Основные физико-механические свойства горных пород, необходимые для проектирования и строительства. Методы определения абсолютного и отн

Деформационные свойства характеризуют поведение грунтов под нагрузками, не превышающими критические и не приводящие к разрушению. Деформируемость грунтов зависит как от сопротивляемости и податливости структурных связей, пористости, так и от способности деформироваться слагающих их минералов.

Для проведения расчетов по деформациям грунтов используют модуль общей деформации E, измеряется в МПа. Для его определения проводят штамповые и прессиометрические полевые работы, а так лабораторные исследования компрессионные и стабилометрические испытания грунтов.

При определении ориентировочных размеров подошвы слоя по таблицам СНиП 2.02.01-83 находят значение расчетного сопротивления грунтов R0 (кПа)

Для расчета стабилизации осадок зданий и сооружений определяющим показателем будет коэффициент фильтрации kф. Определяется в лабораториях, по таблицам, по опытным откачкам воды для водонасыщенных и наливы для сухих грунтов.

В расчетах по деформациям и по несущей способности грунтов используется плотность грунта p (отношение массы образца к его объему).

Вспомогательные характеристики, отражающие физические свойства дисперсных грунтов

Важными расчетными характеристиками являются коэффициент пористости е, степень влажности Sr и показатель текучести JL. Они характеризуют состояние грунтов. По наименованию грунтов и их коэффициенту пористости определяют плотность сложения песчаных грунтов. Показатель текучести характеризует подвижность глинистых частиц при механических воздействиях на грунт. JL отражает степень заполнения пор грунтовой водой

В лабораторных условиях для определения гранулометрического состава исследуют зерновой и микроагрегатный состав (по ГОСТ 12536-84), природную влажность W, влажность на границе раскатывания (пластичности) для глинистых грунтов Wp, влажность на границе текучести только для пылеватоглинистых грунтов WL (по ГОСТ 5180-84).

Кроме указанных характеристик на свойства грунтов во многих случаях существенное влияние оказывают минеральный и химический составы, структуры и текстуры, для скальных грунтов – трещиноватость, степень выветрелости, для дисперсных – содержание водорастворимых солей, присутствие органического вещества.

Реологические свойства грунтов. При оценке свойств грунтов следует помнить, что эти свойства могут изменяться во времени в силу воздействия процессов выветривания и многолетнего воздействия больших нагрузок. Всё это приводит к «усталости» грунтов. В грунтах возникают процессы деформации в виде ползучести и даже текучести. – этот процесс называется реологическим. В результате грунт разрушается, издание деформируется.

Условия образования и строительные свойства морских грунтовых отложений

К морским отложениям относятся большинство известняков, доломитов, мергелей и кремнистых пород, значительная часть глин и аргиллитов, алевролитов, песчаников, конгломератов, а из полезных ископаемых — многие железные и марганцевые руды, большинство фосфоритов, горючие сланцы и др. Многие метаморфические горные породы (гнейсы, сланцы, мраморы) первоначально накапливались как морские отложения.

В прибрежной зоне морские осадки (обломочные горные породы) формируются как за счет продуктов разрушения берегов, так и за счет продуктов привноса материала ветром и особенно реками. В морях обитают организмы, имеющие твердые скелеты (раковины, панцири), состоящие из CaCO3 или SiO2.nH2O, поставляющие тем самым органические осадки, образующие органические горные породы. Морская вода богата солями, поэтому среди морских отложений большое место занимают отложения химического происхождения.

У берегов моря накапливаются грубообломочная масса (галечники, гравий). За пляжной зоной, на низких берегах формируются береговые валы из гальки, песка, битой ракушки высотой 1-5м, шириной до 10-12м. Валы возникают на расстоянии наибольшего набегания волн на низкие берега.

Между валами и берегом располагаются пляжные отложения – пески илы, гравий, реже галечник.

В зоне шельфа – пески различной крупности. Здесь осаждается основная масса осадков в основном обломочного происхождения.

По мере удаления от берега обломочным накоплениям все более примешиваются органический материал, формируя илы и осадки химического происхождения

На материковом склоне и океанском ложе преобладает глинистый материал. Более всего развиты органогенные осадки.

Строительная оценка пород морского происхождения определяется условиями их образования. Так глубоководные отложения в отличие от мелководных имеют более выдержанный состав, значительную мощность, однородность, однотипные свойства. Отложения шельфов довольно однообразны по напластованию, породы, рожденные у береговой линии изменчивы во всех отношениях.

Древние морские отложения являются надежным основанием под здания и сооружения, но в таких породах могут присутствовать примеси негативного характера, например, пирита и ряда водорастворимых солей. Глубоководные глины часто находятся в переуплотненном состоянии: в крутых откосах в них часто возникают оползни. Всегда надежным основанием служат пески, галечники и другие породы обломочного происхождения. К слабым грунтам по прочности и устойчивости относятся мощные толщи современных прибрежных илов.

4. Перечислите методы определения  абсолютного и относительного  возраста пород. Назовите эры  и периоды геологической истории  Земли. (N1, С3, T2, O1)

Для определения абсолютного возраста породы применяют методы, основанные на использовании процессов радиоактивных превращений, которые происходят в некоторых химических элементах (уран, калий, рубидий и д. р.) входящих в состав этих пород. Например, зная, какое количество свинца образуется из 1 г. урана и, определяя их совместное содержание в данном минерале, можно найти абсолютный возраст минерала и той горной породы, в которой он находится. Это позволяет определять возраст в миллионах лет. По углероду 14С, период полураспада которого 5568 лет, устанавливает возраст более молодых образований. Для оценки возраста геологических объектов огромное значение приобрёл радиоуглеродный метод, основанный на том, что в атмосфере Земли под воздействием космических лучей за счёт обильного азота идёт ядерная реакция 14N + n = 14С + Р; вместе с тем 14С радиоактивен и имеет период полураспада более 5700 лет. В атмосфере установилось равновесие между синтезом и распадом этого изотопа, вследствие чего содержание 14С в воздухе постоянно. Растения и животные при их жизни всё время обмениваются углеродом с атмосферой. Измеряя содержание 14С с помощью высокочувствительной радиометрической аппаратуры, можно установить возраст органических остатков.

Аргоновый метод основан на радиогенном накоплении аргона в калиевых минералах. Стронциевый метод, основанный на радиоактивном распаде 87Rb и превращении его в 87Sr,

Для определения относительного возраста используют два метода: стратиграфический и палеонтологический.

Стратиграфический метод основан на том, что ненарушенный горизонтальный слой толщи парод распределен так, что нижележащие слои породы являются более древними, чем вышележащие. Относительный возраст интрузивных пород и других неслоистых геологических образований определяется по соотношению с толщами слоистых горных пород. Послойное расчленение геологического разреза, т. е. установление последовательности напластования слагающих его пород, составляет стратиграфию данного района. При залегании слоев, в складки, этот метод не используют, т. к. более древние слои могут находиться выше более молодых.

Палеонтологический метод позволяет определить возраст пород исходя из исторического развития жизни на Земле. Остатки вымерших организмов захоронялись в тех осадках, которые накапливались в тот отрезок времени, когда они жили. Сопоставление окаменелостей различных пластов позволило установить процесс необратимого развития органического мира и выделить в геологической истории Земли ряд этапов со свойственным каждому из них комплексом животных и растений. Исходя из этого, сходство флоры и фауны в пластах осадочных пород может свидетельствовать об одновременности образования этих пластов, т. е. об их одновозрастности.

В результате трудов нескольких поколений геологов была установлена общая последовательность накопления слоев земной коры, получившая название стратиграфической шкалы. Верхняя часть её (фанерозой) составлена при помощи палеонтологического метода с большой тщательностью. Для нижележащего отрезка шкалы (докембрий), соответствующего огромной по мощности толще пород, палеонтологический метод имеет ограниченное применение из-за плохой сохранности или отсутствия окаменелостей. Вследствие этого нижняя - докембрийская - часть стратиграфической шкалы расчленена менее детально. По степени метаморфизма горных пород и др. признакам докембрий делится на архей (или археозой) и протерозой. Верхняя - фанерозойская - часть шкалы делится на три группы (или эратемы): палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую. Каждая группа делится на системы (всего в фанерозое 12 систем). Каждая система подразделяется на 2-3 отдела; последние в свою очередь делятся на ярусы и подчинённые им зоны. Как системы, так и многие ярусы могут быть прослежены на всех континентах, но большая часть зон имеет только местное значение. Наикрупнейшим подразделением шкалы, объединяющим несколько групп, служит эонотема (например, палеозойская, мезозойская и кайнозойская группы объединяются в фанерозойскую эонотему, или фанерозой). Стратиграфическая шкала является основой для создания соответствующей ей геохронологической шкалы, которая отражает последовательность отрезков времени, в течение которых формировались те или иные толщи пород. Каждому подразделению стратиграфической шкалы отвечают определённые подразделения геохронологической шкалы. Так, время, в течение которого отложились породы любой из систем, носит название периода. Отделам, ярусам и зонам отвечают промежутки времени, которые называются соответственно эпоха, век, время; группам соответствуют эры. Крупнейшему стратиграфическому подразделению - эонотеме - отвечает хронологический термин - эон. Существуют два эона - докембрийский, или криптозойский, и фанерозойский. Продолжительность более древнего - докембрийского эона составляет около 5/6 всей геологической истории Земли. Каждый из периодов фанерозойского эона, за исключением последнего - антропогенового (четвертичного), охватывает примерно равновеликие интервалы времени. Антропогеновая система, соответствующая времени существования человека, намного короче. Расчленение антропогена проводится, в отличие от других периодов, по фауне наземных млекопитающих, которая эволюционирует гораздо быстрее, чем морская фауна (в составе последней за время антропогена не произошло принципиальных изменений), а также на основе изучения ледниковых отложений, характеризующих эпохи всеобщего похолодания. Некоторые исследователи считают выделение антропогеновых отложений [см. Антропогеновая система (период)] в особую систему неправомочным и рассматривают её как завершающий этап предшествующего неогенового периода.

N1 Эон - Неохрон (фанерозой), кайнозойская эра (KZ), начало неогенового периода (N), Миоцен (N1).

Начало около 25 млн. лет, окончание около 5 млн. лет, длительность около 20 млн. лет

Геологические события и климат: Африка столкнулась с Европой и Азией, образовав Альпы. Индостан врезался в Азию, «выдавив» Гималаи. По мере наползания других материковых плит друг на друга начали формироваться также Скалистые горы и Анды. Ледниковый покров в Южном полушарии распространился на всю Антарктиду, что привело к дальнейшему охлаждению климата;

С3 Палеозойская эра (PZ) Каменноугольный период, Верхнекаменноуг (С3).

Эпоха (отдел) Верхний карбон включает в себя 2 яруса: касимовский (C3k) и гжельский (С3g).

Начало около 360 млн. лет, окончание около 286 млн. лет, длительность около 74 млн. лет

Геологические события и климат: Гондвала и Лавразия постепенно сближались, при этом возникали новые горные цепи. В раннем карбоне на обширных пространствах раскинулись мелкие прибрежные моря и болота, и на большей части суши установился тропический климат. Громадные леса с пышной растительностью существенно повысили содержание кислорода в атмосфере. В дальнейшем похолодало, и на Земле произошло по меньшей мере два крупных оледенения.

T2 Мезозойская эра (MZ) Триасовый  период (Т), Среднетриасовый отдел.

Начало около 248 млн. лет, окончание около 213 млн. лет, длительность около 35 млн. лет

Геологические события и климат: Пангея вновь начала раскалываться на Гондвану и Лавразию, начал образовываться Атлантический океан. Уровень моря по всему миру был очень низок. Климат почти повсеместно теплый, постепенно становился более сухим, и во внутренних областях сформировались обширные пустыни. Мелкие моря и озера постепенно испарялись, из-за чего вода в них стала очень соленой.

O1 - Палеозойская эра (PZ) Ордовикский  период (О) Нижнеордовик

Начало около 500 млн. лет, окончание около 438 млн. лет, длительность около 62 млн. лет

Геологические события и климат: Гондвана по-прежнему находится в Южном полушарии, а остальные материки – в районе экватора. Европа и Северная Америка постепенно отодвигались друг от друга, а океан Япетус расширялся. На протяжении периода массивы суши смещались все дальше к югу. Старые ледниковые покровы кембрия растаяли, и уровень моря повысился. Большая часть суши была сосредоточена в теплых широтах. В конце периода началось новое олединение.

5. Опишите сущность процессов  внутренней динамики Земли (эндогенных  процессов). Приведите схемы нарушений  форм залегания пород (сдвиг, горст). Покажите зависимость силы землетрясения  от геоморфологического строения  участка, состава и обводнённости  пород