24935 (Инженерная геология для строительства), страница 2

Т₂ – Мезозойская эра, Триасовый период, Среднетриасовый отдел

О₁– Палеозойская эра, Ордовкикский период, Нижнеордовикский отдел отдел

С₂ – Палеозойская эра, Каменноугольный период, Среднекаменноугольный отдел

Т₁ – Мезозойская эра, Триасовый период, Нижнетриасовый отдел

5. Опишите сущность процессов внутренней динамики Земли (эндогенных процессов). Приведите схемы нарушения форм залегания пород (табл. б). Покажите зависимость силы землетрясения от геоморфологического строения участку, состава и обводненности пород

Земная кора постоянно испытывает движения, чаше всего очень медленные, но при землетрясениях очень быстрые, почти мгновенные. Известно много мест на земном шаре, где целые города оказались сейчас на дне моря, а некоторые портовые сооружения - на суше. Земная кора испытывает не только вертикальные, но и горизонтальные перемещения, причем их скорость составляет десяток см в год. Иными словами, земная кора как бы «дышит», постоянно находясь в медленном движении. Сущность процессов внутренней динамики заключается в выходе на поверхность внутренних сил Земли, в виде тектонических движений, магматизма.

СТУПЕНЧАТЫЙ СБРОС

Рис. 2. Ступенчатый сброс

Несколько сбросов, идущие один за другим, называются ступенчатым сбросом.

СБРОС

Рис. 3. Элементы сброса. Блоки (крылья): I - поперечный разрез: 1 - поднятый (лежачий), 2 - опущенный (висячий), 3 - сместитель; амплитуда: 4 - по сместителю, 5 -стратиграфическая, 6 - вертикальная, 7 - горизонтальная. II - А - сброс и Б - взброс. Обозначения одинаковы.

При сбросе поверхность разрыва наклонена в сторону опушенного блока. Смещение имеет вертикальную и горизонтальную компоненты. Сбросом будет называться разрыв, поверхность которого наклонена в сторону относительно опушенного блока или крыла.

В зависимости от геологических особенностей конкретного района оценка силы землетрясения может меняться в большую или меньшую сторону. Породы делят на категории по сейсмическим свойствам:

Породы I категории уменьшают оценку силы землетрясений на 1 балл от общей оценки по сейсмической карте района, т. е. последствия землетрясений будут менее катастрофичны. К ней относятся: скальные, например, граниты, гнейсы, известняки, песчаники; полускальные, например, мергель, глинистые песчаники, туфы, гипсы породы, крупнообломочные особо плотные породы при глубине залегания грунтовых вод более 15 метров.

Породы II категории по своим сейсмическим свойствам свою исходную бальность сохраняют без изменения. Это глины и суглинки, находящиеся в твердом состоянии, пески и супеси при глубине залегания грунтовых вод менее 8 метров, крупнообломочные породы при глубине залегания грунтовых вод от 8 до 10 метров.

Породы III категории на участках таких пород при оценке последствий землетрясений балл повышают на единицу, т. е. последствия землетрясения на такой площадке будут более разрушительными. К таким породам относят: глины и суглинки, находящиеся в пластичном состоянии, пески и супеси при глубине залегания грунтовых вод менее 4 метров, крупнообломочные породы при глубине залегания грунтовых вод 3 метров.

Крайне опасным для строительства являются участки с сильно расчлененным рельефом, слоны оврагов и ущелий, берега рек. Весьма затруднительно строить при высоком залегании уровня грунтовых вод (1-3 метра). Опасны для строительства оползневые и карстовые участки. Следует учитывать, что наибольшие разрушения происходят на заболоченных территориях, на обводненных пылеватых, на лессовых недоуплотнённых породах.

6. Объясните сущность процессов внешней динамики Земли (экзогенных процессов). Опишите эти процессы (табл. 7) и возможные защитные мероприятия

Процессы внешней динамики Земли вызываются процессами, происходящими на поверхности Земли, с участием всех компонентов окружающей среды – воды, воздуха, ветра, Солнца, литосферы, силами гравитации, химическими реакциями и пр.

ОБВАЛЫ

Если горные породы приобретают неустойчивое состояние, то в один прекрасный момент под действием силы тяжести может произойти обвал. Причин создания неустойчивости может быть много. Это и землетрясение, подмыв рекой берега реки или морская абразия, выветривание, прокладка дорог в горной местности, излишнее обводнение. Очевидно, что наиболее благоприятные условия для обвалов создаются в верхних частях скалистых горных склонов или хребтов. Обвалившаяся масса материала, состоящая из глыб, обломков щебня, грубого песка, обычно плохо сортирована, но крупные обломки скатываются по склону ниже всего. Любой материал, образовавшийся обвальным путем, называется коллювием, который образует обвальные шлейфы у подножья вертикальных обрывов.

Сложенные массивными известняками вертикальные обрывы, высотой в десятки метров, постепенно отделяются трещинами от основной массы известняков, наклоняются и, наконец, обрушиваются вниз по склону.

Обвалы могут иметь очень большие объемы. Так, в долине Баксана на Северном Кавказе недалеко от Эльбруса в конце позднего плейстоцена, примерно 30 тыс. лет назад произошел грандиозный обвал с гор Андырчи и Курымычи, высотой около 4 км, расположенных на правом склоне долины. Причиной обвала было по-видимому, землетрясение. Огромные глыбы серых гранитов перекрыли концевую часть ледника и на несколько десятков метров «выплеснулись» вверх на противоположный склон долины. Выше по течению реки от обвала во время таяния ледника образовалось озеро. И сейчас этот колоссальный обвальный шлейф перегораживает долину Баксана и называется Тюбеле (тюрек, «тюбеле» - вал) (рис. 1).

Рис. 1. Формирование вала Тюбеле в долине Баксана (Северный Кавказа) (по Е.Е.Милановскому и Н.В.Короновскому). I - верхнеплейстоценовый ледник в долине Баксана перекрыт обвалом гранитных глыб с г.Андырчи:1 -ледник, 2 обвал; II - ледник отступил и обвальная масса осела: 3 - современная р.Баксан; III - поперечный профиль обвала, выше которого сформировалось озеро (4), впоследствие спущенное. Черная жирная стрелка - место прорыва озера.

Небольшие обвалы и камнепады происходят в горах после каждого сильного дождя или во время таяния снегов. Продвижение обвалов на значительные расстояния и, особенно, на противоположный склон, когда обвальная масса движется вверх, казалось, бы вопреки силы тяжести объясняется, во-первых, большой энергией и скоростью массы, во-вторых, срыванием дерна с поверхности, который служит «смазкой» и, в-третьих, захватыванием фронтальной частью массы воздуха, который сжавшись, играет роль воздушной подушки, уменьшая трение. Этим объясняется своеобразное «выстреливание» обвальной массы на значительные расстояния.

МОРОЗНОЕ ПУЧЕНИЕ

Процессы морозного пучения связаны с образованием льда и увеличением объема породы в деятельном слое, сложенном тонкодисперсными породами и торфяниками. Отдельные многолетние бугры пучения, достигают в высоту* 15-20 м, и в диаметре до 100 м, но чаще - меньше.

Мерзлые породы чрезвычайно чувствительны к любому, даже самому незначительному техногенному нарушению природного теплового режима. Строительство дорог, нефте- и газопроводов, вырубка леса, даже след от трактора, тут же приводит к изменению теплового равновесия, начинается усиление протаивания и развитие термокарста, бороться с которым очень трудно. В настоящее время защитными мероприятиями являются лишь профилактические – недопущения образования льда и увеличением объема породы в деятельном слое, соблюдение температурного режима.

7. Приведите классификацию подземных вод. Опишите фазовые состояния воды в породах, а также условия залегания и движения подземных вод

Все воды, находящиеся в порах и трещинах горных пород ниже поверхности Земли, относятся к подземным водам. Часть этих вод свободно перемещается в верхней части земной коры под действием гравитационных сил, а другая часть находится в очень тонких порах, удерживаясь силами поверхностного натяжения. Подземные воды не могут существовать без обмена с водой поверхностной и активно участвуют в круговороте воды в природе.

Классификаций подземных вод несколько. Различают воды:

• по форме нахождения в горных породах – кристаллизационная, в твердом виде, в виде пара, прочносвязанная, рыхлосвязанная, гравитационная, капиллярная;

• по условиям залегания – верховодка, грунтовые воды;

• по составу – пресные, минерализованные, высокоминерализованные, рассолы.

ГИГРОСКОПИЧЕСКАЯ

Прочносвязанная (гигроскопическая) вода удерживается на поверхности почвенных частиц очень прочно давлением 10 000-20 000 атм и физиологически совершенно недоступна растениям. Она образует так называемый «мертвый запас» воды в почве. Количество недоступной воды в песчаных почвах составляет 1-2%, а в глинистых и торфяных – 50% от общего количества воды. Когда в почве остается только недоступная вода, растения вянут и погибают.

ВЕРХОВОДКА

Верховодка - это временное скопление воды в близповерхностном слое в пределах зоны аэрации, располагающееся в водоносных отложениях, лежащих на линзовидном, выклинивающемся водоупоре (рис.4). Как правило, верховодка появляется весной, когда тают снега или в дождливое время, но потом она может исчезнуть. Поэтому колодцы, выкопанные до верховодки, летом пересыхают.

Рис. 4. Влагоемкость горной породы: 1 - полная влагоемкость, все поры заполнены водой; 2 - стекание капельно-жидкой гравитационной воды; 3 - максимальная молекулярная влагоемкость, вода удерживается силами молекулярного сцепления. Разница между объемами воды в 1 и 3 называется водоотдачей

Временными водоупорами могут быть любые выклинивающиеся линзовидные пласты глин и тяжелых суглинков, располагающиеся в толще водоносных аллювиальных или флювиогляциальных отложений.

8. Сформулируйте основной закон фильтрации подземных вод. Опишите методы определения коэффициента фильтрации и расхода плоского потока подземных вод. Назовите требования к питьевой воде. Объясните причины агрессивности воды к бетону и металлу

Закон Дарси — закон фильтрации жидкостей и газов в пористой среде. Получен экспериментально. Выражает зависимость скорости фильтрации флюида от градиента напора:

где:

• — скорость фильтрации,

K — коэффициент фильтрации,

— градиент напора.

Коэффициент фильтрации можно определить двумя способами, используя формулу Дюпюи:

а) по величине слоя воды в скважине после откачки h (м);

б) через понижение уровня воды в скважине при откачке S (м).

Подставив в формулу Дюпюи числовое значение π = 3,14 и заменив натуральные логарифмы десятичными, получим формулу, более удобную для расчётов:

где К_ф - коэффициент фильтрации, м/сут;

Q - дебит скважины, м³/сут;

R- радиус депрессионной воронки, м;

r - радиус скважины, м;

H - мощность водоносного горизонта, м;

h - слой воды в скважине после откачки, м.

Питьевая вода — это вода, которая предназначена для потребления людьми и другими существами.

Хотя многие источники пресной воды пригодны для питья людьми, они могут служить распространению болезней или вызывать долгосрочные проблемы со здоровьем, если они не отвечают определённым стандартам качества воды. Вода, которая не вредит здоровью человека, называется питьевой водой или незагрязнённой водой, чтобы вода соответствовала санитарно-эпидемиологическим нормам её очищают или, как часто говорят, "подготавливают" с помощью установок водоподготовки. Питьевая вода должна соответствовать следующим параметрам:

• соответствующие органолептическими показателями - прозрачная, без запаха и с приятным вкусом;

• рН = 7-7,5 и жесткостью не выше 7 ммол/л;

суммарное количество полезных минералов не более 1 г/л;

• вредные химические примеси либо составляют десятые-сотые доли их ПДК, либо вообще отсутствуют (то есть их концентрации настолько малы, что лежат за гранью возможностей современных аналитических методов);

• практически нет болезнетворных бактерий и вирусов (то есть опять же их концентрации так малы, что лежат за гранью возможностей аналитических методов).

Агрессивность воды к цементу и бетону обусловлена ее химическим составом. В частности сульфаты и хлориды обусловливают агрессивность воды по отношению к бетону на силикатном цементе.

9. Опишите методы инженерно-геологических исследований (табл. 9)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ

В лабораторных условиях для этой цели используются методы:

- прямого среза;

- трехосного сжатия;

- сжатия-растяжения;

- испытания в приборе с независимым регулированием трех главных напряжений;

- испытания в приборе "шариковой пробы".

В полевых условиях в основном распространены следующие методы испытаний:

1) сдвиг штампа, прибетонированного к грунту;

2) срез целика, помещенного в обойму и нагруженного сверху нагрузкой;