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

Эндогенные процессы (греч.Endon - внутри + Genes - рождающий, рожденный) - рельефообразующие геологические процессы, связанные с энергией, возникающей в недрах твёрдой земли и обусловленные ее внутренней энергией, силой тяжести и силами, возникающими при вращении Земли. Эндогенные процессы проявляются в виде тектонических движений земной коры, магматизма, метаморфизма горных пород, сейсмической активности. Главными источниками энергии эндогенных процессов являются тепло и перераспределение материала в недрах Земли по плотности (гравитационная дифференциация). Эндогенные процессы играют главную роль при образовании крупных форм рельефа.

Тектоническими движениями называют движения земной коры, вызывающие изменение залегания геологических тел.

Тектонические движения земной коры разделяют на три основных типа:

1. Колебательные движения, выражающиеся  в медленных поднятиях и опусканиях  отдельных участков земной коры  и приводящие к образованию  крупных поднятий и прогибов.

Колебательные движения не изменяют первоначальных условий залегания горных пород, но от них зависит положение границ между сушей и морями, обмеление и усиление размывающей деятельности рек.

Различают следующие виды колебательных движений земной коры:

прошедших геологических периодов

новейшие, связанные с четвертичным периодом;

современные

2. Складчатые движения. Осадочные  породы первоначально залегают  горизонтально или почти горизонтально. Это положение сохраняется даже  при колебательных движениях  земной коры. Складчатые тектонические  движения выводят пласты из  горизонтального положения, придают  им наклон или сминают в  складки. Отсюда возникают складчатые  дислокации.

Все формы складчатых дислокаций образуются без разрыва сплошности слоёв. Основными среди этих дислокаций является: моноклиналь, флексура, антиклиналь и синклиналь.

Моноклиналь – самая простая форма нарушения первоначального залегания пород и выражается в общем наклоне слоёв в одну сторону.

Флексура – коленоподобная складка, образующаяся при смещении одной части толщи пород относительно другой без разрыва сплошности.

Антиклиналь – складка, обращенная своей вершиной вверх.

Синклиналь – складка с вершиной, обращенной вниз.

3. Разрывные движения. В результате  интенсивных тектонических движений  могут происходить разрывы сплошности  слоёв. Разорванные части пластов  смещаются относительно друг  друга. Смещение происходит по  плоскости разрыва, которая проявляется  в виде трещины. Величина амплитуды  смещения бывает разной – от  сантиметров до километров. К  разрывам относят сбросы, взбросы, горсты, грабены, надвиги.

Сброс образуется в результате опускания одной части толщи относительно другой. Если при разрыве происходит поднятие, то образуется взброс.

Грабен возникает, когда участок земной коры опускается между двумя крупными разрывами. Если участок поднимается, то образуется горст.

Надвиг в отличие от предыдущих форм разрывных дислокаций возникает при смещении толщ в горизонтальной или сравнительно наклонной плоскости. В результате надвига молодые отложения могут быть сверху перекрыты породами более древнего возраста.

сдвиг (геол.), смещение одних блоков горных пород относительно других в горизонтальном направлении по разлому, Сдвиг – представляет собой разрывное нарушение, в котором происходит горизонтальное смещение горных пород по простиранию.

Схемы разрывных дислокаций: а – горст, б – сдвиг

 

а б

Сейсмические движения - проявляются в виде упругих колебаний земной коры. Присущи районам геосинклиналей, где активно действуют современные горообразовательные процессы, а также зонам субдукции и обдукции.

Сотрясения сейсмического происхождения происходят почти непрерывно, но только более из 100 тысяч землетрясений к разрушительным последствиям приводят около 100, а только отдельные к катастрофам.

Очаг зарождения сейсмических волн называют гипоцентром. По глубине залегания гипоцентра различают землетрясения: поверхностные: от 1 до 10 км глубины, коровые – 30-50 км и глубокие (плутонические) – от 100-300 до 700 км. От гипоцентра во все стороны расходятся сейсмические волны, по своей природе являющиеся упругими колебаниями. Различают продольные и поперечные сейсмические волны. Продольные волны вызывают растяжение и сжатие пород в направлении их движения. Они распространяются во всех средах – твердых, жидких и газообразных. Поперечные колебания перпендикулярны продольным, распространяются только в твердой среде и вызывают в породах деформации сдвига.

Непосредственно над гипоцентром на поверхности земли располагается эпицентр. На этом участке сотрясение поверхности происходит в первую очередь и с наибольшей силой. На поверхности земли от эпицентра во все стороны расходятся поверхностные волны, по природе они являются волнами тяжести (подобно морским валам).

Тектонические сейсмические явления возникают как на суше, так и на море. В связи с этим различают землетрясения и моретрясения.

Моретрясения возникают в глубоких океанических впадинах Тихого, реже Индийского и Атлантического океанов. Быстрые поднятия и опускания дна океанов вызывают смещения крупных масс горных пород и на поверхности океана порождают пологие волны (цунами). Цунами перемещаются на расстояния в сотни и тысячи километров со скоростью 500-800 и даже 1000 км/ч. По мере уменьшения глубины моря крутизна волн резко возрастает, и они со страшной силой обрушиваются на берега, вызывая разрушения сооружений и гибель людей.

Зависимость силы землетрясения от геоморфологического строения участка, состава и обводнённости пород

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 процессы эрозии, химической суффозии и возможные  защитные мероприятия

Экзогенные процессы – геологические процессы, обусловленные внешними по отношению к Земле источниками энергии (преимущественно солнечное излучение) в сочетании с силой тяжести. Экзогенные процессы протекают на поверхности и в приповерхностной зоне земной коры в форме механического и физико-химического её взаимодействия с гидросферой и атмосферой.

Геологические процессы на земной поверхности подразделяют на: процессы выветривания, деятельность атмосферных осадков, деятельность рек, деятельность моря, деятельность в водохранилищах, озерах, болотах, деятельность ледников, движение горных пород на склонах рельефа местности, суффозионные и карстовые процессы, плывуны, посадочные явления в лессовых породах.

1. Процесс выветривания.

Под процессом выветривания понимают разрушение и изменение состава горных пород, происходящие под воздействием различных агентов, действующих на поверхности земли, среди которых основную роль играют колебания температур, замерзание вод, кислот, щелочей, углекислоты, действие ветра, организмов.

Особенностью процесса выветривания является постепенное и постоянное разрушение верхних слоёв литосферы. В результате этого горные породы и материалы дробятся, изменяют свой химико-минеральный состав.

Воздействие на земную поверхность, на толщи скальных горных пород, процесса выветривания приводит к образованию коры выветривания, которая состоит из видоизменённых выветриванием горных пород и продуктов их разрушения.

По интенсивности воздействия тех или иных агентов выветривания и характеру изменения горных пород принято выделять три вида выветривания: физическое, химическое, биологическое.

Физическое выветривание выражено в механическом дроблении пород без существенного изменения их минерального состава. Породы дробятся в результате колебания температур, замерзания воды, механической силы ветра и ударов давления песчинок, переносимых ветром, кристаллизации солей в капиллярах, давления, которые возникают в процессе роста корней растений и т. д.

Химическое выветривание выражается в разрушении горных пород путём растворения и изменения их состава. Наиболее активными химическими реагентами в этом процессе является вода, кислород, углекислота и органические кислоты.

В породах кроме растворения протекают реакции обмена, замещении, окисления, гидратации и дегидратации. Простейшим видом химического выветривания является растворение в воде.

Биологическое выветривание проявляется в разрушении горных пород в процессе жизнедеятельности живых организмов и растений. Механические разрушения производят растения своей корневой системой, живые организмы, особенно из числа землероев. Растения, животные, микроорганизмы и низшие растения выделяют различные кислоты и соли, которые весьма активно взаимодействуют с горными породами, разрушая их.

Геологическая деятельность ветра. Выражается в разрушении земной поверхности (выдувание, или дефляция, обтачивание, или корразия), перенос продуктов разрушения и отложение (аккумуляция) этих продуктов виде скоплений различной формы.

Выдувание (дефляция) возникает в результате воздействия механической силы ветра. Наиболее ярко этот процесс проявляется в районах, сложенных рыхлыми или мягкими породами. От этих пород отрываются и уносятся частицы.

Корразия Движение ветра часто сопровождается переносом пыли, песка и даже гравия. Ударяясь о твердые породы, они перетирают, сверлят и обтачивают их поверхность. Появляются борозды, желоба, углубления.

Эоловые отложения перенос ветром частиц совершается во взвешенном состоянии (глинистые, пылеватые частицы) или путем перекатывания (песчаные частицы), в зависимости от скорости ветра и размера частиц. При меньшей скорости ветра и других благоприятных условиях происходит отложение переносимого материала (аккумуляция). Так образуется ветровые (эоловые) отложения

Геологическая деятельность атмосферных осадков.

а) Образование наносов. Продукты выветривания пород смываются потоками с возвышенностей на склоны и к их подножию. Со временем в этих местах накапливаются отложения наносов: на склонах и у их подошвы – делювий, в понижениях, примыкающих к склонам, пролювий

б) Образование оврагов. При таянии снегов и дождя на склонах рельефа отдельные струйки образуют временные ручьи. Возникает струйчатая эрозия, что приводит к образованию вытянутых понижений рельефа – оврагов

в) Селевые потоки. Сель представляет собой временные, но бурные грязекаменные потоки, возникающие в горных районах. Сели вызываются дождевыми ливнями или быстрым таянием снегов и ледников в горах. Огромная масса воды устремляется вниз по ущельям, смывая и захватывая по дороге элювий и делювий. В результате водный поток превращается в грязекаменный.

г) Снежные лавины. Это обрушение больших масс снега с крутых гор. На высоких горных хребтах постоянно накапливается снег. Под действием собственной тяжести масса снега, от перегрузки, порыва ветра и даже от звукового колебания воздуха, приходит в движение и обрушивается вниз. Склон протяженностью от 100 до 500 метров и уклоне 30-40о является оптимальным, для формирования лавины

Геологическая деятельность рек. Полноводные реки совершают большую геологическую работу – разрушение горных пород (эрозия), перенос и отложение (аккумуляция) продуктов разрушения. Эрозия осуществляется динамическим воздействием воды на горные породы. Речной поток истирает породы обломками, которые несет вода, да и сами обломки разрушаются и разрушают ложе потока трением при перекатывании. Одновременно вода оказывает на породы растворяющее действие.

Перенос продуктов эрозии осуществляется различными способами: в растворенном виде, во взвешенном состоянии, перекатыванием обломков по дну, сальтацией (подпрыгиванием). До 25-30% всего материала река переносит в растворенном состоянии. Во взвешенном состоянии передвигаются пылевато-глинистые и тонкопесчаные частицы.