Часть П
горные породы
Общие методические указания к лабораторным занятиям по горным породам
Основная цель изучения горных пород - общая оценка их инженерно-геологических особенностей, непосредственно учитывающихся при проектировании строительных сооружений.
Характеристику горных пород и их описание рекомендуется производить в следующей последовательности:
а) окраска горной породы в образце;
б) структура (по относительным и абсолютным размерам минеральных зерен);
в) текстура (по степени однородности, пространственному расположению минералов и т.д.);
г) степень сохранности (выветренности), наличие включений различных примесей, вторичных изменений;
д) для осадочных сцементированных пород отмечается сос тав цемента (кремнистый, железистый, глинистый, песчаный и др.), количество обломочного материала (в грубообломочных породах, размеры обломков и степень их окатанности;
е) по структурно-текстурным признакам и составу устанавливается генетическая группа горной породы (магматическая, глубинная или налившаяся, осадочная, метаморфическая и её название);
з) форма залегания горной породы;
и) практическое применение горной породы;
к) приводится инженерно-геологическая характеристика горной породы, учитывая ее происхождение, состав, структурно-текстурные особенности и используя табл. 5-II.
Данные исследования горных пород необходимо записать в журнал лабораторных занятий по горным породим.
Горные породы - это природные агрегаты минералов более или менее постоянного состава, образующие самостоятельные тела, слагавшие земную кору.
Грунт - любые торные породы и почвы, которые изучаются как многокомпонентные системы с целью познания их в качестве объекта инженерной деятельности человека.
По происхождению горные породы делятся на три группы:
магматические (изверженные), осадочные и метаморфические.
I. МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
Образуются в результате застывания и кристаллизации магмы в глубоких частях земной коры или на поверхности земли. Магматические горные породы, возникшие на глубине, называются интрузивными (глубинными), а образованные на поверхности земли в результате излияния магматических расплавов - эффузивными (излившимися).
Интрузивные породы формируются в условиях высокого давления и медленного остывания магмы при наличии летучих веществ. В этом случае возникают полнокристаллические, зернистые породы. Порядок кристаллизации минералов зависит от их удельного веса, температуры плавления и химической среды расплава.
Эффузивные, (излившиеся) породы образуются в условиях поверхности земли при низких давлениях и температурах. Быстрое застывание магмы (лавы) приводит к возникновению аморфной массы с образованием неполнокристаллических пород с порфировой структурой и часто пористой текстурой. При выделении газообразных веществ в лавах часто образуются пустоты, которые затем могут заполняться другими минералами.
При извержении вулканов происходит образование вулкано-кластических пород (туфов, туфобрекчий, лавовых брекчий, вулканических стекол и др.), накапливающихся или на поверхности земли, или в морских бассейнах.
Среди эффузивных пород различают палеотипные и кайнотипные разновидности. Палеотипные, (более древние) породы характеризуются значительной плотностью, большей степенью выветренности и измененности. Кайнотипные (более молодые) эффузины имеют относительно свежий облик и более светлую окраску.
Условия залегания и форма тел магматических горных пород
Условия залегания определяют пространственное расположение массива горной порода, а также соотношения пород различного генезиса и состава в плане и по глубине, т.е. условия залегания отражают закономерности формирования горных пород.
Из-за различий условий образования интрузивных и эффузивных пород форма залегания их будет различной.
Классификация магматических горных пород
В основу классификации магматических пород положены их химический и минералогический составы и структурно-текстурные особенности. В зависимости от содержания кремнезема ( SiO2) в породах последние подразделяются на пять групп: ультракислые ( > 75%), кислые (65-75%), средние (55-65), основные (45-55%) и ультраосновные ( <45%). Для каждой группы изверженных пород характерны свои определенные соотношения светлых (кварц, полевые шпаты, фельдшпатиды) и темноцветных (биотит, амфиболы, пироксены, оливин) минералов, что в свою очередь предопределяет окраску пород. Кроме этого, глубинные и излившиеся породы одного и того же состава между собой четко разделяются по структуре и текстуре.
Схема классификации магматических горных пород приведена в таблице 5.
Главные типы магматических пород
Ультракислые породы
Имеют незначительное распространение. Содержат >75% SiO2 ихминералояческий состави структурные особенности. Представлены пегматитами и аляскитами. К мер, микрокдиновые граниты имеют сопротивление сжатию более
Аляскиты - полнокристаллические породы светлой окраски, содержащие не более 5 % темноцветных минералов. Структура крупнозернистая. Основными минералами являются кварц и ортоклаз. Аляскиты применяются в керамике и как огнеупорный материал.
Пегматиты слагают обычно жилы и состоят из крупных зерен кварца, полевого шпата и в меньшей степени цветных минералов (обычно мусконита и биотита). Характерно взаимное прорастание зерен кварца и полевого шпата с образованием пегматитовой графической структуры. На полированных плоскостях образца с такой структурой поверхность пегматитов напоминает древнееврейские письмена(отсюда название – “письменный гранит”).
Петатмы используются в керамической промышленности. С ними связаны месторождения редких элементов.
Природа прочности и деформации песчаных грунтов
Зависит от минералогического состава (наличие слюды и глинистых частиц значительно увеличивает сжимаемость песков и ' продолжительность обратимой деформации); структурно-текстурных особенностей (крупные фракции деформируются в большей степени,1 чем мелкие); степени влажности; величины давления; условий деформации (статическая или. динамическая нагрузка);
Классификация метаморфических пород
Метаморфические породы классифицируются по типу метаморфизма (контактовый, региональный), по составу исходных пород и по характерным минеральным ассоциациям, соответствующих фациям метаморфизма (табл. 10).
Таблиц 10
| Схема классификации метаморфических пород | |||
| Первоначальные (исходные) породы | Тип метаморфизма | Метаморфические породы | Минералогический состав |
| I | |||
| Граниты, глинистые породы | Региональный (глубинный) | Гнейсы | Кварц, полевой плат, роговая обманка, слюда |
| Магматические и глинистые породы | Кристаллические сланцы | Слюды, тальк, роговая обманка, хлорит, кварц, графят | |
| Песчаники кварцевые | Кварциты, яшмы | Кварц, полевой штат, следа, гематит | |
| Известняки, доломиты | Мраморы | Кальцит, доломит | |
| Глинистое породы | Филлиты, глинистые сланцы | Каолинит, кварц, слюды |
| Продолжение | таблицы 10 |
| Глинистые породы | Контактовый | Роговики | Кварц, полевой шпат, роговая обманка, биотит |
| Известняки и доломиты | Скарны | Кальцит, роговая обманка, гранаты, рудные минералы | |
| Известняки и доломиты | Мраморы | Кальцит, доломит |
ОСИНШВТАШ МШМОГАИВСЮК ГОРОД
М р а м о р ы - перекристаллизованные известняки и доломиты. Окраска самая разнообразная. Состоят из кальцита, доломита, магнезита, иногда с примесью кварца, полевого плата ж др. Объемная масса 2600-2800 кг/м3. Сопротивление сжатию: среднезернистые мраморы - 1000 кг/см2, доломитизированные мраморы - 2000 кг/см2. крупнозернистые сахаровидные мраморы 500-600 кг/см2.
Мраморы относительно легко выветриваются и растворяются в воде, содержащей углекислоту.
Применяются как строительный и облицовочный материал, используется в архитектурных изделиях и в качестве щебня для бетонов.
К в а р ц и т ы - наиболее прочные и устойчивые метаморфические породы, образованные за счет кварцевых песчаников. Имеют розовую, серую, желтоватую окраску, кристаллическую структуру и состоят из кварца, слюды, хлорита, полевого шпата. Разновидностью являются железистые кварциты (джеспилиты), содержащие, кроме кварца, магнетит и гематит.
Объемная масса 2800-3000 кг/м3. Сопротивление сжатию 1500-2500 кг/см2. Обладают высокой твердостью и кислотостойкостью. Обработке поддаются с трудом, хрупкие. Являются хорошим строительным и облицовочным материалом. Применяются в качестве абразивов и в производстве огнеупоров. Железистые кварциты часто образуют крупные месторождения железных руд.
Гнейс образуется в результате метаморфизма гранитов и песчаников осадочных пород. Структура кристаллическая, текстура сланцеватая (гнейсовидная), полосчатая, обусловленная линейным расположением чешуй слюды и вытянутых зерен роговой обманки. Светлые полосы сложены кварцем и полевыми шпатами.
Объемная масса 2400-2800 кг/см3. Модуль упругой деформации для кварцевого гнейса 800-1000 х I03 кг/см2, а биотитового гнейса - 80-100 х I03 кг/ см2.
При выветривании физико-механические свойства изменяются особенно сильно. Наиболее стойкие к выветриванию кварцевые гнейсы; биотитовые и полевошпатовые гнейсы выветриваются значительно легче.
Применяются как строительный и облицовочный материал, щебень.
Кристаллические и метаморфические сланцы обладают анизотропными свойствами (физико-механические свойства вдоль сланцеватости и перпендикулярно ей различны). Состоят из кварца, слюды, полевого плата и роговой обманки. Характеризуются четко выраженной сланцеватостью, что обуславливает раскалывание этих пород на тонкие листовые плитки, снижает их морозостойкость и способствует быстрому выветриванию, соскальзыванию и оползанию на склонах.
Прочность кристаллических сланцев на сжатие (перпендикулярно сланцеватости) составляет 1200-1600 кг/см2, "зеленых", хлоритовых сланцев - 450-600 кг/см2.
Глинистые сланцы не морозостойки, хотя и устойчивы к химическому выветриванию. При физическом выветривании из обломков этих сланцев формируются на склонах рыхлые осыпи, которые при сильных ливнях образуют селевые потоки.
Сланцеватые метаморфические породы в подавляющем большинстве используются в качестве строительного щебня и бутового камня.
Филлиты (кварцево-слюдистого состава с примесью хлорита глинистых частей) применяются как кровельный материал.
Тальковые сланцы используются для производства огнеупоров, керамики, находят применение в бумажной, резиновой и парфюмерной промышленности. Из слюдных сланцев получают тепло- и электроизоляционные плиты.
Инженерно-геологическая классификация горных пород
В инженерной геологии горные породы сгруппированы по их основным инженерно-геологическим признакам (особенностям). По характеру структурных связей горные породы подразделяются на следующие классы:
I - породы с преобладающей ролью жестких структурных связей (скальные породы);
П - породы глинистые с водно-коллоидными связями;
Ш - породы без внутренней связи (сыпучие или зернистые);
1У - породы, отличающиеся по своим связям особыми свойствами (класс особых пород).
Детализация горных пород в пределах класса осуществляется по принципу их отношения к воде (категории водостойких и водостойких пород). Порода 1-Ш классов подразделяются на группы по происхождению (табл. II).
Породы I класса (скальные) отличаются повышенной прочностью, практически нулевой сжимаемостью и способны держать высокие вертикальные откосы. Практически водонепроницаемы. Их фильтрационная способность и водоносность определяется степенью трещиноватости и наличием всякого рода пустот, каверн и т.д.
Породы П класса (глинистые) по своей прочности зависят
от влажности. Сжимаемость этих пород возрастает по мере ослабления консистенции и в пластичном состоянии оказывается достаточно высокой. Практически водонепроницаемы.
Породы Ш класса (сыпучие, или зернистые) не обладают структурными связями между зернами. Их устойчивость определяется силами внутреннего трения. При статической нагрузке уплотняемость этих пород незначительна, а при динамической - может быть весьма высокой. При водонасыщении пески способны разжижаться и оплывать в откосах.
Породы 1У класса (особые породы) характеризуются специальными свойствами, подлежащими рассмотрению в каждом отдельном случае с учетом работы грунта и типа проектируемых сооружений. К этому классу относятся вечномерзлые породы, мел, лёсс, торф, соленосные грунты и т.п.
Классификация грунтов по СНиП - II-I5-74
1. Грунты скальные - изверженные, метаморфические, осадочные породы с жесткой связью между зернами, залегающие в виде сплошного массива или трещиноватого слоя.
2. Грунты нескальные
1) крупнообломочные - несцементированные грунты, содержащие более 50% по весу частиц размером более 2 мм;
2) песчаные - сыпучие в сухом состоянии, не обладающие свойствами пластичности (Jp<0,001). Содержат менее 50% по весу частиц размерам более 2 мм;
3) глинистые - связные грунты, для которых число пластичности Jp > 0,01.
Песчаные грунты различаются по степени влажности (G)
а) маловлажные G <= 0,5;
б) влажные 0,5<G<=0,8;
в) насыщенные водой G> 0.8
Глинистые грунты разделяются по консистенции (JL) на супеси, суглинки и глины.
Супеси:
твердые (JL <0);
пластичные (0,5<G<=0,8);
текучие (G>0,8);
Суглинки и глины:
твердые (Jl<0);
полутвердые (0<= JL <= 0,25);
тугопластичные (0,25<= JL <= 0,50);
мягкопластичные (0,50<= JL <= 0,75);
текучепластичные (0,75<= JL <= 1);
текучие (JL >1);
JL = (W-Wp)/ (Wl-Wp)= (W-Wp)/Jp