Инженерная геология – определение предмета, его цели, задачи, структура. Где, когда и почему зародился предмет.

1 «Инженерная геология» – определение предмета, его цели, задачи, структура. Где, когда и почему зародился предмет.

ИГ – отрасль г, которая изучает геологические процессы верхних горизонтов земной коры и физико – механические свойства горных пород в связи с инженерно – строительной деятельностью человека. Рассматривает состав, структуру, текстуру и свойства горных пород как грунтов; разрабатывает прогнозы тех процессов и явлений, которые возникают при взаимодействии сооружений с природной обстановкой, и пути возможного воздействия на процессы с целью устранения их вредного влияния.

ИГ: а) инж. петрология – наука о скальных горных породах, их минералогическом и химическом составе, структуре, происхождении и свойствах; б)Грунтоведение – отрасль ИГ , изучающая происхождение , состав, строение и свойства грунтов( нескальных (мягких) горных пород); в) инж. геодинамика – учение о геологических процессах, влияющих на устойчивость зданий, сооружений и территорий( изучает обвалы, оползни, заболачивания, выветривания и др. процессы); г) Специальная ИГ – изучает условия строительства инженерных сооружений( ИГ строительства ж/д, ИГ платин, ИГ портовых сооружений, ИГ аэропортов, ИГ космодромов); д) региональная ИГ – учение о закономерностях пространственного распространения И-Г условий.

Задачи: 1)Инженерно-геологическое изучение горных пород; 2) изучение опасных геологических процессов (ОГП); 3) Совершенствование полевых методов и-г исследований; 4)разработка мероприятий по защите территорий от ОГП; 5) Оценка и прогноз изменения ИГ условий во времени из-за действия климата, процессов внешней и внутренней динамики Земли. Это необходимо для: разработки рациональных ,экономичных и надежных конструкций сооружений( фундаментов опор мостов, зданий, насыпей, их оснований, выемок транспортных сооружений, тоннелей и любых других сооружений); безопасного и рационального освоения территорий.

Инженерная геология зародилась первый этап истории инженерной геологии начинается с 20-х годов ХХ века с возникновения грунтоведения и механики грунтов. В 1923 г. в Петрограде было создано Дорожно-исследовательское бюро, в котором под руководством Н.И.Прохорова, П.А.Земятченского и Н.И.Иванова началось исследование почв и осадочных пород для дорожного строительства. Возникло "дорожное грунтоведение. В 1930-е годы вышли первые учебники по грунтоведению. Одновременно с грунтоведением возникла и механика грунтов. Практически в это же время возникло и другое научное направление, связанное с изучением влияния геологических процессов на возводимые инженерные сооружения, получившее тогда название "инженерная геология". Это направление в СССР развивалось в связи с гидротехническим строительством. Его основоположниками были Ф.П.Саваренский, Г.Н.Каменский, Н.Ф.Погребов, И.В.Попов. Первая кафедра инженерной геологии была открыта в 1929 г. в Ленинградском горном институте, а в 1932 г. - в Московском геологоразведочном институте (МИСИ).

Строение Земли и Земной коры. Размеры Земли. Ядро, мантия, земная кора. Их размеры и строение.

Строение Земли и поверхность Земли таковы, что её форма близка к вытянутому эллипсоиду — это шарообразная форма с утолщениями на экваторе — и… Рельеф и поверхность Земли очень разнообразен. Примерно 70,8 % поверхности… С течением времени строение Земли, а в особенности её поверхность, постепенно меняются. Рельеф тектонических плит и…

Круговорот минерального вещества на планете. Характеристика магматических, метаморфических и осадочных горных пород.

Метаморфические горные породы — горные породы, образованные в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) осадочных и магматических… Минеральный состав метаморфических пород также разнообразен, они могут… Физико — химические условия образования метаморфических пород, определённые методами геобаротермометрии весьма…

Магматические горные породы, условия образования, классификация. Структура, текстура. Описание характерных (из лотка).

Магматические горные породы — это породы, образовавшиеся непосредственно из магмы (расплавленной массы преимущественно силикатного 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) иэффузивные (излившиеся) горные породы. Магматические горные породы (интрузивные и эффузивные) классифицируются в зависимости от размера кристаллов, текстуры, химического состава или происхождения. Состоят преимущественно из оксида кремния и по его содержанию делятся на пять групп: ультракислые(больше 70% SiO ₂), кислые (65-70%), средние (52-65%), основные (45-52%) и ультраосновные (до 45%). Интрузивные породы образуются за счёт полной раскристаллизации магматического расплава. Образуются глубоко в недрах Земли (от 5 до 40 км) в течение большого времени, при относительно постоянных температуре и давлении. Наиболее распространённые интрузивные породы - это граниты, диориты, габбро,сиениты. Эффузивные породы образуются за счёт излияния вулканических лав на поверхность Земли, или в её недрах в приповерхностных условиях (до 5 км). Наиболее распространённые эффузивные породы - это базальты, диабазы, андезиты, андезито-базальты, риолиты, дациты, трахиты. По степени вторичных изменений интрузивные породы делятся на кайнотипные, «молодые», неизменённые, и палеотипные, «древние», в той или иной степени изменённые и перекристаллизованные главным образом под влиянием времени. К эффузивным породам относятся также вулканогенно-обломочные породы, образующиеся при извержениях вулканов и состоящие из различных обломков пирокластитов (туф, вулканические брекчии). Такие породы называются пирокластическими. В основе химической классификации лежит процентное содержание кремнезёма (SiO₂) в породе. По этому показателю выделяют ультракислые, кислые, средние,основные и ультраосновные породы, о чём подробно рассказывается при описании химического состава магматических горных пород. Чем больше SiO₂ в породе, тем она светлее. Формы залегания интрузивных пород : Вне­дрение магмы в различные горные породы, слагающие земную кору, приводит к образованию интрузивных тел (интрузивы, интрузивные массивы, плутоны). В зависимости от того, как взаимодействуют интрузивные тела с вмещающими их горными породами выделяют: Согласные (конкордантные) интрузивные тела, внедрявшиеся между слоями вмещающих пород (форма таких тел зависит от складчатой струк­туры вмещающей толщи). Несогласные (дискордантные), то есть те, что прорывают и пересекают слоистые вмещаю­щие толщи и имеют форму, не зависящую от структуры послед­ней. Среди согласных выделяют: лакколиты, лополиты, факолиты, этмолиты, бисмалиты, силлы; Среди несогласных: батолиты, штоки, дайки, апофизы, хонолиты. Формы залегания эффузивных пород : Эффузивный магматизм сопровождается излиянием лавы на земную поверхность. Однако нередко извержения вулканов носят взрывной характер, при котором магма не изливается, а взрывается и на земную поверхность выпадают тонкораздробленные кристаллы и застывшие капельки стекла — расплава. Подобные извержения называются эксплозивными (лат. «эксплозио» — взрывать) . Излившаяся на поверхность магма образует различные эффузивные тела, среди которых выделяются: лавовый по­кров, лавовый поток, некк (жерловина), вулканический (экстру­зивный) купол (пик, игла) и диатрема (трубка взрыва), вулканический конус, стратовулкан, щитовидный вул­кан. По типу извержений выделяют трещинные, или линейные, и центральные извержения, что также находит отражение в форме тел. По выражению в рельефе формы залегания эффузивных пород могут быть как положи­тельными (покровы, потоки, жерловины, вулканические купола, диатремы,вулканические конусы, стратовулканы, щитовидные вул­каны), так и отрицательными (кратеры, маары, лавовые колодцы, кальдеры). Структура – совокупность признаков горной породы, обусловленная степенью кристалличности, размерами и формой кристаллов, способом их сочетания между собой и со стеклом, а также внешними особенностями отдельных минеральных зёрен и их агрегатов. Отдельными структурными элементами породы являются кристаллы или зерна округлой, призматической и других форм, микролиты, кристаллиты, стекла. По степени кристалличности структура магматических пород может быть:Полнокристаллической (в породе нет стекла, порода состоит из одних кристаллов);Неполнокристаллической (имеются в породе кристаллы, вкрапления и стекло);Стекловатой (преобладают в породе стекло). По размеру зерен различают следующие структуры: Гигантозернистая (диаметр зерен более 20 мм); Крупнозернистая (с зернами кристаллов от 5 до 20 мм); Среднезернистая (с зернами от 1 до 5 мм);Мелкозернистая (диаметр зерен < 1 мм) макроскопически различима;Афанитовая (зерна видны только под микроскопом). По расположению зерен минералов в породе структуры могут быть как равномернозернистыми (зерна минералов близки по размерам), так и неравномернозернистыми (зерна отличаются по размерам). Примером неравномернозернистой является порфировая структура. По расположению зерен минералов выделяют еще пегматитовую структуру, когда зерна одного минерала содержат закономерные вростки другого минерала.

Метаморфические горные породы, условия образования (виды метаморфизма), классификация. Структура, текстура. Описание характерных (из лотка).

Метаморфические горные породы — Возникли из пород магматических или осадочных путем их изменения под воздействием высоких давлений и температурой, газовых компонентов, т.е. процессов метаморфизма.

Метафорфизм это процесс преобразования исходных горных пород под действием высокого давления , температуры и химически активных и весьма подвижных веществ(газов растворов)

В зависимости от преобладания тех или иных факторов ,вызывающих изменения в горных породах ,различают следующие типы метаморфизма:

1)котактовый – непосредственно связан с внедрением магмы в земную кору. Вмещающие породы ,подвергаясь воздействию высокой температуры ,газообразных компонентов и горячих растворов ,претерпевают ряд изменений. Контактовый метаморфизм обычно приурочен к сравнительно узкой зоне непосредственного соприкосновения интрузивных тел с вмещающими породами. При контактовом метаморфизме из известняков образуются новые породы –скарны, а из глин –роговики

2) региональный метаморфизм- метаморфизм, проявляющийся на небольших глубинах и огромных площадях. особенно интенсивно он начинает проявляться с глубины 6-8 км. Зону земной коры , где происходит метаморфический процесс, называют поясом метаморфизма. В этом поясе метаморфизма, в зависимости от действующих температур и давлений, выделяют следующие зоны:

-Верхняя(эпизона)-ей соответствует начальная степень метаморфизма. изменение исходных пород слабое, структура их может сохраниться. Для этой зоны характерны такие породы как филлиты, тальковые и хлоритовые сланцы.

-Средняя(мезозона)- характеризуется более высокой температурой ,односторонним давлением ,породы имеют сланцеватый облик. Здесь развиты слюдяные сланцы, кварциты, мраморы.

--нижняя(катазона)- представляет собой зону наиболее интенсивных давлений и высоких температур. Здесь образуются горные породы , отличающиеся обычно отсутствием сланцеватости. Типичной породой этой зоны является гнейс

3) Динамометаморфизм – связан с тектоническими движениями земной коры . При динамометаморфизме старые структуры разрешатся, возникают новые с отчетливо выраженной ориентировкой минералов.Хрупкие минералы раздробляются ,истираются,пластичные минералы деформируются. Внешним выражением проявления динамометаморфизма служит сланцеватость : порода приобретает способность раскалываться на тонкие плитки ,что вызвано появлением в породе либо очень мелких ,однообразно ориентированных трещин ,либо определенной ориентировкой минеральных зерен. Динамометаморфизм может проявляться не только в сланцеватости ,но также и в дроблении породы ,в разрушении минералов.Такой тип изменения получил название катокластического динамометаморфизма. При сильном дроблении порода превращается в брекчию с угловатыми обломками . При ещё более знакчительном измельчении породы и сильном истирании частиц образуются рассланцованные породы ,называемые милонитами.

Главные отличия метаморфических пород от магматических и осадочных заключаются в их минеральном составе, структурных и текстурных особенностях.

Текстура пород, как пространственная характеристика свойств породы, отражает способ заполнения пространства.

Сланцевая: большое распространение в метаморфических породах получили листоватые, чешуйчатые и пластинчатые минералы, что связано с их приспособлением к кристаллизации в условиях высоких давлений. Это выражается в сланцеватости горных пород, которая характеризуется тем, что породы распадаются на тонкие плитки и пластинки.

Полосчатая — чередование различных по минеральному составу полос (например, у циполина), образующихся при наследовании текстур осадочных пород.

Пятнистая — наличие в породе пятен, отличающихся по цвету, составу, устойчивости к выветриванию.

Массивная — отсутствие ориентировки породообразующих минералов.

Плойчатая — когда под влиянием давления порода собрана в мелкие складки.

Миндалекаменная — представленная более или менее округлыми или овальными агрегатами среди сланцеватой массы породы.

Катакластическая — отличающаяся раздроблением и деформацией минералов.

Структуры метаморфических пород

Понятие «структура» не имеет строгого определения и носит интуитивный характер. Согласно практике геологических исследований «структура» больше характеризует размерные (крупно-, средне- или мелкообломочные) параметры слагающих породу зёрен.

Структуры метаморфических пород возникают в процессе перекристаллизации в твёрдом состоянии, или кристаллобластеза. Такие структуры называют кристаллобластовыми. По форме зёрен различают текстуры ^[1]:

гранобластовая (агрегат изометрических зёрен);

лепидобластовая (агрегат листоватых или чешуйчатых кристаллов);

нематобластовая (агрегат игольчатых или длиннопризматических кристаллов);

фибробластовая (агрегат волокнистых кристаллов).

По относительным размерам:

гомеобластовая (агрегат зёрен одинакового размера);

гетеробластовая (агрегат зёрен разных размеров);

порфиробластовая;

пойкилобластовая (наличие мелких вростков минералов в основной ткани породы);

ситовидная (обилие мелких вростков одного минерала в крупных кристаллах другого минерала).

Инженерно-геологическая характеристика скальных горных пород как оснований сооружений и строительных материалов. Применение в строительстве.

группа горных пород с кристаллизационными структурными связями, в которую входят изверженные и метаморфические породы, осадочные сцементированные…

Процесс образования осадочных горных пород, степень выветренности горных пород

Осадочные горные породы образуются в результате отложения и переотложения продуктов разрушения магматических, метаморфических и осадочных пород на… Осадочные породы подразделяются на 3 группы: 1)обломочные

Осадочные горные породы, условия образования, классификация. Структура, текстура. Описание характерных (из лотка).

Осадочные горные породы происходят в результате разрушения материнских пород и дальнейшего перерождения, изменения этого осадка.

Породы образованные лишь в результате физического выветривания, т.е. из обломков и частиц, прежде существовавших пород, называют обломочными осадочными горными породами. Химические(хемогенные) осадочные горные породы образовались вследствие преобладающего химического выветривания. Глинистые породы, образованные при физическом и химическом выветривании. Осадочные породы, значительная часть которых состоит из остатков растений и скелетов или раковин организмов называются органическими(органогенными). Самостоятельной разновидностью пород являются пирокластические(вулканогенно-осадочные), состоящие из обломков эффузивных пород, вулканического пепла.

Классификация осадочных горных:

Обломочные:

-Сцементированные (Песчаник, конгломерат, брекчия)

-Несцементированные(Валуны(d>200мм), Галечники(d=10-200мм), Гравий(d=2-10мм), Песок (d=0,5-2мм), Пыль(d=0,05-0,005мм), Глинистые частицы(d<0,005мм)

2) Глинистые:

-Мягкие связные: глины(>30%), Суглинки(10-30%), супеси(3-10%), %-содержание глинистых частиц.

-Скальные: Алевролиты – 50% частиц, d=0,01-0,1;

3) Химические: Известняк, Доломит, Гипс, Каменная соль

4) Органические: Известняк, Мел, Торф, Уголь.

Структурой осадочных пород называют их строение, определяемое величиной, формой и характером поверхности частиц или их агрегатов, слагающих породу, их взаимным расположением и соотношением, наличием и характером связей между ними. Она различна и зависит от происхождения.

Структура обломочных и глинистых пород:

- Грубообломочная:d>100мм (Камни и валуны),d=100-40мм (Галька(щебень)),d=40-2мм (Гравий (дресва)

- Песчаная: d = 2-0,05мм (Песок)

- Пылеватая: d = 0,05 – 0,005мм (Пыль)

- Глинистая: d < 0,005мм (Глина)

Структура химических пород:

- Грубозернистая: d >1мм Зёрна представляют крупные кристаллы

- Крупнозернистая: d = 1-0,5мм Зёрна на глаз хорошо видны

- Среднезернистая: d = 0,5-1мм Зёрна на глаз плохо видны

- Мелкозернистая: d <0,1 мм Зёрна на глаз незаметны

- Разнозернистая: d – Разные, Неоднородный состав

Текстурой осадочных горных пород называют совокупность признаков строения, определяемое ориентировкой и относительным расположением составных частей породы. Независимо от их происхождения она может быть:

- неоднородной, когда частицы располагаются безо всякого порядка и ориентировки,

- микрослойной и плойчатой, когда частицы расположены ориентированно, тонкими слойками,

- флюидальной (перемятой), возникающей в результате движущихся, например оползневых масс.

Помимо указанных текстур у осадочных пород встречается ещё пористая, характеризующаяся наличием в породе пор и пустот различного размера.

Классификация обломочных и глинистых пород (по гранулометрическому составу). Описание характерных (из лотка).

Наименование и размер частиц	Наименование несцементированных пород	Наименование сцементированных пород
Валуны(глыбы): Крупнее 800 Средние 800-400 Мелкие 400-200	Валунные(глыбовые): доля фракций крупнее 200мм составляет >50%	Конгломераты валунные, брекчии глыбовые
Галька(щебень): Крупная 200-60 Средняя 60-40 Гравий 40-10	Галечниковые – доля фракций крупнее 10мм составляет >50%	Конгломерат крупногалечный, брекчия крупнощебниская Конгломерат среднегалечный, брекчия среднещебнистая Конгломерат мелкогалечный, брекчия мелкощебнистая
Гравий(дресва): Крупные 10-4 Мелкие 4-2	Гравийные(дресвяные) – доля фракций крупнее 2мм составляет >50%	Гравелит
Песок: Грубый 2-1 Крупный1-0,5 Средний 0,5-0,25 Мелкий 0,25-0,1 Тонкий 0,1-0,05	Песок гравелистый – доля частиц крупнее 2мм составляет 25% Песок крупный – доля частиц крупнее 0,5мм составляет 50% Песок средний – доля частиц крупнее 0,25мм составляет 50% Песок мелкий – доля частиц крупнее 0,1мм составляет 75% Песок пылеватый – доля частиц крупнее 0,05мм составляет 75%	Песчаник грубозернистый Песчаник крупнозернистый Песчаник среднезернистый Песчаник мелкозернистый Песчаник тонкозернистый
Пыль: Крупная 0,05-0,02 Мелкая 0,02-0,005	Супесь(песок глинистый)	Алевролит
Глина(пелит) <0,005	Глина суглинок(глина песчанистая)	Аргиллит

Классификация химических и органических горных пород. Описание характерных (из лотка).

1) Карбонатные: Химические(известняк, доломит, мергель), Органические(известняк, органогенный)

2) Кремнистые: Хим.(Яшма), Орг.(диатомит, трепея, опока)

3) Галоидные и серно-кислые: Хим.(Гипс, ангидрит, каменная соль, сильвинит)

4) Глиноземные: Хим.(Латерит, боксит)

5) Фосфатные: Хим.(Фосфарит, фосфорит глиноподобный, фосфорит известкоподобный

6) Железистые: Хим.(Окисные руды, карбонатные и силикатные железистые руды)

7) Каустобиолиты: Органические(Горючий сланец, бурый и каменные угли)

8) Особые: Химические(почва, ил, торф, сапропели)

Инженерно-геологическая характеристика нескальных горных пород как оснований сооружений и строительных материалов. Применение в строительстве.

Применение в строительстве: как щебень , как строительный и облицовочный камень, для раствора штукатурки, теплоизоляционный камень, в качестве… 17. Предмет гидрогеология. Положительные и отрицательные факторы воздействия… Гидрогеология- наука, изучающая происхождение, условия залегания, состав и закономерности движений подземных вод.…

Распределение воды на Земле. Круговорот воды на планете. Ежегодный баланс воды над Землей.

Атмосфера 0.013млн Подземные воды 60-100млн Почвенные воды 50- 90млн

Виды воды в горных породах (парообразная, гигроскопическая, пленочная, капиллярная и т.д.). Зависимость величины удельной поверхности минеральных частиц от их размеров

1. Вода в форме пара. Этот вид воды присутствует в воздухе, заполняющем трещины и пустоты между частицами породы.

2. Вода в форме льда. Лёд в почвах и породах может присутствовать как в виде отдельных кристаллов, так и в форме скоплений льда (линз, прослоев). Наиболее широко эта форма нахождения воды распространена в области развития многолетней мерзлоты.

3. Кристаллизационная и конституционная вода. Эти виды вод являются составными частями минералов, входя в их состав в виде молекул или (OH)- -групп, то есть находятся в химически связанном состоянии.

3.1. Кристаллизационная вода. Этот вид воды входит в состав минералов в виде молекул H2O в постоянном для каждого минерала количестве (например, гипс – CaSO4.2H2O, мирабилит – Na2SO4.10H2O).

3.2. Цеолитная вода. Цеолитная вода входит в состав минералов в виде молекул Н2О, число которых в составе минерала непостоянно и может меняться в широких пределах без нарушения физической однородности минерала. Этот вид воды характерен для минералов группы цеолитов, относящихся к каркасным алюмосиликатам. Их особенностью является наличие больших полостей (занимающих до 50% объема) в структуре каркаса, вмещающих катионы Ca2+, Na+, K+ и молекулы воды. В зависимости от условий (температуры, влажности) количество молекул воды в составе минерала изменяется. Цеолитная вода часто рассматривается как разновидность кристаллизационной.

3.3. Конституционная вода. Присутствует в минералах не в молекулярной форме, а в форме гидроксильной группы (OH)-, занимающей определенную позицию в кристаллической решетке минерала. Этот вид воды может быть выделен только с полным разрушением структуры минерала.

4. Физически связанная вода. Этот вид воды присутствует на поверхности частиц. Разделяется на две разновидности.

4.1. Прочносвязанная (гигроскопическая). Образуется при адсорбции частицами молекул воды из паров. Гигроскопическая вода окутывает поверхность частиц сплошной или прерывистой плёночкой и очень прочно удерживаемой на них (под давлением до 10000 атм).

4.2. Слабосвязанная (пленочная). Располагается поверх прочносвязанной, образуя на поверхности частиц «вторую плёнку». Сила связи между собственно пленочной водой и гигроскопической водой, окутывающей частицы пород, относительно слабая. В силу этого пленочная вода находится в жидком состоянии (обладая при этом повышенной вязкостью) и способна медленно передвигаться от частиц с большей толщиной плёнок к частицам с меньшей толщиной плёнок. Этот вид вод широко распространен в почвах. В породах наибольшее содержание физически связанной воды отмечается в глинах (наиболее тонкодисперсных породах).

Гигроскопическая, плёночная и гравитационная вода(рис)

а - частицы с неполной гигроскопичностью; б - частицы с полной гигроскопичностью; в, г - частицы с плёночной водой (вода движется от частицы с г к частице в); д - частицы с гравитационной водой

5. Свободная вода.

5.1. Капиллярная вода. Капиллярная вода располагается в тонких трещинах и порах пород и удерживается в них силами поверхностного натяжения.

5.2. Гравитационная вода. К этому виду относятся воды, перемещающиеся (фильтрующиеся) под действием силы тяжести и напорного градиента в толще пород по сообщающимся порам и трещинам. Образование гравитационных вод происходит при насыщении всех пор и трещин породы водой.

Классификация подземных вод по происхождению. Другие классификации (гидравлическим признакам, солености, минерализации и др.).

В зависимости от происхождения выделяются подземные воды нескольких типов: 1) инфильтрационные, 2) конденсационные, 3) седиментогенные, 4) «ювенильные» (или магмогенные).

Инфильтрационные подземные воды образуются в результате просачивания (инфильтрации) в глубину атмосферных осадков, выпадающих па земную поверхность. Как известно, на земном шаре происходит непрерывный влагооборот, в котором принимают участие атмосферные, поверхностные и подземные воды. Вода океанов, морен, рек под влиянием солнечного тепла испаряется и насыщает парами воздух. Воздушные массы, непрерывно перемещаясь, переносят пары в пределы суши, где они при благоприятных условиях сгущаются и выпадают па поверхность Земли в виде атмосферных осадков. Здесь они расходятся по трем путям: одна часть стекает по склонам в ручьи и реки, которые несут свои воды в моря и океаны; вторая испаряется с поверхности Земли и третья просачивается в глубину, где и происходит накопление подземных вод. Последние в свою очередь движутся по направлению к рекам и морям. Одним из доказательств именно такого происхождения подземных вод (инфильтрации) может служить качественное и количественное изменение воды в колодцах во время дождливой погоды. Есть основание полагать, что инфильтрация — основной источник пополнения запасов подземных вод.

Конденсационные подземные воды. В некоторых климатических зонах, например в пустынях, наблюдаются явления, которые трудно объяснить инфильтрационной теорией происхождения подземных вод. При малом количестве атмосферных осадков с крайне неравномерным их распределением во времени (по нескольку месяцев совсем не бывает дождя) и при огромном испаряемости в пустынях пег условий для пополнения подземных вод путем инфильтрации. Между тем на некоторой глубине от поверхности повсеместно в пустынях обнаруживается слой влажных пород пли скопление подземной воды. Накоплением влаги в почве конденсационным путем можно объяснить то явление, что во многих случаях, несмотря на отсутствие дождей в течение длительного периода, посевы не гибнут. В это время почва с поверхности сильно иссушается, но растения получают влагу, накопившуюся конденсационным путем в более глубоких горизонтах, что и способствует сохранению их. Конденсация протекает и в других климатических зонах — умеренных и влажных, но- в смысле пополнения запасов подземных вод она имеет подчиненное значение в сравнении с инфильтрацией атмосферных осадков. Наряду с конденсацией водяных паров Л. Ф. Лебедев всегда отводил большую роль и процессам инфильтрации.

Седиментогенные подземные воды (лат. scdimen-tum — осадок). Это воды морского генезиса, образовавшиеся в процессе накопления морских осадков в последующего их изменения. Морская вода с растворенными в пей солями всегда пропитывает иловые осадки, постоянно накапливающиеся на дне моря. В ходе прогибания земной коры и дальнейшего осадконакопления и диагенеза под влиянием все увеличивающегося давления эта вода начинает выжиматься вверх. Это особенно имеет место в алеврнто-тлипнстых осадках. Благоприятные условия для формирования седиментогенных подземных вод создаются па большой глубине (несколько километров) при захоронении их мощными водонепроницаемыми пли слабопроницаемыми слоями. Вместе с тем в ходе геологического развития под влиянием различных факторов седиментогенные воды претерпевают значительные изменения. Иногда происходит, сменимте их с подами других генетических типов, пли даже полное вытеснение их инфильтрационными водами.

«Ювенильные» (девственные) подземные воды. Многие источники подземных вод в областях современной или недавней вулканической деятельности молодых гор обладают повышенной температурой и содержат в растворенном состоянии необычные для поверхностных условий соединения и газовые компоненты. Для объяснения происхождения таких вод австрийским геологом Э. Зюссом в 1902 г. была выдвинута так называемая ювенильная теория. По его представлениям, они могли образоваться из газообразных продуктов, выделяющихся в изобилии из магмы при ее остывании. Попадая в области с более низкими температурами, водяные пары начинают конденсироваться и переходить в капельножидкое состояние, образуя особый генетический тип подземных вод.

Однако пары воды, выделившиеся из магмы на глубине, так же как и другие газообразные компоненты, проникая вверх по разломам в земной коре, могут встречаться и смешиваться с обычными подземными водами инфильтрационного происхождения и в таком случае поступают на поверхность в смешанном виде.

С другой стороны, инфильтрационные подземные воды при благоприятных условиях могут проникать па большую глубину, в область более высоких температур, где они нагреваются, обогащаются растворенными минеральными веществами и газами и существенно изменяют свой первоначальный состав.

Подземные воды представляют собой природные растворы, содержащие свыше 60 химических элементов, а также микроорганизмы. Сумма растворенных в воде веществ, исключая газы, определяет её минерализацию (выражаемую в г/л или мг/л).

По степени минерализации подземные воды подразделяют (по классификации В. И. Вернадского) на следующие группы:

пресные - воды с минерализацией до 1 г/л,

солоноватые - от 1 до 10 г/л,

солёные - от 10 до 50 г/л,

подземные рассолы - более 50 г/л (в ряде классификаций принято значение 36 г/л, соответствующее средней солёности вод Мирового океана).

В основу классификации подземных вод по химическому составу положено соотношение наиболее распространенных в и их составе анионов (HCO-, SO42-, Cl-) и катионов (Ca2+, Mg2+, Na+). При описании химических типов вод сначала указывается анионный состав, при этом анионы указываются в порядке убывания; затем в аналогичном порядке приводится состав катионов.

Минерализация и химический состав подземных вод зависит от сочетания ряда факторов: происхождения вод, взаимодействия подземных вод с вмещающими породами, условий водообмена. Рассмотрим влияние этих факторов.

Происхождение вод. Инфильтрационные воды, образующиеся за счет поступления с поверхности, обычно имеют низкую минерализацию, по составу преимущественно гидрокарбонатные кальциевые и магниевые, обогащённые кислородом. Конденсационные воды пресные. Седиментационные воды, образованные за счёт захоронения древних вод морского происхождения, обычно наследуют особенности состава последних – они хлоридные натриевые или хлоридные кальциево-натриевые; захороненные воды ледниковых отложений ультрапресные. Состав эндогенных вод (и вод, развитых в зоне влияния потоков эндогенных флюидов) обладает большим разнообразием. Содержащиеся в их составе летучие компоненты (CO2, HCl, H2S и др.) придают им высокую агрессивность, способствующую выщелачиванию вмещающих пород и формированию сложного химического состава вод (например, известная группа Кавказских минеральных вод - «Ессентуки», «Новотерская» и др., связанных с областью внедрения неогеновых магматических пород).

Взаимодействие с вмещающими породами. Воды, фильтруясь через толщи пород, растворяют их, обогащаясь рядом элементов. Так при растворении соленосных толщ сложенных галитом (NaCl) воды приобретают хлоридный натриевый состав; при фильтрации через известняки - гидрокарбонатный кальциевый и т.д.

Условия водообмена определяют интенсивность участия подземных вод в гидрологическом цикле. В зоне интенсивного водообмена, где интенсивно протекают процессы круговорота вод («разбавление» вновь поступающими пресными инфильтрационными водами, разгрузка водоносных горизонтов родниками, относительно недолгое время взаимодействия с вмещающими породами) воды чаще гидрокарбонатные, богатые кислородом и азотом (газами воздушного происхождения), с низкой минерализацией. Зоне замедленного водообмена свойственны солоноватые воды многокомпонентного состава. Зона весьма замедленного водообмена, соответствующая нижней части артезианских бассейнов, представлена преимущественно солёными водами и рассолами (с минерализацией до 600 г/л), содержащим углеводородные газы и сероводород. В бассейнах Восточно-Европейской платформы мощность зоны пресных подземных вод варьирует от 25 до 350 м, солёных вод — от 50 до 600 м, рассолов — от 400 до 3000 м.

Классификация подземных вод по условиям залегания. Схемы залегания.

Подразделение подземных вод на ряд типов может быть осуществлено по различным признакам: по происхождению, условиям залегания, гидравлическим свойствам, химическому составу, возрасту и т. п. Имеется много различных систем классификации.

Подразделение подземных вод по их происхождению приведено выше. По условиям залегания выделяются три основных типа подземных вод: верховодка, грунтовые воды и напорные межопластовые, или артезианские, воды. Иногда выделяют межпластовые безнапорные воды.

Рис. 3. Схема залегания грунтовой воды и соотношение ее с верховодкой:

/ — зона аэрации; // — зона насыщения водой (грунтовая вода); /// — водоупорное ложе; IV — зона капиллярного поднятия; V — верховодка; / — песок; 2 — водонасыщенный песок; 3 — глина; 4 — тяжелый суглинок; 5 — источник; 6 — направление движения грунтовых вод; 7 — зеркало, или уровень, грунтовых вод

Верховодка. К верховодке относятся подземные воды, залегающие на небольшой глубине от поверхности земли в зоне аэрации. Отличие верховодки от грунтовых вод в основном заключается в том, что она располагается выше них и, кроме того, ограничена площадным распространением. Это периодически существующие локально развитые подземные воды, не имеющие регионально выдержанного водоупора. Они накапливаются на поверхности небольших линз или перемежающихся слоев водонепроницаемых и полупроницаемых горных пород. Таковы, например, линзы морен в флювиогляциальных отложениях, погребенные почвенные горизонты в лёссовидных суглинках, глинистые линзы в песчаном аллювии и т. п. (рис. 3). Мощность верховодки (0,5—1, редко 2—3 м) и ее уровень подвержены значительным колебаниям, которые находятся в соответствии с климатическими изменениями. Наибольшей величины мощность верховодки достигает весной или осенью. Часто, при малом количестве осадков, верховодка совсем исчезает. Большое количество таких линз . верховодки можно наблюдать в степных районах юго-востока европейской части СССР, где они обычно локализованы под степными блюдцами и другими понижениями рельефа, развитыми на поверхности лессовидных суглинков. Местное население использует эту воду для водоснабжения.

Грунтовые воды. Грунтовые воды пользуются большим распространением. Это воды первого от поверхности постоянного водоносного горизонта, залегающего на первом более или менее выдержанном водонепроницаемом слое. Они могут накапливаться как в рыхлых пористых антропогеновых и доантропогеновых породах, так и в трещиноватых твердых горных породах. Отсутствие водоупорной кровли обусловливает питание их на всей площади распространения, или, иначе, область питания грунтовых вод совпадает с областью их распространения.

В грунтовых водах следует различать верхнюю поверхность, или зеркало грунтовых вод, и водоупорное ложе (водонепроницаемая горная порода, подстилающая грунтовые воды) (см. рис. 3). Порода, насыщенная водой, называется водоносным слоем или водоносным горизонтом.

Мощность водоносного слоя — расстояние от зеркала грунтовых вод до водоупорного ложа. Грунтовые воды по своим гидравлическим особенностям — безнапорные или обладающие небольшим местным напором. Уровень грунтовых вод подвержен достаточно резким колебаниям в зависимости от метеорологических условий. К зеркалу грунтовых вод примыкает капиллярная кайма, в которой поры породы лишь частично заполнены водой, поднимающейся по капиллярам.

Движение грунтовых вод. Зеркало грунтовых вод редко бывает горизонтальным. Часто оно повторяет, в несколько сглаженном виде, рельеф поверхности и имеет четко выраженный наклон в сторону пониженных мест. Происходит это вследствие того, что подземные воды находятся в непрерывном движении. Они двигаются в виде грунтового потока, подчиняясь силе тяжести, в направлении к оврагам, рекам, морям и другим понижениям рельефа, где происходит их разгрузка в виде источников. Эти области называются областями разгрузки, или областями дренирования. Грунтовые воды движутся по порам и нешироким трещинам в виде отдельных тонких струек, параллельных друг другу. Такой вид движения называется ламинарным. Скорость движения подземных вод зависит от водопроводимости горных пород, а также от гидравлического уклона зеркала воды. Под уклоном понимается отношение где h — превышение уровня воды в одной точке над уровнем воды в другой; l — расстояние между двумя точками. Уклон зеркала грунтовых вод называют также напорным градиентом и обозначают буквой I. Действительная скорость движения грунтовых вод в сравнении со скоростями течения рек относительно невелика. В песках мелкозернистых и однородных скорости движения воды при больших уклонах могут достигать 1—5 м/сут, в крупнозернистых гравийных песках— 15—20 м/сут, а в галечниках и сильно трещиноватых закарстованных известняках 100 м/сут, а иногда значительно больше.

Режим грунтовых вод. Уровень, количество и качество грунтовых вод с течением времени меняется. Они чувствительно реагируют на изменение внешних гидрометеорологических условий, будучи тесным образом связаны с водным режимом Земли.

Основным ведущим фактором при этом являются климатические условия и особенно количество атмосферных осадков. В многоводные годы, когда атмосферных осадков выпадает много, уровень грунтовых вод повышается, в маловодные годы, наоборот, понижается. Иногда колебания уровня имеют резко выраженный сезонный характер и в течение года достигают нескольких метров. При этих колебаниях некоторые слои пород периодически то заполняются водой, то осушаются. Таким образом, па пространстве от поверхности Земли до водоупорного ложа отчетливо выделяются 8 зоны: 1) зона аэрации, располагающаяся над уровнем грунтовых вод, она не заполнена водом, и атмосферные осадки через нее лишь просачиваются в нижележащие, зоны; 2) зона п е р и о д и ч е с к о г о н а с ы щ е н и я в од ой, расположенная между минимальным уровнем подземных вод, соответствующим засушливым периодам, и наивысшим, устанавливающимся в многоводные периоды.

В районах с влажным и умеренным климатом реки как правило дренируют грунтовые воды, зеркало которых наклонено к реке. Однако соотношение уровней грунтовых и речных вод изменяется в разное время года. Во время паводков в реке, когда уровень воды в ней резко повышается, происходит поднятие уровня грунтовых вод в прибрежной полосе и возникает обратный уклон его (от реки) (рис. 5, А). При спаде уровня паводковых вод уровень грунтовых вод в прибрежной полосе также снижается и в конце концов приобретает свой обычный уклон.

В районах с засушливым климатом часто наблюдается обратная картина, уровень грунтовых вод понижается от реки и, следовательно, питание их происходит речными водами . Это имеет место у рек Амударьи и Сырдарьи и других, получающих основное питание от таяния ледников и снега в горах. При пересечении ими пустынных пространств, они теряют часть своего расхода на питание подземных вод. Следует отметить, что в настоящее время для многих районов фактором, оказывающим существенное влияние на режим грунтовых вод, является хозяйственная деятельность человека (отбор воды для -водоснабжения промышленных предприятий и населенных пунктов, мелиоративные мероприятия, гидротехническое строительство и т. п.). Изменение режима грунтовых вод имеет большое практическое значение при решении ряда народнохозяйственных задач, поэтому изучению его уделяется огромное внимание. При решении вопроса о водоснабжении какого-либо населенного пункта необходимо учитывать наиболее низкое положение уровня грунтовых вод, ниже которого и следует закладывать эксплуатационные скважины и колодцы. Иначе нужно подходить к оценке изменения уровня грунтовых вод при строительстве различного рода сооружений. Здесь особое значение приобретает правильная оценка возможных повышений уровня. Всякое заключение о влиянии грунтовых вод на фундаменты сооружений должно учитывать сведения о наиболее высоком стоянии грунтовых вод для данной местности. При устройстве различных водохранилищ необходимо учитывать величину подпора грунтовых вод в берегах и его влияние па различные сооружения. В комплекс исследований подземных вод неотъемлемой частью входит изучение их режима во времени. Исследования сводятся к длительным (многолетним) стационарным наблюдениям над уровнем грунтовых вод, их температурой, химическим составом, над количеством выпадающих атмосферных осадков и температурой воздуха и над изменением уровня воды в поверхностных водоемах и реках, с которыми обычно связаны грунтовые воды. В настоящее время в различных районах СССР организованы и работают специальные,государственные режимные гидрогеологические станции и, кроме того, существует много ведомственных станций.

Рис. 6. Схема залегания межпластовых ненапорных вод:

1 — водонепроницаемые породы; 2 — водопроницаемые породы; 3 — грунтовые воды; 4 — межпластовые воды; 5 — область питания; 6 — источник

Безнапорные межпластовые воды. Помимо грунтовых вод иногда выделяются безнапорные межпластовые воды, отличающиеся от грунтовых вод тем, что находятся между двумя выдержанными ведоупорными пластами (рис.6). Питание их происходит не на всей площади распространения водоносного слоя, а только в месте выхода его на поверхность (а).

Обычно такие воды развиты в условиях расчлененного рельефа и залегают, выше базиса эрозии (местной гидрографической сети). «Они не заполняют полностью водоносного слоя, не имеют соприкосновения с водонепроницаемой кровлей и характеризуются свободной ненапорной поверхностью. На береговых склонах оврагов и рек часто образуются источники, или родники, при вскрытии контакта водоносных и водоупорных пород. Таким образом, межпластовые воды являются проточными и по условиям передвижения аналогичны грунтовым нисходящим водам,, подчиняющимся законам силы тяжести.

Рис. 8.7. Схема залегания артезианских вод:

1 — область питании; 2—водоносный слой; 3— одотчфоппцаеыые слон; 4 — самоизливающийся колодец; 5— колодец, в котором напорная вода не изли­вается; 6 — пьезометрический уровень напорных вод (рис. Н. П. Костенко)

Напорные, или артезианские, межпластовые воды. К напорным водам относятся, воды, залегающие между двумя водонепроницаемыми пластами горных пород ниже базиса эрозии. Артезианские воды получили свое название от провинции Артуа (фр. artesien) во Франции, которая в древности называлась Артезия. Там впервые в Европе в 1226 г. при помощи трубчатых колодцев получена самоизливающаяся подземная вода.

Наиболее благоприятные условия для формирования напорных вод создаются в пределах различных прогибов земной коры, а также при моноклинальном залегании горных пород? В первом случае (рис. 8.7, 8,8, I) водоносные слои изогнуты, в виде мульды или чаши.< Областью питания подземных вод является место выхода водоносного слоя на поверхность. Атмосферные воды, поступая в водопроницаемые слои путем инфильтрации или инфлюации (лат. influo — втекаю), движутся к центральным частям мульды и заполняют весь водоносный слой, находясь под гидростатическим давлением. Если выкопать колодцы или пробурить скважины до водоносного слоя, то подземная вода после ее вскрытия поднимется на значительную высоту. Подземная вода может оказаться под гидростатическим напором и при моноклинальном, или односклопном, залегании пород, особенно в условиях частой смены пород (рис. 8, //), т. е. смены водопроницаемых пород водонепроницаемыми. Вода, поступившая из области питания в водопроницаемые породы, постепенно передвигается по падению слоя и, наконец, достигает глин, не находя далее выхода. Происходит накопление ее в водоносном слое и она оказывается под гидростатическим давлением. Если вскрыть воду колодцем, то она будет обладать напором и поднимется примерно до высоты питания. Подобные же скопления напорных вод возможны в районах тектонических сбросов, когда по линии сместителя водоносные слои оказываются в контакте с водонепроницаемыми породами.

При чередовании водопроницаемых и водонепроницаемых пород, или пород разной проницаемости, в таких структурах могут находиться несколько напорных водоносных горизонтов.

Рассмотренное формирование подземных вод вследствие инфильтрации имеет особенно важное значение в верхних напорных водоносных горизонтах, где наблюдается активный водообмен. К этим горизонтам обычно приурочены подземные воды, пресные или слабо солоноватые. В то же время в глубоких водоносных горизонтах напорные воды всегда соленые, нередко рассолы. А. А. Карцев (1969), Н. Г, Киссин (1967) и другие исследователи отмечают в этих условиях большую роль седиментогенных вод в питании крупных бассейнов напорных вод. По их представлениям, в местах наибольшего прогибания земной коры питание напорных вод происходит путем выжимания седимеитационных вод из алеврито-глинистых отложений под действием геостатического давле­ния, созданного нагрузкой накапливающихся выше отложений. Под давлением глинистые породы испытывают значительное уплотнение и вода, присутствующая в них, выжимается в водопроницаемые слои (пески и др.). уплотнение которых незначительно.

Законы движения подземных вод (Дарси, А.А.Краснопольского)

Рис. 34. Схема движения (фильтрации) грунтовой воды Для получения более обоснованных значений коэффициента фильтрации применяются… Q = kф.F(ΔН/ l) = kфFI,

Физическое и химическое выветривание. Их конечный результат.

Физическое выветривание — это механическое измельчение горных пород без изменения их химического строения и состава. Физическое выветривание… Химическое выветривание — это совокупность различных химических процессов, в…

Строение кор выветривания. Практическая значимость вопроса

КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ континентальная геологическая формация, образовавшаяся на земной поверхности в результате изменения исходных горных пород под… Образование коры выветривания зависит от биоклиматических, геолого-структурных… Некоторые типы: Латеритовая кора, Каолиновая кора, Нонтронитовая кора

Элювий и делювий. Их образование, распространение и характеристика как оснований сооружений.

Делю́вий (делювиальные отложения, делювиальный шлейф; от лат. deluo — «смываю») — скопление рыхлых продуктов выветривания горных пород у… Делювий распространён очень широко и образуется в результате переноса этих…

Овраги, строение, борьба с ними

Овраги возникают на возвышенных равнинах или холмах, сложенных рыхлыми, легко размываемыми породами, а также на склонах балок. Длина оврагов от… Овраги наносят большой вред сельскому хозяйству, расчленяя и уничтожая поля.… Разработана система мероприятий по предупреждению оврагообразования, прекращению или уменьшению роста существующих…

Гравитационные процессы, их классификация

ГРАВИТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ— процессы изменения поверхности Земли под действием силы тяжести. К ним относятся обвалы, камнепады, снежные лавины, оползни, медленное сползание и течение грунтов. Обваливание и осыпание происходят на склонах, крутизна которых более угла "естественного откоса" (35-38°). В горах обвалы достигают крупных размеров — до 1-1,5 км3 Осыпание — постоянный процесс, пульсирующий по интенсивности (обычно увеличивается весной при снеготаянии, а также при землетрясениях). Скорость денудации при осыпании в зависимости от крутизны склонов (за длительный отрезок времени) изменяется в пределах 1,5-0,05 мм в год. Гравитационные процессы оказывают решающее влияние на формирование рельефа, иногда на образование месторождений полезных ископаемых — солей, нефти и т.д. Проявление гравитационных процессов учитывается при расчёте углов откоса в карьерах, определении устойчивости сводов подземных выработок, при строительстве насыпей, дамб. Возможное нежелательное проявление гравитационных процессов вынуждает применять специальные меры — различные виды крепи в выработках, покрытие связующими растворами, посадка определённого вида растений на участках, создающих опасность для ведения горных работ.

КЛАССИФИКАЦИЯ — процесс разделения (сепарации) измельчённых материалов в жидкой или воздушной среде на основе различия в скоростях падения (оседания) частиц разного размера, формы и плотности. Цель — получение продуктов различного гранулометрического состава и плотности. По принципу разделения выделяют классификацию

гравитационную (с разделением частиц в поле силы тяжести) и центробежную (с разделением в поле центробежных сил).

Теория классификации основана на изучении и количественном описании перемещения частиц в жидкой или воздушной среде в частности для мелких частиц, на основе закона Стокса (для сферических частиц), по которому скорость движения (падения) частиц (до 100 мкм в воде и до 50 мкм в воздухе) прямо пропорциональна квадрату поперечника и разностей плотностей частицы и среды и обратно пропорциональна вязкости среды. Различие в скоростях падения частиц определяет процесс разделения. Отношение размеров частиц, имеющих одинаковую скорость падения (гидравлическая крупность), называется коэффициентом равнопадаемости. Эффективность классификации зависит от распределения жидкой фазы по продуктам классификации, неравномерности скоростей потока и его турбулентности по сечению классификатора, формы и плотности частиц, а также конструктивных параметров классификаторов. Трудность классификации возрастает с уменьшением размера частиц. Очень тонкие (менее 10 мкм) частицы сильнее слипаются друг с другом — коагулируют или флоккулируют.

33.Оползни на ДВЖД. Строение оползня. Типы структурных оползней, по форме в плане, по мощности и масштабам проявления.

1. Оползни

оползни - это смещение масс горных пород вниз по склону под действием силы тяжести. Они образуются в различных

породах в результате нарушения их равновесия и ослабления их прочности и вызываются как естественными, так и искусственными причинами. К естественным причинам относятся увеличение крутизны склонов, подмыв их оснований морскими и речными водами, сейсмические толчки и т.п. Искусственными, или антропогенными, т.е. вызванными

деятельностью человека, причинами оползней являются разрушение склонов дорожными выемками, чрезмерный вынос грунта, вырубка леса и т.п. Оползни можно классифицировать по типу и состоянию материала. Некоторые из них полностью состоят из скального материала, другие -только из материала почвенного слоя, а третьи представляют собой смесь льда, камня и глины. Снежные оползни называются лавинами. Например, оползневая масса состоит из каменного материала; каменный материал - это гранит, песчаник; он может быть прочным или трещиноватым, свежим или выветрелым и т. д. С другой стороны, если оползневая масса образована обломками горных пород и минералов, то есть, как говорят материалом почвенного слоя, то можно назвать это оползнем почвенного слоя. Он может состоять из очень тонкой зернистой массы, то есть из глин, или более грубого материала: песка, гравия и т. д.; вся эта масса может быть сухой или водонасыщенной, однородной или слоистой. Оползни можно классифицировать и по другим признакам: по скорости движения оползневой массы, масштабам явления, активности, мощности оползневого процесса, месту образования и др.

С точки зрения воздействия на людей и на проведение строительных работ скорость развития и движения оползня является единственно важной его особенностью. Трудно найти способы защиты от быстрого и, как правило, неожиданного движения крупных масс горных пород, и это часто приносит вред людям и их имуществу. Если оползень движется очень медленно в течение месяцев или лет, то он редко вызывает несчастные случаи, и можно принять предупредительные меры

. Кроме того, скорость развития явления обычно определяет возможность предсказать это развитие, например можно обнаружить предвестники будущего оползня в виде трещин, которые возникают и расширяются в течение какого-то времени. Но на особенно неустойчивых склонах эти первые трещины могут образоваться так быстро или в таких недоступных местах, что их не замечают, и резкое смещение большой массы пород происходит внезапно. В случае медленно развивающихся движений земной поверхности можно еще до крупной подвижки заметить изменение особенностей рельефа и перекос строений и инженерных сооружений. В этом случае есть возможность, не дожидаясь

разрушений эвакуировать население. Однако даже тогда, когда скорость движения оползня не увеличивается, это при больших масштабах явление может создать трудную, а иногда и не разрешимую проблему Другой процесс также вызывающий иногда быстрое движении поверхностных горных пород, - это подмыв подножия склона морскими волнами или рекой. Удобно провести классификацию оползней по скорости движения. В самом общем виде быстрые оползни или обвалы происходят в течение секунд или минут; оползни со средней скоростью развиваются в течение промежутка

времени, измеряемого минутами или часами; медленные оползни формируются и движутся в течение периода продолжительностью от нескольких дней до нескольких лет. По масштабу оползни подразделяются на крупные,

средние и мелкомасштабные. Крупные оползни вызываются, как правило, естественными причинами. Крупные оползни вызываются, как правило, естественными причинами и образуются вдоль склонов на сотни метров. Их толщина достигает 10--20 м и более. Оползневое тело часто сохраняет свою монолитность. Средние и мелкомасштабные оползни характерны для антропогенных процессов. Оползни могут быть активными и неактивными, что определяется степенью захвата коренных пород склонов и скоростью движения. На активность оползней оказывают влияние породы склонов,

а также наличие в них влаги. В зависимости от количественных показателей присутствия воды оползни делятся на сухие,

слабовлажные, влажные и очень влажные. По месту образования оползни подразделяют на горные, подводные, снежные и оползни, возникающие в связи со строительством искусственных земляных сооружений (котлованов, каналов, отвалов пород и т.п.). По мощности оползни могут быть малыми, средними, крупными и очень крупными и

характеризуются объемом смещающихся пород, который может составлять от нескольких сотен кубических метров до 1 млн. м3 и более. Оползни могут разрушать населенные пункты, уничтожать сельскохозяйственные угодья, создавать опасность при эксплуатации карьеров и добыче полезных ископаемых, повреждать коммуникации, туннели, трубопроводы, телефонные и электрические сети, водохозяйственные сооружения, главным образом, плотины. Кроме того, они могут перегородить долину, образовать завальное озеро и способствовать наводнениям. Таким образом, наносимый ими народнохозяйственный ущерб может быть значительным.

34.Условия и причины возникновения оползней. Противооползневые мероприятия

Оползание происходит в рыхлых слабосцементированных породах вследствие того, что крутой и высокий склон по мере подрезания его рекой, водохранилищем, морем теряет свою устойчивость, и значительные горные массы крупными блоками начинают смещаться вниз по склону. Оползневое движение всегда связано с наличием грунтовых вод. Их обилие – необходимое условие оползания. Однако надо себе ясно представлять, что не грунтовые воды служат причиной оползня. Часто мы видим, что крутой склон долин подвержен оползням, а рядом выше или ниже по течению при том же геологическом строении, при таком же водообилии водоносных горизонтов и одинаковой высоте уровня подземных вод никаких оползней нет просто потому, что склон чуть-чуть более отлог. Оползни редко отмечаются на склонах крутизной менее 10-12 градусов. И при уклоне 15 градусов оползни возникаю только при благоприятных геологических и гидрогеологических условиях.

Оползни могут быть вызваны действием разных факторов. Земная поверхность состоит главным образом из склонов. Некоторые из них устойчивы, другие в силу различных условий становятся неустойчивыми. Это происходит тогда, когда изменяется угол наклона откоса склона или если склон оказывается отягощён рыхлым материалом. Тем самым сила тяжести оказывается больше силы связности грунта. Склон становится нестабильным и при сотрясениях. Поэтому каждое землетрясение в условиях горного рельефа сопровождается смещениями по склону. Образованию оползней особенно благоприятствует такое залегание пород, при котором падение кровли водоупорных пород совпадает с направлением уклона поверхности. Водоупорный горизонт при этом служит поверхностью скольжения, по которой более или менее значительный блок породы соскальзывает вниз по склону. Неустойчивости склона способствует и повышение обводнённости грунтов, рыхлых отложений или горных пород. Вода заполняет поры и нарушает сцепление между частицами грунта. Межпластовые воды могут действовать подобно смазке и облегчать скольжение.

Перечень мероприятий по укреплению горных склонов включает в себя использование специальных конструкций, предотвращающих процессы, связанные с изменением напряженного состояния склонов (выветривание, эрозия, изменение уровня подземных вод). На таких участках целесообразно проводить террасирование поверхности. Откосы таких террас необходимо стабилизировать решетчатыми конструкциями из сборных элементов. Одними из таких конструкций являются сетки двойного кручения, которые очень часто применяют для защиты крутых склонов от небольших камнепадов, снежных лавин, селевых потоков и т.д. Сетки двойного кручения изготавливают из проволоки, термически обработанной оцинкованной и оцинкованной с полимерным покрытием, благодаря свойствам которой данный вид защиты работает надежно. Для защиты склонов от крупных камнепадов применяют сетки кольчужные, которые образованы 6 взаимосоедененными кольцами.

Характеристика аллювиальных отложений

-Морфологические формы в руслах +Аллювий русловых островов и отмелей (баров) *Продольные русловые бары

Сейсмичность. Определения и общие понятия. Частота землетрясений на планете.

Сейсмовоздействие — колебательное принудительное движение условной платформы (основания), сообщающей закрепленному на ней объекту переносное (во… Сейсмическая нагрузка (сейсмонагрузка) — динамическая нагрузка объекта,… Землетрясение – это сейсмические явления, возникающие в результате внезапных смещений и разрывов в земной коре или…

Сейсмическое районирование планеты, территории Дальневосточного региона. Евроазиатский и Тихоокеанский тектонические пояса. Сейсмичность Юга Дальнего Востока.

СЕЙСМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ - картирование потенциальной сейсмической опасности в баллах макросейсмической шкалы или в других параметрах (ускорение, скорости колебаний грунта и др.), которые необходимо учитывать при строительстве в сейсмических районах. Согласно российским стандартам, сейсмическое районирование подразделяется на общее сейсмическое районирование (ОСР), детальное сейсмическое районирование (ДСР) и сейсмическое микрорайонирование (СМР). Различие между перечисленными видами сейсмического районирования заключается в объектах изучения, содержании задач и методиках их решения, что определяет масштабы картирования.

Для Дальнего Востока тектонический фактор является определяющим в развитии многообразия типов и форм, осадконакопления, магматизма, метаморфизма, создания складчатых структур, то есть важнейших элементов инженерно-геологической и сейсмологической обстановки. Однако нельзя не учитывать фактор интенсивного освоения Дальневосточных районов, во многом влияющий, на изменение природных условий региона и способствующий развитию подтопления и деградации вечной мерзлоты. В связи с этим к главным особенностям Дальневосточного региона можно отнести:

-большую тектоническую подвижность в мезокайнозое;

-развитие по восточной периферии Тихоокеанского подвижного пояса современной геосинклинали и зоны молодой кайнозойской складчатости с активным проявлением молодого вулканизма;

-развитие на северо-востоке региона многолетнемерзлых грунтов.

Тихоокеанский пояс, обрамляющий впадину Тихого океана и отделяющий её от древних платформ (кратонов): Гиперборейской на севере, Сибирской, Китайско-Корейской, Южно-Китайской, Австралийской на западе, Антарктической на юге и Северо- и Южно-Американской на востоке. Этот пояс нередко делится на два — Западно- и Восточно-Тихоокеанский; последний называется ещё Кордильерско-Андский, а австралийскую часть называют Восточно-Австралийскую, а антарктической части называют Западно-Антарктический.

Центрально-Евроазиатский пояс, простирающийся от Баренцева и Карского до Охотского и Японского морей и отделяющий Восточно-Европейскую и Сибирскую древние платформы от Таримской и Китайско-Корейской. Имеет дугообразную форму с выпуклостью к юго-западу. Северная часть пояса простирается субмеридионально и именуется Урало-Сибирским поясом, южная простирается субширотно и называется Центрально-Азиатским поясом. На севере сочленяется с Северо-Атлантическим и Арктическим поясами, на востоке — с Западно-Тихоокеанским. Урало-Монгольский пояс также называют Центрально-Евроазиатским, или Урало-Охотским.

Юг Дальнего Востока России и прилегающие территории. рассматриваемая территория весьма разнообразна. Здесь наряду с практически асейсмичными районами отмечаются территории, где происходили сильные и даже катастрофические землетрясения. Причем их очаги приурочиваются как к зонам молодой - кайнозойской (Сахалин) складчатости, так и к областям древней - дорифейской (Сибирская и Сино-Корейская платформы) складчатости. При этом высокая сейсмичность - далеко не всегда результат контрастной неотектоники. В новейшем тектоническом плане высокая сейсмичность сосредоточена, как правило, в зонах активных дифференцированных движений, хотя есть примеры когда сильные подземные толчки отмечались и в районах с низкими скоростями и градиентами скоростей новейших тектонических движений (восточное замыкание Байкальской рифтовой зоны, Чульманская впадина и др.)

Классификация землетрясений. Причины их возникновение и виды сейсмических волн.

Землетрясения – это подземные удары (толчки) и колебания поверхности Земли, вызванные процессами высвобождения энергии внутри нее. По разрушительным последствиям землетрясения не имеют себе равных среди стихийных бедствий.

Землетрясения бывают:

1. Тектонические землетрясения:

Вся поверхность земного шара делится на несколько огромных частей земной коры, которые называются тектоническими плитами.

Это североамериканская, евроазиатская, африканская, южноамериканская, тихоокеанская и атлантическая плиты. Тектонические плиты находятся в постоянном движении, которое составляет несколько сантиметров в год. Они могут раздвигаться, сдвигаться и скользить одна относительно другой.

Согласно теории, землетрясения являются результатом столкновения этих плит и сопровождаются изменениями поверхности земли в виде складок, трещин, и т.п., которые могут простираться на большие расстояния.

Районы, расположенные вблизи границ тектонических плит, в наибольшей степени подвержены землетрясениям. Это, прежде всего Калифорния, Япония , Греция, Турция. К счастью для человечества, основная часть линий раскола земной коры проходит по морям и океанам. Поэтому 90% землетрясений на Земле проходит незаметно для человека.

Иногда случаются землетрясения во внутренних частя плит – так называемые внутриплитовые землетрясения.

2. Вулканические землетрясения - в местах, где раздвигаются тектонические плиты.

3. Обвальные землетрясения - землетрясения возникающие при развитии крупных оползней, обрушение кровли шахт или подземных пустот с образованием упругих волн.

4. Землетрясения, вызванные инженерной деятельностью человека - (заполнение глубоких, более 10 м водохранилищ, закачка воды в скважины, образовании подземных полостей вследствие добычи полезных ископаемых, горные работы и взрывы большой мощности).

По причине возникновения землетрясения разделяют на вулканические, метеоритные и тектонические, которые объясняет внутренне развитие планеты.

Падение на поверхность Земли крупных небесных тел может спровоцировать метеоритное землетрясение. Человечество не помнит подобных катастроф, но геологические исследования говорят, что такое случалось в истории Земли.

И ранее, и сегодня достаточно часто происходят землетрясения, связанные с извержениями вулканов. Их интенсивность может быть очень большой (до 8 – 10 баллов). Несмотря на то, что эти землетрясения чаще всего бывают очень разрушительными, они не распространяются далеко в разные стороны. Это связано с тем, что их эпицентр, или сейсмический очаг, обычно находится на небольшой глубине.

Самыми распространенными являются тектонические землетрясения. И именно они лидируют по своей мощности и разрушительной силе. Они происходят из-за того, что в недрах Земли на горные породы постоянно воздействуют глубинные тектонические силы, деформируя их. Слои пород начинают сминаться, а когда давление доходит до критической точки, рвутся, создавая разломы. Вдоль разлома проходит скопившаяся в недрах энергия, которая передается упругими волнами через толщу пород, достигая земной поверхности и приводя к разрушениям.

Сейсмические волны — волны энергии, которые путешествуют по земле или другим упругим телам в результате процесса, производящего низкочастотную акустическую энергию.

Есть два главных типа: объёмные волны и поверхностные волны. Кроме описанных ниже есть и другие, менее значимые типы волн, которые вряд ли можно встретить на Земле, но они имеют важное значение в астросейсмологии

Объёмные волны

Они проходят через недра Земли. Путь волн преломляется различной плотностью и жёсткостью подземных пород.

P-волны

P-волны (первичные волны) — продольные, или компрессионные волны. Обычно их скорость в два раза быстрее S-волн, проходить они могут через любые материалы. В воздухе они принимают форму звуковых волн, и, соответственно, их скорость становится равной скорости звука. Стандартная скорость P-волн — 330 м/с в воздухе, 1 450 м/с в воде и 5 000 м/с в граните.

S-волны

S-волны (вторичные волны) — поперечные волны. Они показывают, что земля смещается перпендикулярно к направлению распространения. В случае горизонтально поляризованных S-волн земля движется то в одну сторону, то в другую попеременно. Волны этого типа могут действовать только в твёрдых телах.

Поверхностные волны

Поверхностные волны несколько похожи на волны воды, но в отличие от них они путешествуют по земной поверхности. Их обычная скорость значительно ниже скорости волн тела. Из-за своей низкой частоты, времени действия и большой амплитуды они являются самыми разрушительными изо всех типов сейсмических волн. Они бывают двух типов: волны Рэлея и волны Лява.

P- и S-волны в мантии и ядре

Когда происходит землетрясение, сейсмографы вблизи эпицентра записывают S- и P-волны. Но на больших расстояниях обнаружить высокие частоты первой S-волны невозможно. Поскольку поперечные волны не могут проходить через жидкости, на основании этого явления Ричард Диксон Олдхэм выдвинул предположение, что Земля имеет жидкое внешнее ядро. По этому виду исследования в дальнейшем было выдвинуто предположение, что у Луны твёрдое ядро, но недавние геодезические исследования показывают, что оно ещё расплавлено.

Продольные, поперечные и поверхностные сейсмические волны. Аналитический вид.

См.38

Оценка силы землетрясений и их характеристика. Магнитуда, сейсмическое ускорение, силы действующие на сооружение при землетрясении. Шкала Рихтера.

сейсмоускорение (ускорение при сейсмических колебаниях); Для оценки и сравнения землетрясений используются шкала магнитуд и шкала… Шкала магнитуд

Сейсмическая шкала объединенного института физики Земли РАН. Ее содержание и область применения.

Сейсмическая шкала, шкала для оценки интенсивности колебаний на поверхности Земли при землетрясениях. Существует большое количество С. ш., в которых интенсивность колебания оценивается по степени повреждений зданий, масштабу и формам проявления остаточных деформаций в грунте и другим показателям внешнего эффекта землетрясений.

В СССР используется 12-балльная шкала (ГОСТ 6249-52), в которой для определения балла землетрясения, в дополнение к перечисленным показателям, учитываются показания маятника сейсмометра СБМ; используется также шкала MSK-64 (см. в ст. Землетрясения), уточняющая способы определения интенсивности. С 1973 ведутся работы по составлению новой С. ш., в которой интенсивность землетрясений оценивается не только по результатам визуальных наблюдений, но и по показаниям приборов (сейсмографов, акселерографов и др.), фиксирующих основные элементы колебательного процесса (смещения, скорость, ускорение), которые приобретают частицы грунта в момент землетрясения. Так, баллу 9 отвечает скорость ?колебаний частиц грунта порядка 24,1-48,0 мм/сек, ускорение ?- 241-480 см/сек2 (для более низких баллов значения ?и ?соответственно ниже). Наряду с оценкой интенсивности колебаний на поверхности Земли в баллах применяется классификация землетрясений по магнитуде - условной величине, пропорциональной логарифму энергии, излучаемой очагом землетрясения (так, интенсивность Ашхабадского землетрясения 1948 оценивается в 10 баллов, а его магнитуда была равна 7,0; для Ташкентского землетрясения 1966 интенсивность равна 8 баллам, а магнитуда 5,3). Связь между магнитудой (М), интенсивностью (Jo) и глубиной очага (h) землетрясения выражается соотношением вида: Jo = вМ - nlgh + С, где коэффициенты в, n и С определяются эмпирически и несколько меняются от района к району.

В некоторых странах используются др. С. ш., например в Японии - 7-балльная. С. ш. применяются для изучения внешнего эффекта землетрясений, составления карт изосейст, при сейсмическом районировании и микрорайонировании территории.

Карта общего сейсмического районирования РФ (ОСР-97) и районирование Дальнего Востока. Принципы заложенные в карту ОСР-97. Область применения

Курило-Камчатская зона является классическим примером субдукции Тихоокеанской литосферной плиты под материк. Она протягивается вдоль восточного… Сахалин представляет собой северное продолжение Сахалино-Японской островной… Приамурье и Приморье характеризуются умеренной сейсмичностью. Из известных здесь землетрясений пока только одно на…

Принципы сейсмического микрорайонирования и особенности строительства в сейсмических районах.

Для строительных целей в России используются карты сейсмического районирования ОСР-97(А, В, С) Согласно новой редакции Строительных норм и правил (СНиП II-7-81*)…

Состав инженерных изысканий. Состав инженерно-геологических изысканий.

К инженерным изысканиям для строительства также относятся: геотехнический контроль; обследование грунтов оснований фундаментов зданий и сооружений;… геодезические, геологические, гидрогеологические, гидрологические, кадастровые… В состав инженерно-геологических изысканий входит:

Инженерно-геологическая съемка. Определение, состав работ, описание элементов геологической среды и точки обязательного полевого описания, их шаг. Конечный результат.

Инженерно-геологическая съемка - основной вид геологического ис­следования территории на начальной стадии инженерных изысканий. Ос­новная ее задача состоит в изучении инженерно-геологических условий строительства различных сооружений, производства строительных работ и изображении их на топографической основе.

Результатом инженерно-геологической съемки является составление инженерно-геологической карты, описания, характеристики и оценки ин­женерно-геологических условий заснятой территории. Материалы съемки необходимы также для правильного выполнения других видов геологических работ: разведочных, опытных, гидрогеологических, позволяющих с достаточной полнотой осветить инженерно-геологические условия на стадии изысканий.

Инженерно—геологическая съемка включает:

наземные и аэровизуальные наблюдения;

дешифрирование АКФМ;

горные и буровые работы;

инженерно—геологическое опробование;

геофизические работы;

некоторые специальные методы (зондирование, пенетрационно—каротажный и др.).

Состав работ, входящих в инженерно—геологическую съемку, может несколько изменяться в зависимости от природных, в том числе и геологических, условий и масштаба съемки.

Съемка сопровождается бурением скважин и проходкой неглубоких горных выработок (закопушек, расчисток, канав, шурфов). Полученные таким образом искусственные обнажения входят в общее ко­личество точек наблюдений при съемке. Характеристика и оценка горных пород обязательно должны производиться в условиях их естественного залегания, сложения, влажности и обводненности.

Точки наблюдений вдоль каждого маршрута должны располагаться на карте в среднем, на расстоянии 0,5-1 см одна от другой независимо от масштаба карты.

Содержание инженерно-геологической карты. Масштабы карт. Признаки кондиционности.

Группа методов геологического картирования включает геологические методы, используемые при геологической съемке и поисках полезных ископаемых различных масштабов. Сама по себе геологическая съемка имеет самостоятельное значение как один из главных методов поисков. Только путем анализа геологических карт выявляются геологические закономерности, контролирующие размещение полезных ископаемых в данном районе.

Геологическая карта служит также основой для постановки других методов поисков, т. к. знание геологического строения изучаемой территории, наряду с другими факторами, позволяет правильно выбрать методы поисков, определить их масштаб, направление поисковых линий, густоту точек наблюдения и главное — правильно интерпретировать фактические материалы, полученные в результате работ. Наконец, сведения о геологическом строении исследуемой площади в комплексе с другими материалами, собранными при поисках, позволяют произвести обоснованную геологическую оценку перспектив выявленного объекта и дать прогноз его возможного промышленного значения.

Масштаб геологических съемок, проводимых с целью поисков, зависит от сложности геологического строения изучаемой площади и от поставленных задач. Геологические карты масштабов 1:100 000 —1:1 000 000 называются региональными. По содержанию эти карты комплексные. На них должны быть отражены все необходимые данные, имеющие отношение к геологическим предпосылкам поисков и поисковым признакам. Карты масштабов 1:50 000 — 1:25 000 также должны быть комплексными, но специализированными на определенный вид полезного ископаемого. Для изучаемого района они служат основным документом, обосновывающим постановку поисковых работ.

На основе геологической карты масштабов 1:50 000— 1:25 000 объектами оценки являются потенциальные рудные поля. При поисках этого масштаба могут быть выявлены лишь весьма крупные месторождения относительно простого геологического строения: месторождения углей, минеральных солей, осадочные месторождения железа и марганца и некоторых других полезных ископаемых. При более детальных поисковых и поисково-оценочных работах, которые проводятся в контурах обнаруженных рудных полей, производятся специализированные крупномасштабные геологические съемки 1:10 000 — 1:5000 и крупнее.

Специализация геологических съемок при поисковых работах заключается в том, что главное внимание уделяется выявлению ведущих поисковых предпосылок прогнозируемого полезного ископаемого, а их изучение проводится с предельно возможной детальностью. Специализированное геологическое картирование как важнейший элемент входит во все рациональные системы поисковых работ.

Для выявления ведущих поисковых предпосылок изучаемых рудных полей и месторождений составляется несколько специализированных карт, позволяющих выявить или детализировать рудоконтролирующие элементы структур и сконцентрировать на них поисковые работы — геолого-структурные, литолого-фациальные, палеовулканические и др.

Кондиционность геологической карты заключается в соответствии ее содержания масштабу. Чем крупнее масштаб карты, тем подробнее должна быть легенда, более дробными расчленение комплексов пород, выделение структурных элементов и т. д. Кроме того, все контуры, границы, элементы залегания пород должны быть установлены более точно и обоснованно. Следовательно, чем крупнее масштаб геологической карты и сложнее геологическое строение района, тем большее количество наблюдений требуется на единицу исследуемой площади.

Большое значение при проведении геологической съемки (в том числе и крупномасштабной) и поисков имеет использование материалов космо- и аэросъемки (материалов дистанционного зондирования), получаемых при использовании съемочных систем, работающих в оптическом и микроволновом диапазоне, радиодиапазоне электромагнитного излучения. В настоящее время при геологических исследованиях в основном используются данные аэросъемок и съемок с автоматических спутников околоземных орбит. Аэросъемки проводятся в масштабах 1:2000 — 1:5000 (разрешение на местности — десятки сантиметров), 1:16 000 — 1:50 000 (разрешение на местности — первые метры), 1:50 000 и мельче (разрешение на местности — многие метры). Космические съемки подразделяются на съемки высокого разрешения на местности (лучше 10 м), среднего (10 — 100 м), низкого (хуже 100 м).

Материалы дистанционного зондирования позволяют выявлять практически весь комплекс геолого-тектонических элементов, являющихся объектами изучения при геологической съемке: площадных и стратифицированных и нестратифицированных объектов и прослеживание их границ, отдельных пластов и маркирующих горизонтов, даек, разрывных нарушений, выделение тектонических блоков складчатых и кольцевых структур, размещения и особенности магматических пород, а также решать ряд поисковых задач: выделение рудоконтролирующих структур, установление ареалов гидротермально-метасоматических измененных пород, размещение зон окисления и др.

В целом использование материалов дистанционного зондирования дает более полную и объективную картину пространственных особенностей изучаемых территорий и закономерностей размещения месторождений полезных ископаемых.

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ КАРТЫ— вид геологических карт, на которых показаны все важнейшие геологические факторы, учитываемые при планировании, проектировании, строительстве, эксплуатации сооружений и проведении других инженерных мероприятий. На инженерно-геологических картах отображены возраст, генезис, условия залегания, состав, строение и физико-механические свойства горных пород и комплексов и их распространение, геоморфологическая характеристика территории, гидрогеологические условия, геодинамические явления. Карты сопровождаются разрезами, таблицами, текстовыми пояснениями.

По назначению различают общие и специальные инженерно-геологические карты. Общие карты являются многоцелевыми и содержат инженерно-геологическую информацию, необходимую для обоснования различных видов инженерно-хозяйственного освоения территории. На специальных инженерно-геологических картах показываются какие-либо отдельные инженерно-геологические характеристики (карта оползней).

В зависимости от масштаба различают: обзорные карты (1:1 000 000 и мельче), составляемые для общей инженерно-геологической характеристики крупных природно-экономических регионов.

мелкомасштабные (1:500 000 — 1:100 000), используемые для планирования размещения сооружений, предпроектных проработок, при проектировании детальных инженерно-геологических работ, региональных прогнозах;

среднемасштабные (1:50 000 — 1:25 000), необходимые для оптимального выбора строительных площадок, принятия принципиальных проектных решений, составления локальных прогнозов и др.

крупномасштабные (1:10 000 и крупнее), предназначенные для инженерно-геологического обоснования условий строительства и эксплуатации конкретных сооружений (шахт, карьеров, гидроузлов и т.д.).

47. Инженерно-геологические разведочные работы. Определение, состав работ. Содержание работ по бурению скважин, проходке горных выработок, геофизическим исследованиям Конечный результат.Разведочными работами называется комплекс видов геологических ра­бот, выполняемых с помощью определенных технических средств (геофи­зических, бурения скважин,проходки горных выработок) для изучения инженерно-геологических условий того или иного участка до необходи­мой глубины. Разведочные работы позволяют с той или иной степенью детальности в любой необходимой точке площадки устанавливать геоло­гический разрез, состав горных пород, их строение, физическое состо­яние и обводненность.

Разведочные работы сопровождаются специальными наблюдениями, от­бором образцов и проб горных пород.

Бурение скважин при инженерных изысканиях

1) изучение всего геологического разреза независимо от мощности слоев, прослойков, линз горных пород, пересекаемых скважиной, то есть полноту разреза;

2) точное установление положения геологических границ, пересекае­мых скважиной, контактов, поверхностей наслоения, сланцеватости, границ зон, положения слабых прослойков, трещин, пустот, мерзлых по­род, водоносных горизонтов и др.;

3) сохранение, минимальную нарушенность естественного сложения, влажности и вообще физического состояния горных пород, извлекаемых из скважин в виде керна и образцов, для полной их характеристики.

Наиболее распространенные способы бурения - колонковый, удар­но-канатный кольцевым забоем, вибрационный, медленновращательный, шнековый и ручной ударно-вращательный. Первые два наиболее эффектив­ны при инженерных изысканиях.

Проходка горных выработок

Горные выработки позволяют получить наиболее точные и достоверные геологические данные. К ним относятся штольни, шахты, шурфы, канавы, закопушки, расчистки. Объем горных работ обычно составляет не более 10% от общего объема изысканий, так как это наиболее трудоемкий и дорогой вид разведочных работ.

Шольни и шахты (чрезвычайно трудоемкий и дорогой вид разведоч­ных работ), применяются при изысканиях под уникальные и крупные про­мышленные объекты. Программой практики проходка этих выработок сту­дентами не предусматривается.

Шурф - вертикальная выработка прямоугольного или квадратного се­чения (круглый шурф носит название "дудка") размером 1х1;2х2м².

По окончании работ шурфы должны быть засыпаны, грунт утрамбован и спланирован, чтобы исключить попадание грунтовых вод. Если нет воз­можности шурф засыпать, то он закрывается досками и ограждением.

Канава (трашея) - узкая (0,6 - 0, 8 м) и неглубокая (менее 2,0 м) выработка, различного поперечного профиля, определяемого устойчи­востью горных пород.

Закопушка - это воронкообразная (диаметр около 20 см) или квад­ратного сечения (50х50 см) выработка глубиной до 1,0 м. Закопушки закладывают для очистки от поверхностных наносов и описания первого от поверхности слоя горных пород.

Расчистки - выработки со ступенчатым дном. Их применяют при опи­сании пород, слагающих склоны и откосы при небольшой мощности рых­лых отложений

ОТБИРАЮТСЯ ПРОБЫ ГОРНЫХ ПОРОД ДЛЯ:

Макроскопическое описание и определение наименования горных пород,

Определение плотности и влажности горных пород,

РЕЗУЛЬТАТЫ ЗАПИСЫВАЮТСЯ В СПЕЦИАЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ.

48. Бурение скважин – шнековое, ударно-канатное, колонковое. Содержание буровой колонки.

Шнековое бурение применяют для скважин диаметром 110 ...125 мм и глубиной до 30 м в мягких и мерзлых грунтах. Шнековые буровые станки () имеют металлическую раму, состоящую из двух направляющих стоек, установленных на передвижной платформе или на полозьях. По (направляющим стойкам рамы перемещается электродвигатель с редуктором, в шпиндель которого вставлены рабочие буровые штанги. Рабочие штанги длиной 2 м представляют собой трубы, на поверхности которых по винтовой линии наварены стальные полосы — реборды. Извлекают штанги с помощью ручной лебедки. По мере углубления скважины штанги наращивают, соединяя их между собой специальными патронами. Звенья заканчиваются рабочей частью в виде долота или лопастного резца, которые при вращении штанг врезаются в породу. Выбуренная порода с помощью винтового конвейера выдается на поверхность.

Колонковое бурение применяют для проходки скважин диаметром 45... 130 мм и глубиной до 200 м. Колонковые установки или станки имеют лебедку подъема трубчатых штанг и механизм для их вращения. На конце штанги находится рабочая часть — колонковый снаряд () с кольцевой коронкой, армированной : резцами из твердых сплавов или алмазами (). При вращении бурового снаряда колонка под действием осевого давления внедряется в породу, образуя кольцевую выработку породы вокруг керна, входящего в колонковую трубу. После проходки «а необходимую глубину буровые штанги вместе с колонковым снарядом и керном поднимают лебедкой на поверхность. В процессе бурения в забой скважины насосом через бурильные трубы подают глинистый раствор (или воду). Смешиваясь с частицами разрушенной породы, глинистый раствор выносит их «а поверхность по кольцевому пространству между штангами и стенками скважины. Глинистый раствор охлаждает бурильный инструмент и одновременно предотвращает обрушение стенок скважины.

Роторное бурение чаще всего используют для устройства скважин значительных диаметров (300...400 мм) и большой глубины (150...1200 ад). Роторная бурильная установка состоит из вращателя— ротора, сборной вышки и оборудования для промывки скважины глинистым раствором (). Рабочая (ведущая) труба проходит через вкладыши круглого стола ротора, который предназначен для передачи вращения от двигателя к бурильным трубам, присоединенным к рабочей трубе. Размеры вкладышей ротора соответствуют наружному диаметру рабочей трубы, что позволяет ей одновременно с вращением перемещаться вверх и вниз. Нижний конец бурильной трубы чаще всего имеет шарошечные и лопастные долота (), которые разрабатывают грунт по всей площади забоя скважины. Верхним концом рабочая труба соединена с вертлюгом, к нему присоединен рукав от насоса, подающий в бурильные трубы глинистый раствор. Всю систему рабочих и бурильных труб с вертлюгом подвешивают к крюку. Рабочие и бурильные трубы поднимают и опускают канатом, навитым на барабан лебедки.

Электрическими сверлильными машинами бурят шпуры в мягких и средней твердости породах, а также в мерзлых грунтах. Различают электрические сверлильные машины легкие (с ручной подачей) и тяжелые (колонковые). В ручной электросверлильной машине осевое давление создается за счет мускульной энергии бурильщика. Колонковые электросверлильные машины имеют автоматическую подачу. Буровую штангу сверл закрепляют в патроне шпинделя. К нижнему концу электрической ручной сверлильной машины с помощью замка присоединяют резец из твердого сплава. Буровые штанги подбирают комплектно в соответствии с глубиной шпура. При бурении ручной электрической сверлильной машиной шлам или буровую мелочь удаляют из шпура путем быстрого извлечения сверла, без прекращения его вращения. При работе колонковыми сверлильными машинами шлам удаляют промывкой.

При ударном способе бурения разработку ведут сплошным забоем на полное сечение скважин глубиной до 250 м (с начальным диаметром 300 и конечным 150 мм). Сплошной забой применяют при бурении скважин для водоснабжения, детальной разведки каменных материалов, иженерно-геологических исследований, при замораживании грунта, устройстве набивных свай и т. п.

Ударный способ бурения подразделяют на ударно-канатный, ударно-штанговый и ударно-вращательный.

При ударно-канатном бурении буровой снаряд массой до 3 т падает с высоты более 1 м в забой скважины, развивая значительную силу удара. Станок ударно-канатного бурения () работает следующим образом. Через блок опорной мачты бурильного станака перекинут канат, проходящий под балансирным роликом и огибающий далее направляющий ролик. Канат закреплен на барабане лебедки. Балансирный ролик получает от кривошипно-шатунной передачи качательное движение, благодаря чему происходят периодические подъемы и падения бурового снаряда, состоящего из ударной штанги, канатного замка и долота. Долото может быть плоским, двутавровым, крестовым и округляющим. Изготовляют их из легированной стали. Во время бурения в скважину заливают воду, образующую с тонкоизмельченной породой шлам, который периодически вычерпывают полым цилиндром (желонкой) с клапаном на нижнем конце. Производительность станков ударно-каиатного бурения до 30 м в смену.

Ударно-штанговое бурение применяют, когда необходимо обеспечить минимальное вертикальное отклонение оси скважины. Буровой снаряд опускают в скважину на бурильных трубчатых штангах, соединенных между собой замками с конической резьбой. Подвешивают колонны бурильных штанг с помощью вертлюгов усиленной конструкции.

Ударно-вращательным бурением устраивают шпуры и скважины в породах различной крепости.

С помощью станков ударно-вращательного бурения () проходят скважины глубиной до 30 м в весьма крепких породах. Главная особенность этого способа состоит в том, что вращение и ударное действие инструмента выполняют двумя независимыми механизмами—вращателем и пневмоударником. Пневмоударник () представляет собой пневматический молоток, в котором движущийся возвратно-поступательный поршень со штоком наносит своим бойком удары по хвостовику коронки. Коронка при бурении может передвигаться вдоль оси пневмоударника на 20 мм. Сжатый воздух поступает к пневмоударнику по буровым штангам. При работе станка вращатель, состоящий из электродвигателя и редуктора, приводит во вращение буровую штангу и пневмоударник, внедряющийся в грунт. Самая оптимальная частота вращения штанги 25 мин

Выходящую из скважины буровую пыль улавливает обеспыливатель.

Перфораторы, применяемые для бурения шпуров, бывают ручные массой до 24 кг (при глубине шпура до 3 м) и колонковые (или станковые) массой до 40 кг. Они обеспечивают бурение шпуров глубиной до 5 м. Воздух (2...4 м3/мин) к перфоратору подводится от компрессора. Рабочий орган перфоратора — буровая головка (). При бурении нетрещиноватых пород мягкой и средней крепости применяют головку с одним долотом, армированную твердыми сплавами. Двухдолотчатыми головками бурят вязкие и трещиноватые породы. Головки крестообразной формы используют для бурения пород средней крепости с незначительной трещиноватостью, а также вязких пород. Крепкие и трещиноватые породы бурят с помощью кресто- и звездообразных головок.

Перфораторные молотки по очистке каналов от пыли и каменной мелочи подразделяют на сухие и мокрые. Перфораторы мокрого типа имеют специальные устройства для промывки кана дой, а в перфораторах сухого типа канал продувают воздухом Более предпочтительным является мокрое бурение, так как применение для промывки канала воды снижает сопротивляемость породы и увеличивает стойкость головки бура из-за ее охлаждения водой и уменьшения трения о стенки канала.

Вибрационным способом бурят шпуры и скважины (диаметром до 125 мм и глубиной до 25 м) в мягких грунтах.

При вибрационном способе бурения грунт под действием вибрирующего снаряда выделяет связную жидкость, а частицы грунта в зоне контакта с вибрирующими наконечниками переходят в подвижное состояние. При этом резко снижается сопротивляемость грунта сдвигу и буровой инструмент внедряется в породу. Методы образования каналов вибрационным бурением идентичны вибропогружению свай и шпунта.

Скорость вибробурения довольно высокая. Например, в суглинистых почвах за несколько секунд можно пробурить шпур глубиной до 1 м. С увеличением глубины выработки вибрация бурового инструмента затухает, скорость проходки уменьшается, а на глубине 20...25 м проходка прекращается.

При всех механических способах (бурения стенки скважин крепят обсадными трубами с внутренним диаметром 50...200 мм. Колонны обсадных труб составляют из звеньев длиной 1,5...4,5 м, которые опускают при бурении, начиная с большего диаметра. По мере углубления скважин переходят на меньшие диаметры. Звенья труб соединяют муфтами, ниппелями или свинчивают между собой (труба в трубу). Внутренний диаметр труб должен быть 5... 10 мм больше диаметра бурового инструмента. Вверху обсадных труб устанавливают патрубок, защищающий нарезку труб от ударов буровым оборудованием, а внизу — коронку (фрезер), облегчающую опускание колонн обсадных труб.

49: Горные выработки – закопушки, расчистки, шурфы, канавы, шахты, штольни. Их оптимальные размеры, области и цели использования.

Горная выработка — искусственная полость, сделанная в недрах земли или на поверхности.

Подземные горные выработки, независимо от наличия непосредственного выхода на поверхность, имеют замкнутый контур поперечного сечения. Выработки, расположенные на поверхности земли имеют незамкнутый контур поперечного сечения (канава, траншея).

В зависимости от назначения, различают горные выработки разведочные и эксплуатационные. Первые используют для поисков и разведки месторождений полезных ископаемых, вторые — для разработки месторождений, то есть для извлечения полезных ископаемых из недр. Эксплуатационные выработки, в свою очередь, в зависимости от назначения разделяются на вскрывающие, подготавливающие и очистные.

Вскрывающие выработки служат для вскрытия шахтного поля.

Подготовительные выработки сооружаются для подготовки шахтного поля к разработке.

В очистных выработках непосредственно ведется добыча полезных ископаемых.

В зависимости от того, по каким породам пройдены выработки, они разделяются на пластовые и полевые. Первые проводятся по пласту полезного ископаемого, вторые по пустым породам.

В зависимости от соотношения между площадью поперечного сечения выработки и ее продольным разрезом, различают выработки протяжённые и объёмные. В зависимости от положения в пространстве, протяжённые горные выработки разделяются на горизонтальные, наклонные и вертикальные.

Шурф (нем. Schurf) — вертикальная (редко наклонная) горная выработка небольшой глубины (до 40 м), проходимая с земной поверхности для разведки полезных ископаемых, вентиляции, водоотлива, транспортирования материалов, спуска и подъёма людей и для других целей. Площадь поперечного сечения шурфа от 0,8—4 кв. м. Форма поперечного сечения подразделяется на круглое либо прямоугольное, редко квадратное.

Кана́ва — открытая горная или геологоразведывательная выработка, имеющая небольшие по сравнению с длиной поперечные размеры.

Канавы широко применяются при разработке россыпей и торфяных месторождений. По назначению канавы подразделяются на руслоотводные (предназначенные для отвода русел небольших рек и ручьёв), нагорные (для перехвата стекающей посклонам воды), разрезные (для сбора и отвода воды на открытых выработках), капитальные (для сбрасывания воды ниже уровня участка горных работ), водоотводные (предотвращающие поступление воды в выработки), водоподводные (обеспечивающие водоснабжение).

Штольня (от нем. Stollen — столб) — горизонтальная или наклонная горная выработка, имеющая выход на земную поверхность и обычно предназначенная для добычи полезных ископаемых или обслуживания горных работ. Является основной вскрывающей выработкой при разработке месторождений в районах с гористым рельефом.

В зависимости от назначения штольни бывают вентиляционными, эксплуатационными, разведочными, водоотливными, очистными и др.

Геофизические исследования. Малоглубинная сейсморазведка. Основные принципы метода и применяемая аппаратура.

Для регистрации колебаний упругих волн применяют специальные устройства — сейсмоприемники, преобразующие колебания частиц почвы в электрический…