close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1557.Учебное пособие конспект лекций по ПМ.01. тема 1.1. и ПМ.02. тема 1.1. для специальности 270802.51 и 270802

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ
государственное автономное профессиональное образовательное учреждение
Саратовской области
«Саратовский архитектурно-строительный колледж»
УТВЕРЖДАЮ
Зам. директора по учебной работе
______________ Муравьёва О.И.
«____»____________2014 г
Учебное пособие
Конспект лекций
ПМ. 01. Участие в проектировании зданий и сооружений
МДК. 01.01. Проектирование зданий и сооружений
Раздел 1. Участие в проектировании архитектурно-конструктивной части проекта зданий
Тема 1.1. Инженерно-геологические исследования для строительства
ПМ. 02. Выполнение технологических процессов при строительстве, эксплуатации и
реконструкции строительных объектов
МДК. 02.01. Организация технологических процессов при строительстве, эксплуатации и
реконструкции зданий и сооружений
Раздел 1. Ведение подготовки технологических процессов в строительном производстве
Тема 1.1. Основы инженерной геологии при производстве работ на строительной
площадке
специальность 270802.52 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»
Саратов, 2014
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РЕКОМЕНДОВАНО предметноОДОБРЕНО методическим советом
цикловой комиссией
колледжа
_____________________________________
Протокол №_ от «___»______201_г.
______________________________________
Председатель
Протокол №__, от «___»________201__ г. _____________/______________/
Председатель комиссии _______/________/
Разработчик(и) (автор):
Сидорова Ю.А. преподаватель спецдисциплин
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
1. Минералы горных пород
3
2. Горные породы
Магматические горные породы
Осадочные горные породы
Метаморфические горные породы
6
7
9
3. Геологические процессы
Эндогенные процессы
Экзогенные процессы
12
18
4. Грунтоведение
Классификация грунтов
Способы определения физико-механических
свойств грунтов
3
24
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНЕРАЛЫ ГОРНЫХ ПОРОД
1. Общие сведения
2. Происхождение
3. Физические свойства минералов
1.
Минералами называют однородные по составу и строению
составные части горных пород, возникающие в результате природных
процессов. Большинство минералов твердые тела, однако, встречаются
и жидкие (ртуть, нефть) и газообразные (метан, углекислый газ,
сероводород). Некоторые из минералов встречаются в горных породах
часто и присутствуют в них в больших количествах (кварц и полевой
шпат в граните), поэтому их принято называть породообразующими.
Классификация минералов основана в основном на химическом
составе. Наиболее распространенные из них:
Сульфиды – сернистые соединения тяжелых металлов (киноварь,
пирит, галенит).
Окислы – природные соединения металлов с кислородом (кварц,
халцедон, гематит).
Карбонаты – соли угольной кислоты (магнезит, кальцит, доломит,
малахит).
Сульфаты – соли серной кислоты (ангидрит, гипс).
Силикаты – составляют 75% всех минералов и являются
комбинацией SiO2 c различными элементами (топаз, мусковит, асбест).
Органические вещества – янтарь.
2.
Условия, в которых образуются минералы - различны.
Различают три основных процесса минералообразования.
Эндогенный процесс – связан с внутренними силами Земли и
проявляется в ее недрах. Минералы формируются из магмы –
силикатного огненно-жидкого расплава. Эти минералы обычно
плотные, с большой твердостью, стойкие к действию воды, кислот,
щелочей (кварц, различные силикаты).
Экзогенный процесс – свойственен поверхности земной коры, при
этом минералы формируются на суше и в море. В первом случае это
связано с разрушительным действием воды, кислорода, колебаний
температур на эндогенные минералы (гидрослюда). Во втором случае
минералы формируются в процессе выпадения химических осадков из
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
водных растворов (калийная соль). Также ряд минералов образуется за
счет жизнедеятельности различные организмов (опал).
Метаморфический процесс – протекает под действием высоких
температур, магматических газов и воды на некоторой глубине в
земной коре. При этом происходит преобразование минералов
(метаморфизм), ранее образовавшихся в геологических процессах с
изменением их первоначального состояния и свойств (роговая
обманка).
3.
Многие минералы можно безошибочно определить по
комплексу характерных для каждого из них физических свойств,
наиболее характерными из них являются:
Цвет. Зависит от химического состава минерала и входящих в него
примесей, может меняться в зависимости от освещения. Для одних
минералов цвет может быть весьма характерным признаком (малахит
имеет зеленый, графит – черный, сера – ярко-желтый, тальк – белый,
алмаз - бесцветный); цвет других минералов - определяют в сравнении
с окраской хорошо известных (эталонных) веществ.
Цвет черты. Это цвет очень тонкого порошка минерала.
Например, у киновари цвет минерала и черты красные, и наоборот,
пирит имеет латунно-желтый цвет, а черта зеленовато-черная.
Блеск – способность поверхности минерала отражать свет. Блеск
может быть металлическим (минералы непрозрачны, большинство из
них имеет черный цвет и дает черную черту на матовой фарфоровой
поверхности – золото, серебро, медь, железо) и неметаллическим,
разновидностями которого являются:
- алмазный (искрящийся, выражается в «переливающейся игре»
цветов;
- стеклянный (напоминает блеск поверхности стекла);
- шелковистый (сходен с блеском шелкового полотна);
- перламутровый (подобен блеску перламутрового слоя раковин);
-жирный (близок к блеску поверхности восковой свечи,
поверхность кажется как бы смазанной тонким слоем жира).
Минералы могут вообще не иметь блеска (их поверхность мелкошероховатая), о таких говорят, что они имеют матовый блеск.
Прозрачность – это способность минералов пропускать через себя
свет. Минералы могут быть:
- прозрачные (горный хрусталь);
- полупрозрачные – просвечивающие только по краям (опал,
халцедон);
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- непрозрачные (минералы темноокрашенные, имеющие темную
черту и металлический блеск).
Спайность – способность минералов раскалываться по
определенным направлениям и давать зеркально ровные поверхности.
Излом – тип поверхности, образующейся при расколе минерала.
Бывает: ровный, неровный, шероховатый, листоватый, раковистый и
пр.
Твердость – способность минералов сопротивляться внешним
механическим воздействиям. Определяется согласно 10 бальной шкалы
Мооса, включающей 10 эталонных минералов.
Минерал
Тальк
Гипс
Кальцит
Флюорит
Апатит
Твердость
1 царапается ногтем
2 не царапается ногтем и не
оставляет царапин на стекле
3 то же
4 то же
5 то же
Минерал
Ортоклаз
Твердость
6 царапает стекло
Кварц
7 то же
Топаз
Корунд
Алмаз
8 режет стекло
9 то же
10 то же
К дополнительным свойствам минералов относят: магнитность,
хрупкость, вкус, запах и пр. Для отдельных минералов они могут быть
характерными признаками: галит (поваренная соль) – соленый вкус,
сера – запах при горении.
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
1. Магматические горные породы
2. Осадочные горные породы
3. Метаморфические горные породы
1. Магматическими
(изверженными) называются горные
породы, образовавшиеся в результате охлаждения и застывания магмы
в недрах Земли или на ее поверхности. В связи с этим горные породы
делят на:
- интрузивные (глубинные – силлы, лакколиты, факолиты, штоки,
дайки, жилы);
- эффузивные (изверженные – вулканические конусы, потоки,
покровы, некки).
3
1. Вулканический очаг
2. Жерло вулкана
3. Конус (купол) вулкана
4. Лавовые потоки
5. Покровы
6. Батолит
7. Дайки
8. Лакколит
9. Силы (пластовые жилы)
10. Шток
11. Лополит
12. Факколиты
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Основные характеристики:
Структура – степень кристалличности вещества горной породы;
напрямую зависит от скорости остывания магмы и выделения газов.
Может быть полнокристаллическая (вся порода состоит из
кристаллического
вещества);
неполнокристаллическая
(порода
частично состоит из кристаллов, частично из стекловатой массы) и
стекловатая. Существуют их разновидности.
Текстура – характеризует «рисунок» породы. Различают:
- массивную (равномерное плотное расположение минералов в
породе);
- пористую (содержит видимые на глаз пузырьки газов).
Химический состав. По содержанию кремнезема SiO2 выделяют
следующие типы пород:
Кислые – более 65%
Средние – 65-55%
Основные – 55-45%
Ультраосновные – менее 45%
Щелочные – богатые щелочами.
Отдельности – наличие трещин в породе, образовавшихся при
остывании магмы.
Строительные свойства: достаточно высокие. Наибольшая
прочность у массивных текстур. Полосчатая текстура и отдельности
облегчают разработку, но резко снижают качество породы (снижение
прочности, увеличение деформативности, водопроницаемости). Являются
хорошим основанием для зданий и сооружений.
2. Осадочные горные породы.
Любая порода, находящаяся на поверхности суши или на дне реки,
моря, океана подвергается выветриванию, т.е. разрушительному
воздействию воды, колебаний температур и т.д. Продукты разрушения
переносятся ветром, водой, образуя осадки. С течением времени осадки
переуплотняются, приобретают структуру и образуют различные
осадочные породы. Все осадочные породы делятся на три основные
группы: обломочные, хемогенные и органогенные.
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Обломочные
Окатанные обломки
Группы горных
пород
рыхлые
Валуны
Грубообломочные
(псефиты)
Галька
Гравий
Остроугольные обломки
сцементированные
Размер
обломков,
мм
рыхлые
сцементированные
Валунный
конгломерат
Галечный
конгломерат
Гравийный
конгломерат
(гравелит)
>100
Глыбы
Глыбобрекчия
100-10
Щебень
Брекчия
10-1
Дресва
Дресвяник
Песчаные
(псаммиты)
Песок
Песчаник
1-0,1
Песок
Песчаник
Алевролитовые
(алевролиты)
Алеврит
(лессы,
илы)
Алевролит
0,1-0,01
Алеврит
Алевролит
0,01-0,001
-
-
Глинистые
(пелиты)
Глины, суглинки, супеси
Химического происхождения (хемогенные)
Сюда относят химические осадки (соли), образующиеся в
мелководных замкнутых водоемах. Они выпадают из раствора вследствие
изменений условий среды (гипс, ангидрид, калийная соль)
Органогенные породы
Образуются главным образом в водоемах в результате накопления и
преобразования остатков животного мира и растений. К ним относят
доломит, мергель, мел, торф, нефть.
Основные характеристики:
Залегают слоями большой мощности
а) Согласное залегание
б) Несогласное залегание
слоев
слоев
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В своем составе имеют органические (растительные и животные)
остатки.
Структура – разнообразная: обломочные – псефитовая, пелитовая
хемогенные – кристаллически-зернистая …
органогенные – ракушняковая, волокнистая …
Текстура - разнообразная: слоистая, беспорядочная, массивная …
Пористость – типична. Поры могут быть крупные и мелкие
(неразличимы невооруженным глазом). Общая пористость велика (песок
35-40%), в порах может находиться газ, вода, органический материал.
Цвет разнообразен (зависит от цвета слагающих минералов) от
белого до темного. На цвет породы влияет ее влажность, характер
освещения, присутствие пузырьков газа, примеси органических остатков.
Строительные свойства: осадочные горные породы широко
применяются в качестве строительных материалов.
Наличие трещин, разделяющих толщу на отдельные блоки,
значительно снижает прочностные и деформационные характеристики
пород
в
массиве,
уменьшает
морозостойкость,
увеличивает
водопроницаемость и требует специальных мероприятий для обеспечения
устойчивости зданий и сооружений.
3. Метаморфические горные породы образуются в земной
коре из магматических и осадочных пород, путем их глубокого
преобразования (метаморфизма) под влиянием высокой температуры
(100-9000), высокого давления (10-100 тыс.атм.) и флюидов.
Флюиды – жидкие или газообразные компоненты магмы,
содержащие пары воды, горячие газы).
Существуют следующие виды образования метаморфических
пород:
- динамометаморфизм (протекает без участия магмы, выражается
в сильном дроблении, скручивании и перетирании горных пород);
- контактовый метаморфизм (протекает при участии магмы и
породы, выражается в сильной перекристаллизации пород с вмещением
вещества из магмы);
- региональный метаморфизм (протекает при участии высоких
температур, магмы, давления, происходит на огромных пространствах в
глубинных зонах земли с существенным изменением состава и текстуры
пород). Данный процесс приводит к пластическому течению и
расплющиванию горных пород, они сминаются в складки различных
форм.
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Антиклинальная складка
2. Синклинальная складка
3. Сундучная складка
4. Флексура
5. Веерообразная складка
6. Изоклинальные складки
7. Гребневидные складки
Основные характеристики:
Текстура – является характерным признаком. Основными из них
являются:
- сланцеватая – когда совершенно однородная порода распадается
на очень тонкие пластинки (чешуйки) – сланцы;
- полосчатая – проявляется в чередовании различных по составу
частей, унаследованную от исходных горных пород;
- массивная – наблюдается в однородных породах, когда составные
ее части равномерно распределены (амфиболиты, мрамор);
- плойчатая – наблюдается, когда слагающие породу минералы
собраны в мелкие складки;
- очковая – присуща породах, в которых овальные зерна
минералов, окружены участками поды (милониты).
Структура. Большинство метаморфических пород имеют
полнокристаллическую структуру. Кроме этого встречаются и
скрытокристаллические (плотные) структуры, кристаллические зерна
которых не распознаются простым глазом или в лупу (шунгиты).
Формы залегания. Метаморфические горные породы не образуют в
земной коре самостоятельных геологических тел, поэтому формы их
залегания могут быть самыми разнообразными. Это зависит от
первоначальных пород (как они залегали).
Строительные свойства: являются хорошим основанием для
зданий и сооружений; обладают высокой прочностью, значительно
превышающей нагрузки, обычно возникающие в строительной практике;
водонепроницаемы и не растворяются в воде (за исключением
карбонатно-доломитных разностей); сланцеватость определяет их
значительную выветриваемость, пониженную устойчивость на
природных склонах и в бортах искусственных выработок (многие
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
слабометаморфизованные породы – глинистые сланцы – образуют
тонкоплитчатые весьма подвижные осыпи).
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
По
своему
происхождению
геологические
процессы
подразделяются на процессы внутренней динамики – эндогенные и
процессы внешней динамики земли – экзогенные.
Эндогенные процессы протекают при участии внутренней энергии
Земли. Они проявляются в виде колебательных движений земной коры,
горообразования, землетрясений, магматизма и метаморфизма. Они
приводят к образованию гор и впадин, плоскогорий и низменностей,
разломов и нарушений в земной коре и формируют лик Земли – рельеф.
Экзогенные процессы протекают на поверхности Земли с участием
лучистой энергии солнца. Они проявляются в непрерывном разрушении и
изменении поверхности Земли вследствие воздействия атмосферных и
подземных вод, рек и ледников, морей и океанов, выветривания,
растительных и животных организмов. Экзогенные процессы направлены
на нивелирование поверхности Земли и находятся в непрерывном
взаимодействии с эндогенными.
ЭНДОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
1.
2.
3.
4.
Интрузивный магматизм
Эффузивный магматизм (вулканизм)
Тектонические движения земной коры
Землетрясения
1. Магма, продвигающаяся по трещинам и разломам в земной коре,
не всегда достигает поверхности Земли. Нередко она накапливается на
некоторой глубине, постепенно остывает и затвердевает, образуя
своеобразные интрузивные тела. Данные процесс носит название
интрузивного магматизма.
2.
Извержение магмы на поверхность Земли называется
эффузивным магматизмом. Магма, поднявшаяся до земной поверхности,
изливается в виде лавы, образуя эффузивные (излившиеся) горные
породы.
Ни одна область на Земле не формировалась без участия
вулканизма, так 50% территорий нашей страны сложено магматическими
горными породами (Сибирь-массовые излияния базальтов).
Среди вулканов различают
- действующие (Везувий);
- потухшие (Карадаг);
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- уснувшие (Эльбрус, Казбек).
Вулканы встречаются в различных географических условиях:
внутри материков, по побережьям морей и океанов, на дне океанов.
Некоторые из них целиков погружены в воду, другие возвышаются над
водой в виде конуса и образуют вулканические острова.
В распределении вулканов на земном шаре наблюдается
определенная закономерность. Они характерны для областей молодых
складчатых гор и зон разломов в земной коре и приурочены к нескольким
поясам, один из которых - Тихоокеанское огненное кольцо (Камчатка и
Курильские острова), на долю которого приходится 70% всех вулканов
мира.
Соответственно различают вулканы: трещинные (лава изливается по
трещинам в земной коре) и центральные, представляющие собой
куполовидную гору с пологими склонами у основания и более крутыми
вершинами.
1. Вулканический очаг
2. Жерло
3. Кратер
4. Сомма
5. Кальдера
6. Лавовые потоки
7. Побочные (паразитические) кратеры
8. Толща вулканогенных пород, слагающих конус вулкана
Продукты вулканических извержений представлены твердыми,
жидкими и газообразными веществами.
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Твердые:
вулканические бомбы (от неск. кг до неск.сот.тонн);
вулканический песок;
вулканическая пыль.
Жидкие:
лава (излившаяся магма) с температурой 800-13000С.
Газообразные: водяной пар и различные газы (водород, хлор,
кислород, метан, сероводород, аммиак и др.).
Газообразные продукты играют большую роль при вулканических
извержениях. Они прокладывают путь поднимающейся из недр земных
магме, уменьшают ее плотность, увеличивают подвижность лавы. В
зависимости от состава выбрасываемых продуктов и характера процесса
извержения различают несколько типов вулканов:
Гавайский тип (вулканы Гавайских островов и Исландии).
По своей форме вулканы напоминают щит (щитовые вулканы) –
имеют очень плоский тарелкообразный конус и пологие склоны. Лавы
такого типа жидкие и подвижные, бедные газами (температура 13000С).
Извержения проходят спокойно, без взрывов, начинаются с выделения
небольшого количества газов и завершаются излиянием лавовых потоков,
спокойно стекающих по пологим склонам вулканов.
Стромболианский тип (от вулкана Стромболи на юге Италии).
Сюда относятся вулканы Центральной Америки и Камчатки.
Для вулканов данного типа характерна вязкая лава (температура
1000-11000С). Извержения происходят ритмично и характеризуются
слабыми взрывами. Лава далеко не растекается.
Везувианский тип (Везувий, Этна, вулканы Курильских островов и
Камчатки).
Вулканы данного типа носят название газово-взрывных. Они
характеризуются
вязкими,
труднотекучими
лавами,
быстро
затвердевающими в жерле вулкана и закупоривающими выход газам и
новым поступающим порциям магмы. После некоторого периода затишья
скопившиеся газы прорывают затвердевшую лавовую массу с огромной
силой. В результате взрыва из недр выбрасываются вулканические
бомбы, пепел, облако газов. Лава далеко не растекается и застывает в
виде бесформенных глыб. При сильных взрывах конус вулкана
растрескивается, и возникают побочные конусы и кратеры.
Пелейский тип (от вулкана Мон-Пеле близ Южной Америки). Сюда
относятся вулканы Центральной Америки и Камчатки.
Данный тип вулканов характеризуется вязкой малоподвижной
лавой. Извержения сопровождаются землетрясениями, сильными
подземными толчками и взрывами. Отличительной особенностью
данного типа вулканов является наличие пеплово-газовой тучи, имеющей
температуру до 8000С и испепеляющей все на своем пути.
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Бандайсанский тип (от вулкана Байдан-Сан в Японии). Сюда
относятся вулканы Кракатау (Индонезия), Ильинский (Камчатка).
Для данного типа характерна очень вязкая и густая лава, быстро
застывающая в жерле. После скопления газов в недрах вулкана наступает
разрядка в виде мощного взрыва: он настолько силен, что разрушается
значительная часть вулкана и выбрасывается большое количество
газообразных продуктов, пепла и пемзы.
К числу явлений вулканического порядка относятся:
Гейзеры – кипящие выходы горячей воды, периодически
выбрасываемой.
Грязевые вулканы (сальзы) или псевдовулканы (Туркмения,
Румыния) – выбрасывают водяной пар, грязь, газы.
Горячие ключи (термы) и минеральные воды.
3.
Земная кора испытывает деятельность внутренних сил Земли и
постоянно находится в движении, претерпевая качественные изменения.
Изучением закономерностей движения земной коры занимается наука
тектоника.
Тектонические движения приводят к возникновению гор
складчатости, морей и океанов, землетрясений, создают неровности
рельефа земной коры и изменяют условия залегания горных пород.
Тектонические движения земной коры можно разделить на три
основных типа: колебательные, складчатые и землетрясения.
Колебательные
движения
характеризуются
постоянными
медленными вековыми неравномерными поднятиями и опусканиями
земной поверхности. Они охватывают обширные территории и
устанавливаются лишь в результате длительных наблюдений.
Колебательные движения меняют лик нашей планеты – очертания суши и
моря: при опускании материка море наступает на сушу, происходит так
называемая трансгрессия моря, при поднятии материка море отступает с
территории суши – это регрессия моря. Современные колебательные
движения необходимо учитывать при строительстве городов у моря.
Например, опускание побережья приводит к интенсивному размыву
берегов волнами и образованию крупных оползней.
Складчатые движения (горообразовательные) проявляются в виде
тангенциальных напряжений в земной коре. Они характеризуются
большей интенсивностью, силой и амплитудой проявления, чем
колебательные. В результате, в короткое время возникают высокие горы,
интенсивно смятые в складки. Складчатость сопровождается
образованием крупных разломов в земной коре. Так возникают
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
складчатые дислокации (моноклинали, флексуры, антиклинали, а также
сбросы, грабены, горсты и надвиги).
Наличие дислокаций усложняет инженерно-геологические условия
стройплощадок: нарушается однородность грунта основания, снижается
прочность грунтов, по трещинам разрывов периодически происходят
смещения, циркулируют подземные воды.
Различные типы разрывных дислокаций:
а) сброс
1 – неподвижная часть толщи
б) ступенчатый сброс
2 – смещенная часть
в) взброс
П – поверхность земли
г) надвиг
р – разрыв
4.
Землетрясением называется внезапное и резкое сотрясение
земной поверхности, проявляющееся в виде толчков различной силы.
Землетрясения происходят в определенных областях, связанных с
глубинными разломами в земной коре.
В различных участках земной коры землетрясения проявляются с
разной силой. Центр очага называется гипоцентром. Над гипоцентром на
поверхности Земли располагается эпицентр. По мере удаления от
эпицентра сила землетрясения убывает. Различают три вида
сейсмических волн: продольные, поперченные и поверхностные.
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Продольные волны вызывают расширение и сжатие горных пород в
направлении их движения. Они распространяются во всех средах –
жидких, твердых и газообразных. Скорость их зависит от вещества пород.
Поперечные
волны
перпендикулярны
продольным,
распространяются только в твердой среде и вызывают в породах
деформации сдвига. Скорость их ниже, чем продольных.
На поверхности Земли от эпицентра во все стороны расходятся
поверхностные волны (волны тяжести - подобно морским волнам).
Скорость их распространения более низкая, чем у поперечных, но они
оказывают на сооружение не менее пагубное влияние.
За землетрясениями ведут постоянные наблюдения при помощи
специальных приборов – сейсмографов, которые оценивают силу
землетрясений. В России принята 12-ти балльная шкала.
Баллы
Характеристика
1
2
3
4
5
6
Колебания земли отмечаются приборами
Ощущаются людьми, находящимися в спокойном состоянии
Колебания земли отмечаются некоторыми людьми
Землетрясения отмечаются многими людьми
Качание висячих предметов, многие спящие просыпаются
Легкие повреждения в зданиях, тонкие трещины в штукатурке, небольшие
изменения уровня воды в колодцах
Трещины в штукатурке и откалывание отдельных кусков, иногда наблюдается
нарушение стыков трубопроводов, небольшое количество трещин в сырых
грунтах, изменяется УГВ
Большие трещины в стенах, падение карнизов и пр., вода в водоемах становится
мутной, возникают новые водоемы, часто меняется уровень воды в источниках
В зданиях случаются обвалы, трещины в сырых грунтах до 10 см, большие
волнения в водоемах
Обвалы во многих зданиях, трещины в грунтах до 1-5 м.
Многочисленные трещины на поверхности земли, большие обвалы в горах
Изменение рельефа местности в больших размерах
7
8
9
10
11
12
Землетрясения способствуют развитию чрезвычайно опасных
гравитационных процессов – оползней, обвалов, осыпей.
Для территории России составлена карта распространения
землетрясений с указанием баллов. К сейсмическим районам относят
Кавказ, Алтай, Забайкалье, Дальний Восток, Сахалин, Курильские
острова, Камчатка.
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ЭКЗОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Выветривание
Геологическая деятельность ветра
Геологическая деятельность поверхностных текучих вод
Геологическая деятельность подземных вод
Геологическая работа ледников.
Многолетняя (вечная) мерзлота.
1.
Выветривание – это сумма процессов преобразования (разрушение
и изменение состава) горных пород на поверхности суши под влиянием
факторов и условий географической среды. Продукты выветривания
горных пород, носят название элювия.
Воздействие на земную поверхность процесса выветривания приводит
к образованию коры выветривания, которая состоит из видоизмененных
выветриванием горных пород или продуктов их разрушения.
Нагромождение материала выветривания
Схема выветривания:
1. кора выветривания
2. порода, незатронутая выветриванием
(коренная порода)
Различают несколько типов выветривания:
Физическое выветривание выражается в механическом дроблении
пород в результате колебания температур, замерзания воды,
механической силы ветра, давления, которое возникает в процессе роста
растений и др. факторов. Данный тип выветривания преобладает в
местностях с сухим (пустыни) и холодным (горные районы) климатом.
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Химическое выветривание выражается в разрушении горных пород
путем растворения в воде, углекислоте и органических кислотах.
Интенсивности выветривания способствует раздробленность пород.
Данный тип выветривания широко распространен в условиях теплого и
влажного климата.
Биологическое (органическое выветривание) проявляется в разрушении
горных пород в процессе жизнедеятельности живых организмов и
растений. Действие данного типа выветривания повсеместно, ему
принадлежит ведущая роль в образовании почв.
2.
Процессы выветривания подготавливают материал для
деятельности ветра, а ветер на поверхности Земли производит важную
геологическую работу. При помощи переносимых ветром твердых частиц
значительно разрушаются горные породы: обтачиваются, полируются и
др. Деятельность ветра наиболее интенсивно проявляется в местах, где
отсутствует растительный покров (пустыни, полупустыни, открытые
берега водоемов, горные районы) и характеризуется следующими
процессами:
Дефляция (выдувание) проявляется в виде пылевых бурь в пустынях и
полупустынных местах, где преобладают ветры определенного
направления.
Корразия (обтачивание) представляет собой механическую обработку
горных пород при помощи переносимых ветром частиц. В результате
корразии образуются причудливые формы скал, на поверхности которых
наблюдаются ячейки, углубления, луночки.
Аккумуляция (отложение) отложение переносимого ветром материала.
В результате аккумуляции возникают различные формы рельефа и
особые формы эоловых отложений. Наиболее крупные из них:
Барханы – возникают в песчаных пустынях в виде холмов серповидной
формы. Они сложены подвижными песками. Скорость их движения
зависит от силы ветра и может достигать 5-70 м/год. Наиболее подвижны
отдельно стоящие барханы.
Дюны – песчаные отложения, возникающие по берегам водоемов (озер,
рек, морей и океанов) в результате навевания песка ветром возле какогонибудь препятствия (кустарников, неровностей рельефа). Характерной
особенностью дюн является движение за счет перекатывания песчинок
ветром с одной стороны холма на другую. Дюны обычно образуют цепь
холмов.
Для всех эоловых отложений характерным является наличие косой,
неправильной слоистости, говорящей о многократном изменении
ветрового режима. Глинистые прослои отсутствуют, пески тщательно
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
отсортированы, песчинки окатаны и имеют матовую поверхность в
результате постоянного трения друг о друга.
К эоловым отложениям относят также специфическую породу – лесс, в
составе которого преобладают частицы пыли. Лесс – очень мягкая
порода, легко растирается между пальцами, крошится. Он очень вязок,
из-за чего образует по долинам оврагов и рек крутые отвесные стенки.
При намокании лесс быстро уплотняется, образую на поверхности земли
просадки. Для него характерно отсутствие слоистости и большое
количество мелких вертикальных канальцев, являющихся остатками
погребенных стебельков и растений.
3.
Поверхностные текучие воды объединяют все воды, протекающие
на поверхности суши – это дождевые и талые воды, ручья и реки.
Процесс разрушения горных пород водными потоками носит название
эрозии. Различают следующие виды эрозии: плоскостная, боковая,
донная.
Плоскостная (поверхностный смыв). После дождя (таяния снега) вода
растекается по поверхности земли в виде многочисленных струек,
образуя сплошной поверхностный поток. Разрушительное действие воды
осуществляется на всей поверхности земли, образуются промоины и
овраги, сели (грязекаменные потоки).
Со временем на склонах и в пониженных частях рельефа
накапливается отложения в виде наносов: на склонах и у подошвы –
делювий (несортированный материал, связанный с породами,
расположенными выше по склону), в понижениях у склона – пролювий
(рыхлый неоднородный материал, похожий на лессовидные отложения).
Боковая эрозия – размывание берегов реки – преобладает у равнинных
рек, часто меняющих направление своего течения.
Донная эрозия – углубление русла реки. Наиболее характерна для
горных рек, благодаря чему горные реки часто образуют глубокие
скалистые ущелья – каньоны.
Процесс накопления рекой переносимого ею материала носит название
аллювиального, а отложения называют аллювием. В зависимости от места
накопления аллювия в пределах речной долины выделяют три типа
отложений:
Русловый аллювий – материал, образуемый на дне реки в результате ее
движения по долине. Он содержит хорошо отсортированные пески,
гальку и гравий.
Пойменный аллювий – материал, образуемый в поймах реки во время
разлива в половодье.
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Старичный аллювий – слагает старицу реки и содержит иловатый
материал с примесями песков. Для старичного аллювия характерно
наличие примесей животной и растительной органики, заболачивания, с
последующим образованием органических илов и торфа.
К минералам, которые накапливаются в аллювиальных отложениях
относят: золото, алмазы, платину, вольфрамовые минералы, циркон,
рубин и др.
4.
Все воды находящиеся ниже поверхности Земли называют
подземными водами. Разрушительная работа подземных вод – суффозия
– выражается в растворении и переносе растворенных и мелких
минеральных частиц подземными водами. Суффозия сопровождается
образованием суффозионных воронок, возникающих на поверхности
Земли за счет проседания пластов горных пород над образовавшимися
пустотами. Интенсивность суффозии зависит от состава подземной воды
и прочности пород. Например, наличие в воде углекислоты увеличивает
растворимость в ней известняка в 2-3 раза.
Суффозионные явления в карбонатных породах обычно называют
карстом. В результате карстового процесса образуются карстовые
пещеры. В таких пещерах часто наблюдаются подземные озера, в
результате деятельности подземных вод возникают натечные образования
- сталактиты и сталагмиты – в виде сосулек, состоящих из углекислого
кальция.
Суффозия также приводит к образованию оползней и обвалов вдоль
берегов рек, озер и морей.
5.
В настоящее время льды занимают 10% поверхности суши.
Различают следующие типы ледников: покровные и горные.
Горные ледники образуются высоко в горах и располагаются либо на
вершинах, либо в ущельях, впадинах и различных углублениях (Кавказ,
Урал).
Покровные ледники составляют 98,5% всей площади современного
оледенения, они почти полностью покрывают Антарктиду, часть
канадского арктического архипелага.
Геологическая деятельность льда велика и обусловлена главным
образом его движением (лед очень пластичен), несмотря на то, что
скорость течения льда в 10000 раз меньше, чем воды в реках.
При своем движении лед истирает и вспахивает поверхность земли,
создавая котловины, рытвины, борозды. Эта работа совершается под
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
действием силы тяжести льда, в который вмерзают обломки пород. Т.о.
обломочный материал передвигается вместе с ледником, оказывая
разрушающее действие на поверхность земли.
При таянии льда весь обломочный материал отлагается, образуя
значительные по мощности ледниковые отложения – морены.
Моренные отложения представляют собой грубый неоднородный,
неотсортированный, неслоистый обломочный материал, имеющие в
своем составе валуны горных пород, несвойственных данной территории.
Мощность моренных отложений колеблется от нескольких метров до
нескольких десятков метров.
При таянии ледника образуются постоянные потоки талых вод. Вода
подхватывает материал размываемых морен, выносит за пределы ледника
и откладывает в определенной последовательности. Вблизи границ
ледника остаются крупные обломки, дальше осаждаются пески и еще
дальше глинистый материал. Такие водно-ледниковые отложения
получили название флювиогляциальных. Они создают различные формы
рельефа: озы, камы, зандровые поля.
Накопление обломочного материала (песка, гравия) в виде высоких
валов получило название озы.
Камы – беспорядочно разбросанные холмы, состоящие из слоистых
отсортированных песков, супесей с примесью гравия и прослоев глины.
Широкие волнистые равнины, состоящие из слоистых песков, гравия и
гальки, называют зандровыми полями.
В озерах, располагающихся вблизи ледников, накапливаются
мелкозернистые осадки – ленточные глины – состоящие из чередования
темных и более светлых глинистых прослоек.
Моренные и флювиогляциальные отложения в основном являются
надежным основанием (хорошо уплотнены) для сооружений различного
типа. Отрицательным качеством всех ледниковых отложений является
наличие случайных вкраплений отдельных валунов (может привести к
неравномерной осадке и деформации зданий).
6.
Многолетней (вечной) мерзлотой называют слой горных пород,
находящийся на поверхности земли и характеризующийся отрицательной
температурой (от 00 до -100С). В России территории многолетней
мерзлоты делятся на три зоны:
1.
Зона
сплошной
многолетней
мерзлоты.
Мощность
многолетнемерзлых толщ в этой зоне достигает 700м и более (азиатская
часть нашей страны и за Полярным кругом).
2. Зона таликовой мерзлоты. В этой зоне на фоне мерзлоты выделяют
участки талой почвы (Европейская часть России).
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Зона островной мерзлоты (горные районы Дальнего Востока и
Восточной Сибири, Европейская часть России). Здесь среди талой почвы
выделяют острова многолетней мерзлоты.
В зоне многолетнемерзлых пород по температурному режиму принято
выделять три слоя: надмерзлотный, мерзлый и подмерзлотный.
Надмерзлотный слой (деятельный). В летний период этот слой
оттаивает, температура его меняется от положительной до отрицательной
в зависимости от времени года. Мощность колеблется от 0,5 до 2,5м в
зависимости от рельефа, климата и др. факторов.
Мерзлый слой характеризуется постоянными отрицательными
температурами и имеет мощность от нескольких десятков метров до
1500м в зоне сплошной мерзлоты.
Подмерзлотный слой залегает ниже мерзлого и всегда имеет
положительные температуры вследствие притока тепла из недр земли.
Геологическая роль многолетней мерзлоты:
 многолетнемерзлые толщи водонепроницаемы, в связи с этим в
летний период на участках местности, где оттаивание произошло
на небольшую глубину, возникают заболоченные участки
 на склонах возвышенностей в теплое время часто встречаются
оползни морозного характера
 в результате замерзания воды под слоем почвы и горных пород в
зоне многолетней мерзлоты распространено пучение грунта
 при периодическом оттаивании и промерзании грунта в рыхлых
отложениях, возникают пластические (мерзлотные) деформации
горных пород в виде мелких складочек и гофрировки
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ГРУНТОВЕДЕНИЕ
1. Классификация грунтов
2. Способы определения физико-механических свойств грунтов.
1.
Грунт – любая горная порода, представляющая собой
многокомпонентную
систему,
изменяющуюся
во
времени
и
используемую в качестве оснований для возведения зданий и
сооружений. В зависимости от характера структурных связей,
происхождения, состава и строительных свойств, грунты подразделяют
на следующие основные классы: скальные и нескальные.
Скальные грунты.
Грунты с жесткими структурными связями. Залегают в виде сплошного
массива или трещиноватого слоя, обладают высокой прочностью,
практически водонепроницаемы и несжимаемы. Вода в таких грунтах
фильтруется только по трещинам. К ним относят:
 магматические (граниты, диориты);
 метаморфические (гнейсы, кварциты);
 осадочные сцементированные (конгломераты, песчаники);
 преобразованные в природном залегании грунты (трещиноватые
различного типа).
Нескальные грунты.
Грунты без жестких структурных связей. Их основные
разновидности:
Крупнообломочные – осадочные несцементированные залежи
обломков
(щебень,
галечник,
дресва,
гравий).
Прочность
крупнообломочных грунтов зависит от слагаемых пород и плотность
укладки. Наибольшую прочность имеют магматические породы,
наименьшую – осадочные. Крупнообломочные породы не поддаются
уплотнению, обладают большой водопроницаемостью. Являются
надежным основанием зданий и сооружений.
Песчаные
–
осадочные
несцементированные
породы,
представленные разными по крупности песками без структурных связей.
Данные грунты обладают высокой водопроницаемостью, поддаются
уплотнению под действием воды. Наибольшей прочностью обладают
пески с преобладанием твердых, стойких к воде минералов (кварц,
полевые шпаты). В большинстве случаев являются устойчивым
основанием зданий и сооружений.
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Глинистые грунты – осадочные несцементированные породы. По
содержанию глинистых частиц делятся на следующие типы:
Наименование грунтов
Содержание глинистых частиц, %
Пески
Супеси
Суглинки
Глины
До 3
3-12
12-25
Более 25
На свойства глинистых грунтов значительное влияние оказывает
влажность, с увеличением которой механические характеристики резко
ухудшаются и зачастую приходится применять специальные меры по
обеспечению устойчивости зданий и сооружений. Основные
характеристики глинистых грунтов:
Усадка – свойство глинистых грунтов уменьшаться в объеме при
высыхании. Грунт переходит в твердое или полутвердое состояние,
появляются трещины, прочность грунта резко снижается.
Набухание – свойство глинистых грунтов увеличиваться в объеме
при поглощении воды. Это вызывает давление набухания (пучение), что
представляет опасность для фундаментов.
Размокание – характерно для глинистых пород, погруженных в воду.
В процессе размокания резко уменьшается прочность устойчивость.
Липкость – способность глинистого грунта прилипать к различным
материалам, находящимся в соприкосновении с ними. При строительной
оценке это является отрицательным качеством.
Заторфованные
грунты
–
песчано-пылевато-глинистые
водонасыщенные грунты, с большим содержанием органических веществ
(до 50%) в виде остатков корней растений и гумуса. Осадки на таких
грунтах протекают медленно, при чем из-за ползучести, полного
затухания осадок не происходит. Заторфованные грунты обладают
высокой влажностью и изменчивостью свойств.
Почвы – наружные горизонты горных пород, измененные под
влиянием воды, воздуха и различными организмами. Мощность
почвенного слоя, как правило, составляет 40-50 см. Почвы, вследствие
размокаемости и низкой прочности не используются в качестве
оснований зданий и сооружений.
Искусственные грунты – создаются в результате строительной и
производственной деятельности человека или путем целенаправленного
улучшения свойств определенных видов грунтов.
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Насыпные
Намывные
Создаются в строительных целях: Создаются
средствами
грунтовые
подушки;
насыпи; гидромеханизации
с
помощью
дамбы; отвалы, возникающие при трубопроводов.
Такой
способ
благоустройстве
территорий, укладки обеспечивают высокую
производстве земляных работ
плотность грунта.
Улучшение свойств грунтов производится в условиях их природного
залегания или после соответствующей переработки и последующей
укладки, например в основание объекта. Наиболее широкое применение
улучшенные грунты получили при возведении объектов на вечной
мерзлоте, просадочных лессовых грунтах.
2.
Грунты определяют устойчивость возводимых на них зданий и
сооружений. Химико-минеральный состав, структуры и текстуры
грунтов, содержание органического вещества определяются в
геологических лабораториях, оснащенных необходимой аппаратурой
(рентген, электронный микроскоп и т.д.) и непосредственно на будущих
строительных площадках.
Грунтоведческая
лаборатория.
Образцы
грунтов
для
лабораторных исследований отбирают в буровых скважинах, которые
располагаются на строительных площадках. В лабораторию образцы
доставляют в виде монолитов или рыхлых проб определенных размеров и
массы, установленных ГОСТ. Недостатками способа являются: высокая
трудоемкость, неправильный забор образцов и неправильное их хранение
(возможное изменение природной влажности пр. по вине исполнителя
заказа), и, наконец, определение свойств небольшого количества образцов
не позволяет получить верное представление о его свойствах в массиве.
Полевые работы. Определение свойств на строительной площадке
дает преимущество перед лабораторными анализами, позволяя
определить значения физико-механических характеристик грунтов без
разрушения их структуры, с сохранением режима природной влажности.
Полевые методы исследования грунтов обеспечивают высокую точность
результатов в достаточно короткие сроки. Среди полевых работ широкое
применение имеют: метод штампов, зондирование, опытные
строительные работы (в пылевато-глинистых и лессовых грунтах,
обладающих просадочными свойствами возводят опытные сваи,
фундаменты и здания для качественной оценки поведения оснований под
нагрузкой, близкой к проектной).
27
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа