Инженерная геология и грунтоведение

Плотность. 
Масса атомов химических элементов меняется от водорода (самый легкий) до урана (самый тяжелый). При прочих равных условиях масса вещества, состоящего из тяжелых атомов, больше, чем у вещества, состоящего из легких атомов. Например, два карбоната – арагонит и церуссит – имеют сходную внутреннюю структуру, но в состав арагонита входят легкие атомы кальция, а в состав церуссита – тяжелые атомы свинца. В результате масса церуссита превышает массу арагонита того же объема. Масса единицы объема минерала зависит также от плотности упаковки атомов. Кальцит, как и арагонит, представляет собой карбонат кальция, но в кальците атомы упакованы менее плотно, потому он имеет меньшую массу единицы объема, чем арагонит. Относительная масса, или плотность, зависит от химического состава и внутренней структуры. Плотность – это отношение массы вещества к массе того же объема воды при 4° С. Так, если масса минерала составляет 4 г, а масса того же объема воды – 1 г, то плотность минерала равна 4. В минералогии принято выражать плотность в г/см³.

Пироэлектричество. Некоторые минералы, например турмалин, каламин и др., при гревании или охлаждении электризуются. Это явление можно блюдать с помощью опыления охлаждающегося минерала смесью порошков серыи сурика. При этом сера покрывает положительно заряженные участки поверхности минерала, а сурик — участки с отрицательным зарядом. 
 
Магнитность –  это свойство некоторых минералов действовать на магнитную стрелку или притягиваться магнитом. Для определения магнитности используют  магнитную стрелку, помещенную на остром штативе, или магнитную подковку, брусок. Очень удобно также пользоваться магнитной иглой или ножом.

вечение. Многие минералы, не светящиеся сами по себе, начинают светиться при некоторых специальных условиях (при нагревании, действии рентгеновскими, ультрафиолетовыми и катодными лучами, при разламывании, царапании и т. д.). 
 
Различают фосфоресценцию, люминесценцию, термолюминесценцию и триболюминесценцию минералов. 
 
Фосфоресценция—способность минерала светиться после воздействия на него теми или другими лучами (виллемит). 
 
Люминесценция — способность светиться в момент облучения (шеелит при облучении ультрафиолетовыми и катодными луча кальцит и др.). 
 
Термолюминесценция — свечение при нагревании (флюорит, апатит). 
 
Триболюминесценция — свечение в момент царапания иглой или раскалывания (слюды, корунд). 
 
Радиоактивность. Многие минералы, содержащие такие элементы как ниобий, тантал, цирконий, редкие земли, уран, торий часто имеют довольно значительную радиоактивность, легко обнаруживаемую даже бытовыми радиометрами, которая может служить важным диагностическим признаком. Для проверки радиоактивности сначала измеряют и записывают величину фона, затем минерал подносят, возможно, ближе к детектору прибора. Увеличение показаний более чем на 10-15% может служить показателем радиоактивности минерала. 
 
Электропроводность. Целый ряд минералов обладает значительной электропроводностью, которая позволяет их однозначно отличить от похожих минералов. Может проверяться обычным бытовым тестером.

16. Генетическая классификация  горных пород.

ОСНОВНЫЕ  ГОРНЫЕ ПОРОДЫ (а. basic rocks; н. basische Gesteine; ф. roches basiques; и. rocas basicas, rocas de basamento) –магматические горные породы, содержащие от 44 до 53% (±2%) кремнезёма. Важнейшие минералы основных горных пород — основные плагиоклазы (лабрадор, битовнит, анортит), пироксены (ромбический и моноклинный), оливин.

Различают плутонические и вулканические  основные горные породы нормального субщелочного и щелочного рядов. К вулканическим основным горным породам нормального ряда относят семейства: пикробазальтов и пикродолеритов (типоморфные минералы — оливин, пижонит, авгит, ортопироксен, плагиоклаз), базальтов и долеритов (плагиоклаз, клинопироксен); к плутоническим основным горным породам нормального ряда — семейства пироксенитов — горнблендитов (орто- и клинопироксен), габброидов (плагиоклаз, орто- и клинопироксен). Для субщелочных вулканических и гипабиссальных основных горных пород, отличающихся повышенным содержанием Na₂О+К₂О, выделены семейства: субщелочных базальтов-трахибазальтов, субщелочных долеритов-трахидолеритов. Щелочные основные горные породы содержат семейства: вулканические — основные фоидиты (фельдшпатоид, клинопироксен, оливин, полевой шпат), щелочные базальтоиды (клинопироксен, оливин, плагиоклаз, щелочной полевой шпат, фельдшпатоид), основные фонолиты (щелочной полевой шпат, фельдшпатоиды, клинопироксен); плутонические — основные фоидолиты — аналоги фоидитов, щелочные габброиды — аналоги базальтоидов, основные фельдшпатоидные сиениты — аналоги фонолитов. 

магматические горные породы — это породы, образовавшиеся непосредственно из магмы (расплавленной массы преимущественносиликатного состава, образованной в глубинных зонах Земли), в результате её поступления в верхние горизонты Земли, охлаждения и застывания. В зависимости от условий застывания различают интрузивные (глубинные) и эффузивные (излившиеся) горные породы.( долерит, гранит )

Осадочные горные породы (ОГП) — горные породы, существующие в термодинамических условиях, характерных для поверхностной частиземной коры, и образующиеся в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, химического имеханического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов или всех трёх процессов одновременно.

Определение не совсем точное и строгое. Так, например, в «осадочные горные породы» не входит большая  группа горных пород, образованная действием  на сульфидные горные породы (называемые «рудами») специфической формы выветривания — окисление, и слагающих так называемые зоны окисления. С другой стороны петрография осадочных пород занимается изучением железистыхкварцитов (джеспилитов), образованных в процессе высоко температурного метаморфизма, или различных туфов, являющихся прерогативой специального раздела геологии Вулканологии. Наконец, петрография осадочных пород изучает так называемые «аллиты» (бокситы), являющиеся продуктами метасоматоза, протекающего при низких Р-Т- параметрах. Кроме того оно не соответствует понятию «определение», существующему в теории познания (гносеологии).

Метаморфические горные породы — горные породы, образованные в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) осадочных и магматических горных пород вследствие изменения физико-химических условий. Благодаря движениям земной коры, осадочные горные породы и магматические горные породы подвергаются воздействию высокой температуры, большого давления и различных газовых иводных растворов, при этом они начинают изменяться.

17.Инженерно-геологическая  классификация грунтов:

Грунт (нем. Grund — основа, почва) — любые горные породы, почвы, осадки, техногенные (антропогенные) образования, представляющие собой многокомпонентные, динамичные системы, являющиеся компонентами геологической среды и объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека.

Различают:

• скальные и полускальные грунты — монолитные грунты с жесткими структурными связями;
• дисперсные грунты — раздельнозернистые грунты без жестких структурных связей: связные — глинистые, и несвязные — песчаные и крупнообломочные.

Грунты  могут быть использованы в качестве оснований зданий и различных инженерных сооружений, материала для сооружений (дорог, насыпей, плотин), среды для размещения подземных сооружений (тоннелей, трубопроводов, хранилищ) и др.

Структурно-неустойчивыми называют такие грунты, которые обладают способностью изменять свои структурные свойства под влиянием внешних воздействий с развитием значительных осадок, протекающих, как правило, с большой скоростью. К основным воздействиям относятся увлажнение грунтов, промерзание и оттаивание, суффозия и выветривание, внешние нагрузки, перемятие грунтов и др.

Такое название они получили потому, что при определенных условиях их природная структура  сравнительно резко нарушается. К структурно-неустойчивым относятся следующие грунты:

• лессовые, структура которых нарушается при замачивании их под нагрузкой;
• набухающие, которые при увлажнении способны существенно увеличиваться в объеме даже под нагрузкой;
• засоленные, песчано-глинистые отложения, в которых накопление солей произошло в процессе их формирования
• сильносжимаемые грунты, деформационные и прочностные свойства которых резко изменяются при нарушении их природной структуры;
• торфы и заторфованные грунты, обладающие очень большой сжимаемостью и малой прочностью;
• мерзлые и вечномерзлые, структура которых нарушается при оттаивании.

18. Что изучает гидрогеолгия

Гидрогеоло́гия (от др.-греч. ὕδωρ «водность» + геология) — наука, изучающая происхождение, условия залегания, состав и закономерности движений подземных вод. Также изучается взаимодействие подземных вод с горными породами, поверхностными водами и атмосферой.

19. Теория происхождения подземных вод:

1. Инфильтрационная теория  зародилась в древние времена  и в общем виде была высказана  еще в сочинении римлянина  Марка Виртрувия Поллия «До Архитектура». Окончательно она оформилась благодаря трудам французского физика Мариотта в 1717 г. Основные положения Мариотта, вытекавшие из наблюдений, сводились к следующему: подземные воды происходят из атмосферных осадков, которые по мельчайшим канальцам горных пород проникают в землю, где и скапливаются, что происходит не в равнинах, а в горных местах и особенно легко в том случае, когда в породах много трещин; вода, проникая вглубь и встречая водонепроницаемые пласты, накапливается и, местами вытекая на поверхность, дает начало источникам.

2. Конденсационная теория  была выдвинута в 1877 г. немецким  инженером Фольгером, считавшим, что подземные воды образуются благодаря сгущению в почве на некоторой глубине от поверхности водяных паров атмосферы. В дальнейшем эта теория встретила большие возражения со стороны ряда исследователей. Например, русский агрофизик А. Ф. Лебедев в результате тщательно поставленных им опытов в период 1907 — 1917 гг. разоблачил теорию Фольгера как чисто умозрительное заключение. Он установил, что конденсация водяных паров атмосферы в почве может происходить вследствие перемещения парообразной влаги от мест с более высокой температурой и более высоким давлением пара в места с более низкой температурой и более низким давлением пара; это явление возможно в течение всего года. А. Ф. Лебедев выделил также различные виды воды в почвах и горных породах. В дальнейшем идеи А. Ф. Лебедева подвергались разработке и уточнению; в них были внесены некоторые поправки, но предложенная А. Ф. Лебедевым схема различных видов воды в горных породах принципиального изменения не претерпела.

3. Ювенильная теория выдвинута в 1902 г. венским геологом Э. Зюссом, который привел ряд доказательств о связи некоторых минеральных вод с расплавленной вязкой магмой, в изобилии пропитанной различными газообразными продуктами. Из расплавленной магмы эти продукты начинают выделяться, и попадая в области с более низкими температурами, конденсируются, образуя ювенильные (т. е. девственные) воды, которые в виде источников выходят на земную поверхность. В отличие от них воды атмосферного происхождения Э. Зюсс назвал вадозными (от латинского слова Vadere — блуждать), т. е. участвующими в общем круговороте влаги на земле.

Теория Формирования Подземных Вод Ювенильная (Магматогенная) — объясняющая происхождение подземных вод путем образования их кислорода и водорода или паров воды, выделившихся магмы.

20. Водные свойства грунтов:

ВЛАГОЕМКОСТЬ ГРУНТОВ

способность грунтов вмещать  в порах и удерживать на поверхности  частиц то или иное количество воды. Численно величина влагоемкости выражается влажностью в долях единицы или в процентах от веса абсолютно сухого грунта. Различают влагоемкость следующих видов (см.): 1) гигроскопическую (или влажность) (Wh); 2) максимальную молекулярную (W_m); 3) капиллярную (W_ti); 4) полную (Wf).

Водопроницаемостью грунтов называют способность их пропускать сквозь себя воду.Вода в порах грунтов может передвигаться под влиянием ряда причин: силы тяжести; внешнего давления; капиллярных сил; адсорбционных сил, развивающихся на поверхности раздела твердых частиц и воды; промерзания породы; давления газов и др. При инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях чаще всего практический интерес представляет передвижение воды под влиянием силы тяжести.Численно водопроницаемость характеризуется так называемым коэффициентом фильтрации k .Воэффициент фильтрации представляет собой скорость фильтрации при напорном градиенте, равном единице:v=kl. Выражают коэффициент фильтрации обычно в см/сек или чаще в м/сутки.

Водоотдача — это способность водонасыщенных песков отдавать гравитационную воду путем свободного вытекания из грунта. В качестве наиболее общего показателя водоотдачи служит коэффициент водоотдачи, представляющий собой отношение объема воды, вытекающей под действием силы тяжести из некоторого объема грунта, ко всему этому объему.

21. Виды воды в грунтах:

Парообразная

Водяной пар является одной  из составных частей грунтовой атмосферы. Количество водяного пара в приземном  слое воздуха весьма изменчиво и  обычно колеблется от десятых долей  до нескольких процентов. Содержание пара в грунтовой атмосфере несколько  выше. Однако общее количество водяного пара в грунте не превышает 0,001% от всего веса грунта. Несмотря на это, вода в форме пара играет большую роль в процессах, протекающих в грунтах, так как она, во-первых, является единственной формой воды, которая способна передвигаться в грунте при незначительной его влажности, и, во-вторых, потому, что путем конденсации пара на поверхности грунтовых частиц образуются другие виды воды.

Связанная вода:

По своим свойствам  связанная вода отличается от свободной. Изучение свойств связанной воды в целом показывает, что ее плотность, теплоемкость, температура замерзания и другие свойства меняются с увеличением содержания в грунте общего количества связанной воды. Средняя плотность всей связанной воды находится в пределе 1,2—1,4 г/см³.