель %	Размер отверстий сит, мм.
	10	5	2	1	0,5	0,25	0,10	<0,10
	1,4	5,8	14,05	26,3	25,3	16,15	10,5	0,5
	1,4	7,2	21,25	47,55	72,85	89	99,5	100
	98,6	92,8	78,75	52,45	27,15	11	0,5	0

 

Строим гранулометрическую кривую, откладывая по оси абсцисс диаметры частиц (d), по оси ординат – содержание прошедших через сито фракций грунта (L).

Рисунок 1 - Интегральная кривая просеивания

Определяем размеры  частиц, соответствующие содержанию L при 60% и при 10%. На графике размер частиц при L=60% составляет , и при L=10%  составляет мм.

 

Вычисляем степень неоднородности зернового состава:

,            (4) 

 

Так как  грунт считается неоднородным.

Так как содержание частиц крупнее 0,5мм составляет 72,85%. То грунт является песком крупным неоднородным.

 

 

Задание 6

 

Установите вид того же песка по коэффициенту пористости и его разновидность по степени  влажности, если известны естественная влажность W, плотность r и плотность частиц грунта r_s.

 

Таблица 2- Исходные данные

W, Доли единицы	r	rs
	г/см3
0,21	2,07	2,69

 

Решение:

Вычисляем коэффициент  пористости (отношение объема пор  к объему твердых частиц)

 

Найдем плотность сухого грунта:

              (5)

 

Коэффициент пористости:

               (6)

 

Так как  , то исследуемый крупный песок имеет средней плотности сложение.

 

Вычисляем влажность, соответствующую  полному водонасыщению:

             (7)

 

Тогда степень влажности:

                    (8)

 

На основании полученных результатов заключаем, что песок  насыщенный водой.

 

 

 

 

 

 

 

Задание 7

 

Установите тип и  разновидность пылевато-глинистого грунта по проведенным лабораторным испытаниям ( -масса бюкса с пробой влажного грунта, - с пробой высушенного в термостате при 105⁰С, - пустого бюкса).

Таблица 3- Исходные данные

Масса, г, при определении влажности
Естественной  W			На границе текучести  WL			На границе пластичности WP
36,8	33,8	18,0	50,8	43,9	17,5	47,4	43,0	17,3

 

Решение:

Вычисляем влажность  по формуле:

,          (9)

 

Естественная влажность:

        

 

Влажность на границе  текучести: 

   

 

Влажность на границе  пластичности:

 

Число пластичности:

       (10)

 

Так как  , то исследуемый грунт является суглинком.

 

 

Показатель текучести:

       (11)

 

Так как  , то суглинок полутвердый.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 8

 

Установите наименование грунта по данным лабораторных испытаний. Укажите вид грунта по набуханию или просадочности. Опишите методы строительства на просадочных и набухающих грунтах.

Таблица 4- Исходные данные

Значения влажности			Высота образца грунта, мм.
W	WL	WP	До увлажнения	После увлажнения
0,19	0,31	0,18	25	27,4

 

Решение:

Определяем число пластичности и показатель текучести:

       (12)

       (13)

 

Так как    и , то исследуемый грунт – полутвердый суглинок.

Так как высота образца грунта после увлажнения увеличилась, находим относительную деформацию набухания:

       (14)

 

По относительной деформации набухания без нагрузки грунт относится к средненабухающим, так как .

 

Характерной особенностью просадочных и набухающих грунтов является резкое снижение их несущей способности при замачивании.

Мероприятия, исключающие  вредное влияние просадочных грунтов на эксплуатационную пригодность зданий и сооружений:

а) устранение просадочных свойств грунтов путем их уплотнения или закрепления;

б) прорезка фундаментами просадочного грунта;

в) комплекс мероприятий, включающий частичное устранение просадочных  свойств грунтов, конструктивные и  водозащитные мероприятия.

Уплотнение и закрепление  просадочных грунтов или их прорезка фундаментами выполняются в пределах всей просадочной толщи или только ее верхней части, если величина возможной по расчету суммарной деформации основания (осадки и просадки) допустима по условиям прочности конструкций и эксплуатации проектируемых зданий и сооружений.