Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Шпаргалка к экзамену по Инженерной геологии - файл 1.doc


Загрузка...
Шпаргалка к экзамену по Инженерной геологии
скачать (409 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc409kb.30.11.2011 13:39скачать

1.doc

  1   2   3   4
Реклама MarketGid:
Загрузка...
1. Объект исслед. Инженерной геологии – геологическая среда (инженерно-хоз. дейтельность ч-ка). Цель – изучение прир. геологической обстановки до начала строительства, и прогноз изменений, к-е могут произойти при строит-ве и эксплуатации. Задачи: 1) выбор наиболее благоприятной в геол. Отношении места; 2) изучение геол.ср. и происходящих в ней процессов с целью определения наиболее подход-х конструкций фундамента. 3) выработка рекомендация по необход-м мероприятиям и сооружение инженер-й защиты и охраны окруж-й среды. Три раздела ИГ: 1) грунтоведение, 2) инж динамика, 3) региональная ИГ.

В настоящий период инженерная геология призвана решать самые сложные задачи при любых условиях строительства.

Необходимость инженерно-геологического изучения нашей страны с целью обоснования регионального размещения объектов народного хозяйства и правильного освоения новых территорий дополняется также не только требованиями изучения инженерно-геологических условий, а и необходимостью разработки прогнозов развития современных геологических процессов и явлений в целях предотвращения стихийных бедствий.

Таким образом, в настоящее время инженерная геология не только обеспечивает необходимыми данными проектировщиков и строителей при возведении самых разнообразных сооружений (что само по себе имеет большое практическое значение), но решает сложные научные проблемы, возникающие при изучении поверхностной части земной коры как объекта воздействия человека на литосферу. Инженерная геология из науки, имеющей главным образом прикладное значение, все в большей и в большей степени становится наукой о ноосфере. Сейчас инженерную геологию можно определить как науку о геологической среде, ее рациональном использовании и охране в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека.

Под геологической средой следует понимать горные породы и почвы, слагающие верхнюю часть литосферы, которые рассматриваются как многокомпонентные системы, находящиеся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека, что приводит к изменению природных геологических процессов и возникновению новых антропогенных (инженерно-геологических) процессов, изменяющих инженерно-геологические условия определенной территории.

При таком определении геологической среды каждый из современных разделов инженерной геологии приобретает определенный аспект при решении стоящих перед ним задач, к которым относятся: грунтоведение, инженерная геодинамика, региональная инженерная геология, инженерная геология месторождений полезных ископаемых, инженерная геология массивов горных пород, инженерно-геологические исследования и изыскания.


2. ЭТАПЫ Возникновение инженерной геологии и развитие ее на первых этапах были связаны со строительством. Исследование горных пород в строительных целях начали проводиться задолго до появления термина «инженерная геология». Поэтому можно говорить о предыстории инженерной геологии, которая, по существу, складывается из двух этапов.

Первый этап - когда строители и горные инженеры самостоятельно изучали горные породы, являющиеся основанием, средой и материалом для различных сооружений. Вряд ли можно, хотя бы приблизительно, указать, когда начали изучаться горные породы в связи со строительством. Началом же научных исследований и обобщения накопленного материала инженерно-геологического характера т.е. началом первого этапа предыстории инженерной геологии, можно счи­тать первые десятилетия XIX в. Оно было, связано с раз­витием промышленного капитализма в Европе, Америке и России. Строительство заводов, фабрик, плотин и других сооружений требовало наиболее рациональных решений: достаточной их надежности при наименьших затратах. Достигнуть этого без изучения горных пород было нельзя, поэтому строители начали уделять им гораздо Больше внимания, чем ранее. При этом в их работах горные породы называ­лись грунтами. С целью обобщения накопившегося опыта строительства и исполь­зования его в сходных условиях строителям самим пришлось разраба­тывать классификации грунтов, описывать их особенности, характери­зовать свойства грунтов, учитывать воздействие геологических процес­сов на различные сооружения. Второй этап предыстории инженерной геологии связан с привлече­нием геологов к изысканиям под строительство (с начала XIX по 20-е годы XX в.). В это время геологи начали привлекаться к решению вопросов в связи со строительством железных дорог, каналов и других крупных сооружений. Среди геологов, консультировавших строителей, было немало известных ученых. В качестве примера можно назвать: В. Смита (Англия), Ч. Беркли (США), И. В. Мушкетова, В. А. Обру­чева, А. П. Павлова и др. При изысканиях под железные дороги большое внимание уделялось геологическому строению полосы трассы и геологическим процессам в ее пределах. B 1929 г. была открыта кафедра инженерной геологии в Ленинград­ском горном институте, а в 1931 г. - в Московском геологоразведочном институте. В 1937 г. вышли в свет книги: «Инженерная геология» Ф. П. Саваренского и «Методика инженерно-геологических исследова­ний для гидротехнического строительства», написанная М. П. Семеновым, Н. И. Биндеманом и М. М. Гришиным, которые окончательно закрепили представление об инженерной геологии как новой отрасли геологической науки. В те же годы за рубежом возникла «геотехника», которая получи­ла широкое развитие в Швеции, Норвегии, Германии, Англии США и ряде других стран. На первое место в «геотехнике» выдвигались меха­нико-математические методы анализа геологических и инженерно-гео­логических явлений, влияющих на устойчивость сооружения, а геологическим исследованиям отводилась второстепенная роль. В 1951 г. вышел учебник «Инженерная геология» И. В. Попова. В нем автор пишет: «Инженерная геология как наука является от­раслью геологии, изучающей динамику верхних горизонтов земной коры в связи с инженерной деятельностью человека». Инженерная геология, подобно всей современной науке, развивалась под влиянием процессов дифференциации и синтеза. В результате дифференциации сформировались три основных раздела инженерной геологии (три инженерно-геологические дисциплины): грунтоведение, инженерная геодинамика и региональная инженерная геология. Процесс синтеза в инженерной геологии выражается во взаимопроникновении инженерно-геологических дисциплин и во взаимосвязи инженерной геологии со смежными науками, в первую очередь с гидрогеологией и мерзлотоведением, а также минералогией, астрографией, литологией, почвоведением, геохимией и др.


5. Грунтоведение. Грунтоведение можно определить как науку, изучающую любые горные породы и почвы как многокомпонентные динамичные системы,изменяющиеся в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью че­ловека. Горные породы изучаются петрографией и литологией, но только грунтоведение подходит к ним как к многокомпонентным динамичным системам. Основным положением совершенного грунтоведения является положе­ние о зависимости свойств грунтов от их состава, структуры и тексту­ры. Состав, структура, текстура, а отсюда и свойства горных пород формируются в процессе их генезиса и изменяются под влиянием постгенетических процессов; диагенеза, эпигенеза и гипергенеза. Поэтому при оценке пород в инженерно-геологическом отношении состав, струк­тура и текстура грунтов и их свойства изучаются в зависимости от ге­незиса и постгенетических процессов.

Под грунтами следует понимать любые горные породы, почвы и техногенные образования, которые залегают в верхней части земной коры, представляют собой многокомпонентную динамичную систему и используется в качестве основания зданий и инженерных сооружений, материала для сооружений (насыпей, плотин) или среды для размещения подземных сооружений (тоннелей, трубопроводов и др). Грунты подразделяются на три основных типа: магматические, осадочные и метаморфические. Наиболее полные и достоверные данные при изучении грунтов могут быть получены лишь при сочетании лабораторных и полевых методов исследования. В лабораториях на отдельных образцах можно изучать «микромир» грунтов, т. е . взаимосвязь между его отдельными микрокомпонентами, в полевых условиях – свойства уже самих массивов грунта.

В основе генетического изучения горных пород в инженерно-геологических целях лежит подразделение их на три основные общеизвестные группы: магматические, осадочные и метаморфические, которые одновременно отражают их генезис и важнейшие петрографические особенности. Дальнейшее более дробное подразделение горных пород на генетические и петрографические типы дает еще большую информацию об их особенностях, важных при решении различных инженерно-геологических вопросов.

^ 3. Динамич геол среды- способность изменяться во времени, подверг воздействию. Геол и инж-геол процес и явления: сейсмотектон разрывные смещения, сейсмодислокации, сейсмотектон поднятия, опускания блоков земной коры; соврем дифференц движ земн коры, тектонич крип; остаточ сейсмодеформации зем коры; землетряс (любого генезиса); изверж вулкана; грязев вулканизм; оползни; обвалы и оползни-обвалы; сели; лавины снежно-каменные и щебнисто-глыбовые; размывы берегов, склонов, русел; оседания и провалы; размывы подзем, в том числе проявл карста; мерзл-геол (криогенные) проц; деформ специфич грунтов (карст, термокарст, разжижение, солифлюкция, суффозион проц). Факторы, созд внеш воздейст техноген происх (техноген факторы): падение летат аппарата и др летящих предмет; пожар по внеш причинам; взрыв на объекте; выбросы взрывоопасн, воспламен, токсич паров, газов и аэрозолей в атмос, взрыв дрейфующих облаков; коррозион жид сбросы в поверхн и грунт воды; электромагн излуч; разлив масел и нефтепр на прибреж поверхн рек, морей и океанов; прорыв естест или искусст водохран. Устанав три степени опасности проц, явл-й и факторов прир и техног происх по последст воздейст на окруж среду: I степень - особо опасн проц, харак максимально возможн для данного вида проц значен параметров и хар-к в задан интервале времени и сопровожд прир и/или техног катастр; II степень - опасн проц , хар-ся достаточно высок (но не выше, чем известн максим-ое знач для дан вида проц) значениями параметров и хар-к в задан интервале времени и сопровожд ощутимыми последств для окруж среды; III степень - не представл опасности проц , хар низк знач параметров и хар-к в задан интервале времени и не сопровожд ощутим последств для окруж среды.

Пример про Нефтегорск, еще надо что-нибудь придумать.

Стабильность геологической среды, например, применительно к объектам ядерно-топливного цикла это наличие в ней таких свойств и процессов, которые гарантируют сохранность изоляционных свойств массива и не превышение предельно допустимых норм концентрации (ПДК) радионуклидов за пределами санитарно-технической зоны в течение всего времени эксплуатации объектов. Устойчивость геологической среды это ее способность под влиянием возмущений природного и техногенного характера изменять свои элементы таким образом, что это изменение не выходит за рамки определенного диапазона, который гарантирует не превышение ПДК радионуклидов на данной территории в течение всего срока эксплуатации объектов.

Отсюда проблема прогнозирования и оценки устойчивости геологической среды должна включать в себя решение трех задач:

1. Определение основных факторов, определяющих стабильность и устойчивость геологической среды;

2. Установление критериев оценки и прогноза устойчивости;

3. Обоснование предельно допустимых норм критериев оценки и прогноза.

^ 4. Инж-геол. условия - усл, обуславливающие место размещения сооружения, его конструкцию, способы производства работ, а также выбор мероприятий по борьбе с неблагоприятными явлениями.В процессе инже-геол-ских исследований собирают сведения о физико-географической обстановке, климате, растительности, животном мире, об опыте строительства и эксплуатации сооружений, экономике и т. д. Эти данные о свойствах сред, внешних по отношению к геологической (атмосферы, поверхностной гидросферы, биосферы искусственной среды), являются результатами исследований других наук. Инженерам-геологам они необходимы для оценки набора, характера и интенсивности взаимодействий других сред — систем с изучаемой литосистемой. Взаимодействия геологической среды с другими средами проявляются в форме экзогенных геологических процессов. Для изучения процессов нужно знать, где, как, с какой интенсивностью и какие входы литосистемы взаимодействуют с элементами других систем. Знание набора взаимодействий, интенсивности и вклада каждого взаимодействия, характера и скорости изменения отношений, свойств и структуры геологической среды, обусловленных взаимодействиями с другими средами, дает надежную основу для понимания экзогенных геологических процессов и их количественного прогноза. Данные о свойствах других сред используются также для решения ряда вопросов, возникающих при планировании и проектировании сооружений (например, обоснование возможности и целесообразности строительства сооружений на данной территории с учетом экологического, экономического и других критериев эффективности). В процессе геологических работ (или исследований) изучают инженерно-геологические условия некоторой территории. В число компонентов инженерно-геологических условий включают: характер пород, условия их залегания и распространения в земной коре, гидрогеологические условия, влияющие на состояние и устойчивость пород, современные геологические процессы, как природные, так и вызванные инженерной или вообще хозяйственной деятельностью человека, влияющие на выбор места для строительства, конструкцию сооружения и методы производства строительных работ.Для инженерной геологии важнейшее значение имеет гидрогеологическое строение верхней части геологической среды, включающей первый от поверхности водоносный горизонт и приповерхностные слои горных пород, обводняемые в результате строительства. В процессе инженерно-геологических исследований помимо гидрогеологического строения изучают и гидродинамические свойства литосферы: направление и скорость движения подземных вод, области питания, транзита и разгрузки, связи водоносных горизонтов. Кроме того, изучают состав, состояние и свойства подземных вод и их взаимодействия с горными породами и сооружениями.Инженерно-геологические условия — такие свойства геологической среды и такие происходящие в ней процессы, которые оказывают влияние на принятие тех или иных решений, определяющих размещение сооружений, выбор их типов и конструкций, способов строительства (методов ведения горных работ), методов эксплуатации, способов оптимального управления геологической средой.Таким образом, без знания инженерно-геологических условий невозможно решение проблем, связанных с инженерным воздействием человека на поверхностную часть земной коры.
6. Грунты — это любые г п и твердые отходы производства, залегающ на пов-ти земной коры и входящие в сферу воздействия на них человека при строительстве зданий, сооружений, дорог и др объектов. Хим и минералогич состав грунтов.Хим состав грунтов явл одной из важн харак-тик, определящ их св-ва и сост. При обычн исслед в составе инженерно-геологич изысканий для строит обычно огранич оценкой общего хим состава по рез-там хим анализа по соляно-кислой и водной вытяжкам, иногда опр валовый хим состав.Но гораздо более важной хар-кой грунтов явл их минералогич состав, опред в конечном счете как саму породу, так и ее сост и инженерно-геологические св-ва.Наиболее распр в г п явл примерно 100 минералов.Содержание некот из них в породе сост несколько десятков процентов.Эти минералы наз донорными или породообразующими.Другие обычно содержатся в породе в весьма незнач кол-вах (доли %) и их наз второстепенными или акцессорными минералами.Наконец, встречаются так называемые случайные минералы или примеси, не явл характерными для данной породы.К числу наиболее распр минералов магмат г п (гранитов, диоритов, сиенитов…) относятся полевые шпаты, доля которых может достигать 60 % от общего минералогического состава породы; содержание кварца и пироксенов не превышает, как правило, 10—12%; слюд — 5 %; оливина — 3 %.Ост минералы встречаются значительно реже.Осадочные г п (песчаники, алевролиты, глины, пески и др.) обычно содержат в наибольшем кол-ве кварц, полевые шпаты, слюды; в качестве второстепенных встреч минералы групп амфиболов и пироксенов, а такие минералы, как рутил, циркон, встречаются весьма редко.Но очень важно отметить, что в осадочных г п очень широко распр глинистые минералы (каолинит, монтмориллонит, гидрослюды и др.), образ в процессе выветривания магматических и метаморфических г п..Минералогич состав метаморфических г п (гнейсов, кварцитов, сланцев, мраморов) во многом отвечает составу исход­ных материнских пород. Почти все минералы г п имеют, за редким исключением, кристаллич строение. Важным компонентом состава г п явл органич вещ-во. Органическое вещ-во накапливается в земной коре в результате жизнедеятельности и отмирания растительных и животных организмов. Наибольшее распростр имеют растительные органические остатки, кот могут встречаться как в виде неразложившихся отмерших растений, так и в виде полностью разложившегося вещества — гумуса. Органич вещ-во имеет почти повсеместное распростран в земной коре, особенно в ее верхней части, где оно накапл в почвах, торфах, глинах и реже в песках. В виде различных углей может слагать значит по мощности залежи. Для органич вещ-ва и особенно для его наиболее разложивш части характерна высокая гидрофильность и связанные с этим св-ва, такие как высокая влагоемкость, высокая пластичность, низкая водопроницаемость, сильная сжимаемость и т. д. Присутствие в породах гумуса даже в значительных количествах может коренным образом изменить их свойства, например, только 3 % гумуса в песке снижает его водопроницаемость в сотни раз, придает ему плывунные свойства, водоустойчивость. Второй характерной особенностью органич вещ-ва явл его высокая активность в ОВР и других физико-химических процессах, имеющих место в г п. Обладая кислотными св-вами, гумусовые вещ-ва явл активными агентами выветривания, разлагая силикаты и другие мине­ралы с образованием различных коллоидных гуминовых соединений. Состав и строение органич вещ-ва явл сложными. При разложении исходных растит остатков, состоящ из угле­водов, белков, смол и жиров, в почвах и породах могут возникать различные продукты распада, вплоть до образования углекислоты в воде. Гранулометрич и микроагрегатный состав грунтов. Количест­венные соотношения и размер слагающих грунты элементов имеет огромное знач при оценке инженерно-геологич св-в грунтов. Большинство г п состоят из отдельных кристаллов, их обломков или агрегатов обломков и целых кристаллов. Все эти элементы г п или связаны друг с другом прочными кристаллизационными связями или же связи в породах отсутствуют. Размеры элементов, слагающ г п, варьируются в значит пределах — от тысячных долей мм до несколь­ких десятков см. Например, зернистость магматических горных пород во многом определяет их прочность и устойчивость к выветриванию (мелкокристаллические граниты более прочны и менее выветриваются, чем среднезернистые и тем более крупнокристалличе­ские того же минералогического состава). Количественные соотношения и размер слагающих элементов в обломочных осадочных породах являются одними из основных клас­сификационных показателей.


^ 7. В составе горных пород различают твердую (минеральную) и подвижные (жидкую и газовую) фазы. Твердая фаза содержит частицы различного размера и формы, которые по крупности разделяют на глинистые (мельче 0,005 мм), пылеватые (0,05—0,005 мм) и песчаные (2—0,05 мм). Глинистые частицы представляют собой тончайшие пластинки, форма пылеватых частиц приближается к сферической, а песчаные частицы (в зависимости от их происхождения) могут быть округлыми или угловатыми. Свойства грунтов в значительной степени зависят от того, в каком соотношении находятся эти частицы. Особенное влияние оказывает наиболее мелкая фракция грунтов — глинистая. Количественное содержание в грунтах твердых частиц того или иного размера называется гранулометрическим или механическим составом. Гранулометрические составы природных грунтов крайне разнообразны. Твердые — минеральные частицы взаимодействуют с имеющейся в грунтах жидкой фазой — водой. Молекулы воды адсорбируются на поверхностях частиц и образуют прочно удерживаемые на них пленки, которые, в отличие от свойств воды остального объема, обладают прочностью на сдвиг и пределом текучести. Воду этих пленок принято называть прочно связанной водой. В непосредственной близости от этих пленок располагается вода, удерживаемая уже меньшими силами, которую называют рыхло связанной. Далее размещается вода, на которую уже не оказывают влияние исходящие от поверхностей минеральных частиц силы. Эта вода находится под воздействием только силы тяжести и называется свободной.

Если в каком-либо грунте содержание пылеватых частиц превышает содержание песчаных, то к наименованию грунта прибавляется слово «пылеватый», например, супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий пылеватый и т. п.

В результате взаимодействия частиц друг с другом и с водой грунты обладают связностью, что увеличивает необходимые для их деформирования или разрушения усилия. Ввиду этого мелкие частицы грунта образуют достаточно прочные грунтовые агрегаты. Связность грунта зависит главным образом от гранулометрического состава и от влажности. В песках, даже влажных, связность проявляется в незначительной степени, и потому эти грунты относят к несвязным. Супеси можно отнести к малосвязным грунтам. Связность особенно становится заметной в случаях суглинков и глин, поэтому последние относят к грунтам связным. Такое разделение грунтов удобно при рассмотрении многих процессов, связанных с их обработкой.

На физико-механические свойства грунтов большое влияние оказывает их состояние, которое в основном определяется влажностью и плотностью.

За счет пор, занятых водой и воздухом, плотность грунта всегда меньше удельного веса минеральных частиц и обычно находится в пределах от 1,4 до 2 г/см3, тогда как удельный вес большинства грунтовых минералов колеблется от 2,4 до 2,8 г/см3.

Особенное влияние влажность оказывает на свойства связных грунтов, которые в зависимости от влажности могут находиться в твердом, пластичном или текучем состоянии. Пластичность есть способность грунтов под действием внешних сил изменять свою форму без разрушения и изменения объема.
^ 8. Виды воды в грунтах. классификация видов воды в грунтах была предложена Е.М.Сергеевым (1982): Вода в форме пара. Связанная вода: а) прочносвязанная (гигроскопическая вода); б) слабосвязанная вода; в) капиллярная вода; 3. Свободная (гравитационная) вода. 4. Вода в твердом состоянии. 5. Кристаллизационная вода и химически связанная вода. Вода в форме пара содержится в грунте в небольших количествах (не более 0,001% от всей массы грунта). Передвигаясь в порах грунтов от участков с большей влажностью и температурой к участкам с их меньшими значениями. Водяной пар конденсируется при понижении температуры и может служить дополнительным источником питания подземных вод. Связанная вода по своему строению и свойствам резко отличается от свободной (гравитационной воды). Она не подчиняется действию сил тяжести и удерживается на поверхности минералов силами молекулярных связей, значительно превышающими силу тяжести. Одной из разновидностей связной воды является прочносвязанная вода, которая образуется за счет притяжения молекул воды к адсорбционным центрам поверхности минеральных частиц. Эту воду еще называют гигроскопической и адсорбционной, и содержится она в микропорах и трещинах размером менее 0,001 мкм. Прочносвязанная вода обладает большой вязкостью и упругостью, замерзает при температуре – 4 °С, удаляется из грунта при t >100°С. Оказывает заметное влияние на прочностные, деформационные и другие характеристики грунтов. Наибольшее содержание прочносвязанной воды содержится в высокодисперсных глинах монтмориллонитового состава. Слабосвязанная (пленочная)вода является водой переходного типа (от связной к свободной). Не подчиняется закону тяжести, имеет плотность более 1г/см³, замерзает при t < 0°С и обладает другими признаками связной воды, однако при определенных условиях за счет менее прочной связи с поверхностью минеральных частиц может переходить в свободную воду. В зависимости от величины влажности, температуры, концентрации солей и других факторов передвигается от частиц с большей толщиной пленки к частицам с меньшей ее толщиной. Слабосвязанная вода во многом определяет такие важные свойства глинистых грунтов такие как пластичность, набухание, консистенция. Другим рас-м видом воды переходного типа является капиллярная вода, которая удерживается в мелких порах и трещинах силами поверхностного натяжения (менисковыми силами). В зависимости от того, сообщается ли капиллярная вода с уровнем грунтовых вод или нет, различают капиллярно – поднятую и капиллярно – подвешенную воду. Первая залегает непосредственно выше уровня грунтовых вод, образуя капиллярную зону, мощность которой зависит от радиуса капилляров и колеблется от 0 (гравий, галька) до 3 – 4 м в суглинках и 6 – 8 м в опесчаненных глинах. Вторая – образуется в тонко – и мелкозернистых песках при просачивании атмосферных осадков с поверхностью земли в зону аэрации. Свободная (гравитационная) вода - это подземная вода, обладающая всеми свойствами обычной жидкой воды. Она не связана с поверхностью минеральных частиц и не удерживается менисковыми силами, а передвигается по порам и трещинам под действием силы тяжести (так называемая просачивающаяся вода). После встречи на своем пути водоупорного слоя дальнейшее движение свободной воды происходит под влиянием напора (вода грунтового потока). Свободная (гравитационная)вода широко используется для целей питьевого снабжения. В то же время она существенно осложняет условия строительства и эксплуатацию различных сооружений, в частности вызывает подтопление территории и активизирует другие опасные геологические процессы. Вода в твердом состоянии (лед) может содержаться в грунтах в виде кристалликов, жил, прослоев, линз. Глубина промерзания различна — от долей метра на юге до 3— 4 м на севере при оголенной от снега поверхности и зависит в первую очередь от климата, а также от состава и состояния пород, характера снежного покрова, ориентации и наклона местности, растительного покрова и т. д. Наибольшее промерзание отмечено в рыхлых породах с открытыми порами, в которые легко и глубоко проникает морозный воздух (галечники, гравий, пески). Меньше промерзают глинистые породы. Лед скрепляет минеральные частицы грунта и повышает его прочность. При оттаивании свойства мерзлых грунтов резко изменяются и грунты теряют свою прочность. Кристаллизационная вода и химически связанная (конституционная) вода входят в состав кристаллических решеток различных минералов. Например, гипс – CaSO4 ∙ 2H2O содержит кристаллизационную воду, а лимонит Fe2O3 nH2O – химически связанную воду, для удаления которой необходимо нагреть образец до 200°С.


^ 9. Состав газов в грунтах. Различие в составе атмосферного воздуха и газов в грунтах прежде всего заключается в содержании СОг, Ог и N2. Если в атмосферном воздухе углекислота составляет лишь сотые доли процента (~0,03%), то содержание ее в почвах и горных породах достигает десятых и даже целых процентов, а в почвенном воздухе почти 10%. Кислород и азот в толще грунтов содержатся в различных количествах. В почвенной части грунтовой толщи их, как правило, меньше, чем в атмосфере. Это объясняется тем, что в почве происходят процессы поглощения кислорода и азота, выделение углекислоты. В состав газообразной компоненты входит также вода в форме пара. Состояние газов в грунтах. Газы в порах грунтов могут находиться в свободном, адсорбированном и защемленном состояниях. Адсорбированные газы удерживаются на поверхности грунтовых частиц под воздействием молекулярных сил. Благодаря этим силам в сухом грунте на поверхности частиц образуются полимолекулярные газовые пленки. Количество адсорбированных газов в грунтах зависит от их минерального состава, присутствия гумуса и других органических веществ, от дисперсности и величины пористости грунтов. Значительной адсорбционной способностью обладают окиси железа и органические вещества. Обычно содержание адсорбированных газов в почвах подзолистой полосы колеблется от 2 до 7 см3 на 100 г почвы, а для черноземов — в пределах 8—15 см3 на 100 г почвы. С ростом дисперсности грунта количество адсорбированных газов в нем увеличивается. Для кварцевого мелкозернистого песка содержание адсорбированных газов было определено в 1 см3 на 100 г, т. е. в несколько раз меньше его обычного содержания в почвах. При увлажнении грунта происходит вытеснение адсорбированных газов водной пленкой. У лёссовидного суглинка и глинистых грунтов количество адсорбированных газов уменьшается с увеличением влажности и при WMr адсорбированные газы отсутствуют.

В отличие от адсорбир-ых газов, максимальное количество защемленных газов образуется при какой-то оптимальной влажности грунта. В опытах П. Ф. Мельникова (1960) глинистые и лёссовидные грунты, испытавшие одинаковое уплотнение, при небольшой влажности содержат наименьшие объемы защемленных газов. Например, при влажности суглинка 6—10% количество защемленных газов было 1—1,5% от объема образца. С увеличением влажности до 25—30% объем защемленных газов увеличился до 5—6% от объема образца или до 12—16% от объема пор. С дальнейшим увеличением влажности количество защемленных газов будет уменьшаться. При полном заполнении пор водой и при нулевой влажности защемленных газов в грунте не содержится. Защемленные газы могут занимать в глинистых грунтах 20—25% от объема пор. Наличие в грунтах адсорбированных и защемленных газов обусловливает многолетнюю осадку насыпей из глинистых грунтов, деформации и разрывы земляных насыпей, уменьшение водопроницаемости грунтов. Газы могут содержаться в растворенном состоянии также в воде» заполняющей поры грунтов. При этом изменяются ее свойства, и в частности фильтр-ая способность. Для определения максимального значения Кф перед фильтрацией газ из воды должен быть удален.

Макро – и микр-змы составляют живую компоненту грунтов. Макроорг-змы живут в почве и подпочвенной толще; их влияние на состав, строение и свойства грунтов ограничивается несколькими метрами от дневной поверхности. Все микроорганизмы делятся на гетеротрофные и автотрофные. Развитие автотрофиых микроорганизмов происходит за счет световой энергии или энергии окисления ряда неорганических соединений (водорода, серы, аммиака, железа и др.). Гетеротрофные микроорганизмы используют для своей жизнед-сти различные орг-е в-ва, их отдельные представители очень разнообразные по своим свойствам, могут развиваться как в присутствии, так и в отсутствие кислорода. Многие гетеротрофные микроорганизмы, обитающие в грунтах, способны развиваться в очень бедных питательными элементами растворах (концентрация органических веществ в растворе может составлять не больше 5 мг/л); это — олиготрофные микроор-мы, обычно располаг-ся на поверхности минеральных частиц и получающие питание из омывающих их растворов. аблюдения за состоянием водонасыщенных дисперсных грунтов в основании бетонных плотин крупных ГЭС показывают их значительную загазованность. Это обстоятельство тоже можно связать с деятельностью микр-змов. Так, в иле пресноводных озер, находящихся на территории Марийской АССР, микробиологическое образование метана составляет 0,04—8 см3/л в сутки; по подсчетам в горизонте ила 0—20 см при площади озера 0,1 км2 за год бактериями образуется более 70 000 м3 метана. Механическая прочность грунтов может уменьшаться также за счет выделения микроорганизмами поверхностно-активных веществ. При известных условиях микроорганизмы способны, наоборот, увеличивать механическую прочность грунтов. Примером может явиться деят-ь железобактерий, в результате которой в сильногумифицированных водоемах и болотах образуются ожелезненные прослои песчаников. В рез-те адсорбции микр-ов на глинистых минералах образуются агрегаты размером до 50—100 мкм и более. Размер агрегатов увеличивается вместе с количеством микр-змов. Например, при концентрации микробных клеток в 1 млн/мл агрегаты монт-мориллонитовой глины получались размером 10—20 мкм, а при концентрации 1000 млн/мл агрегаты достигали величины 100—200 мкм. Способность микр-змов заполнять поры пород своей клеточной массой и продуктами своей жизн-сти, в результате чего повышается связность пород и уменьшается их водопрониц-сть, находит уже практическое применение при эксплуатации нефтяных скважин. В сша был разработан метод борьбы с обводнением скважин, основанный на закачке в пласт сульфатвосстанавливающих бактерий вместе с компонентами, образ-ми в порах породы нерастворимый осадок сульфида железа. До наст-го времени микр-змы изучались в геологии главным образом как фактор, влияющий на образование рудных (железа, цветных металлов и др.) и нерудных (нефть, сера и др.) полезных ископаемых, как фактор, влияющ на ход процессов диагенеза и гипергенеза, и очень мало внимания им уделялось при инж-геол изучении горных пород и почв. ТО, живая компонента в грунтах, оказ знач влияние на их св-ва, и поэтому изучение его в инженерно-геол-х целях можно считать перспективным.

^ 10. Под строением грунтов понимаются их структура и текстура, которые подразделяются: на макро-, мезо – и микроструктуру и соответственно на макро-, мезо – и микротекстуру. Под структурой грунта понимается размер, форма и количественное (процентное) соотношение слагающих грунт частиц. Под текстурой грунта понимается пространственное расположение элементов грунта с разными составом и свойствами. Текстура характеризует неоднородность строения грунта в пласте залегания. Текстура бывает массивной, слоистой и сетчатой.

Макростроение горных пород и почв легко наблюдается визуально. К нему относятся видимые глазом элементы почв и горных пород, трещиноватость и пористость, отсутствие или наличие видимой слоистости и т. п.

Мезостроение горных пород и почв изучается под микроскопом при сравнительно небольших увеличениях, например под поляризационным микроскопом. К мезоструктуре и мезотекстуре относятся: 1) все минеральные зерна, микроагрегаты и микроблоки размером больше 1 мк (см. ниже), 2) ориентировка их в пространстве, 3) мезо-и микропористость пород и трещины, видимые в поляризационном микроскопе.

Понятие микростроение (микроструктура и микротекстура) относится к глинистым и лёссовым породам и почвам, содержащим глинистые минералы и органическое вещество в виде гумуса, т. е. частицы размером <l—5 мкм. Частицы такого размера редко существуют изолированно, обычно они образуют ультрамикроагрегаты и ультрамикроблоки (см. ниже). Их форму, размер и особенно пространственное расположение невозможно изучить без электронного микроскопа и специальной рентгеновской съемки. Между тем знать это при изучении указанных грунтов очень важно, так как их микростроение во многом определяет особенности мезо – и макростроания грунтов.

Важнейшими показателями строения грунтов на любом уровне его изучения являются: размер элементов, слагающих горные породы и почвы, пористость и трещиноватость.

Размер элементов, слагающих грунты, может изменяться от долей микрона до десятков сантиметров. Изменение размеров слагающих грунты элементов в столь широких пределах будет особенно сильно сказываться на свойствах дисперсных грунтов. Это хорошо видно даже при сравнении общеизвестных свойств песка и глины.

Песок непластичен, не набухает, легко водопроницаем, обладает незначительным капиллярным поднятием, при высыхании не дает усадки. Глина обладает значительной пластичностью, в воде сильно набухает, трудно водопроницаема, имеет большое капиллярное поднятие, при высыхании дает сильную усадку.
  1   2   3   4



Скачать файл (409 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru