Что изучает инженерная геология и в чем состоит необходимость ее знания для инженера-строителя

1. Что изучает инженерная геология и в чем состоит необходимость ее знания для инженера-строителя?

 

Современная инженерная геология как наука занимается выявлением всех условий, в которых происходит взаимодействие всех строящихся и построенных сооружений с окружающей их природной средой на всем пространстве, охваченном этим взаимодействием.

 

Три основные задачи инженерной геологии:

1. Изучение состава, строения, состояния, свойств и условий распространения горных пород (грунтов), определяющих их поведение при взаимодействии с инженерными сооружениями;

2. Изучение геологических процессов, как природных, так и возникающих в связи с возведением и эксплуатацией сооружений, с целью установления характера этих процессов, их влияния на существование сооружений, а также разработка рекомендаций по регулированию этого влияния и охране окружающей среды;

3. Установление закономерностей пространственного распространения инженерно-геологических условий.

 

Значение инженерной геологии. Без сомнения, всякое инженерное сооружение должно быть возведено наиболее просто, с наименьшими затратами рабочей силы, материалов и времени. Одновременно во всех своих частях и в течение всего периода эксплуатации оно должно обладать надлежащей прочностью и устойчивостью, а его деформация не должна выходить за пределы, обеспечивающие нормальные условия эксплуатации сооружения или не нарушающие его внешние архитектурные формы.

Для обеспечения указанных выше положений и требований необходим правильный учет местных природных условий.

Необходимо установить в основании сооружения наличие грунтов или горных пород достаточной прочности и несущей способности, соответствующим образом залегающих; оценить возможность влияния подземных вод на грунты основания и само сооружение в процессе строительства и эксплуатации; оценить возможность влияния на сооружение (как в период строительства, так и при эксплуатации) тех или иных геологических процессов и явлений, способных нарушить его устойчивость и прочность.

 

2. Что понимают под формой Земля? Геосферы, участвующие в строении Земли.

 

Каждая частица вращающейся Земли находилась под действием двух сил: силы взаимного притяжениячастиц и центробежной силы; действия этих двух сил, можно сказать, прямо противоположны. В итоге каждая из частиц находилась под действием равнодействующей обеих названных сил; равнодействующая носит название силы тяжести. И.Ньютон первый нашел, что Земля должна была принять форму сфероида -эллипсоида вращения, сжатого у полюсов. В действительности, реальная поверхность Земли гораздо сложнее, чем математически правильная поверхность сфероида. Поэтому, развивая далее проблему определения фигуры Земли, приходится понимать под этим определение фигуры тела, наиболее подходящего по виду и размерам к действительной Земле. Такое тело получило название геоида.

Геоид - воображаемая поверхность, которая определяется тем, что направление силы тяжести к ней всюду перпендикулярно.

 

Земной шар подразделяется на несколько концентрических сфер (оболочек), вложенных одна в другую – так называемых геосфер. Выделяются наружные и внутренние геосферы. Наружные геосферы это атмосфера, гидросфера, биосфера, криосфера (прерывистая ледяная оболочка) и литосфера. Внутренние геосферы: астеносфера (вязкопластическая высокотемпературная оболочка, в которую как бы втоплены корни литосферы), верхняя мантия, нижняя мантия, внешнее ядро, переходная оболочка и центральное ядро.

 

3. Определение понятия «земная кора». На какие слои в вертикальном разрезе разделяется земная кора. Геотермическая ступень и геотермический градиент.

земная кора - твердая внешняя геосфера, являющаяся основным объектом изучения геологии. В ней различают осадочный, гранитный и базальтовый слои.

Осадочный слой слагают различные по составу осадочные горные породы, прерывистым чехлом покрывающие земную кору с поверхности. Ее мощность варьирует от 0 до 10-15км при среднем значении около 3км; средняя плотность 2,5-2,6 г/см3.

Гранитный слой развит в земной коре неравномерно. Его мощность увеличивается от древних к молодым континентам и наибольшей величины (50-80км) достигает в зонах молодых горных сооружений (Западные Альпы, Памир). Гранитный слой практически отсутствует или очень мал (0,4-0,5км) под океанами. По составу этот слой близок к горной породе - граниту и имеет плотность 2,6-2,7 г/см3. В составе гранитного и осадочного слоев преобладают коме кислорода кремний и алюминий, поэтому их часто объединяют общим названием "сиаль".

Для изучения температурного режима в глубинных частях Земли пользуются двумя показателями:

- геотермическая ступень (b) – глубина в метрах, на протяжении которой температура увеличивается на 1°;

- геотермический градиент (1/b) – изменение температуры в градусах на единицу глубины, обычно на 100м.

Обе эти величины незакономерно изменяются в зависимости от теплопроводности горных пород, характера их залегания, наличия и концентрации радиоактивных элементов.

По результатам многочисленных исследований

Приведите классификацию горных пород. Назовите минералы и горные породы, используемые как строительные материалы.

Горная порода – агрегат более или менее постоянных минеральных зерен, отличающийся определенным строением, физическими свойствами и геологическими условиями образования.

По своему происхождению горные породы разделяются на три группы:

1. Магматические- связанные с процессами магматической деятельности;

2. Осадочные– связанные с экзогенными процессами;

3. Метаморфические– образовавшиеся в результате преобразования магматических и осадочных пород.

 

По степени кристаллизациивыделяют следующие структуры: полнокристаллические (гранит, мрамор); некристаллические или стекловатые (вулканическое стекло); и смешанные или полукристаллические. Если составные части породы различимы только в микроскоп, к названию структуры добавляют слово «микро», например, микрокристаллическая структура.

По размерам минеральных частицвыделяют структуры: крупнозернистые (размер частиц более 5мм); среднезернистые (размер частиц 1-5мм); мелкозернистые (менее 1мм); и разнозернистые структуры. Размер компонентов горной породы часто вводится в ее название, например, крупнозернистый гранит, микрокварцит.

По генезису (происхождению) минераловвыделяют структуры: кристаллические (гранит, каменная соль); органогенные (породы, образующиеся из остатков организмов); и смешанные (органогенно-обломочная структура).

По взаимному расположению минеральных компонентовразличают структуры: однородные, зернистые (при изометричной форме и равных размерах частиц); беспорядочные (с неправильной формой и беспорядочной ориентировкой частиц); и ориентированные (при вытянутой форме частиц с упорядоченной ориентировкой).

По способу заполнения пространстваразличают текстуры: массивную, плотную (гранит, мрамор); пористую (пемза, известняк, базальт). Плотные текстуры присущи кристаллическим породам, пористые – некристаллическим осадочным и излившимся на поверхность магматическим породам, которые характеризуются наличием пустот (пор), оставшихся от пузырьков газов, улетучившихся при застывании лавы или образовавшихся при формировании осадочной горной породы.

По расположению компонентов породыв пространстве различают текстуры: однородную и неоднородную. При однородной текстуре весь объем породы занят однородным по цвету, составу и структуре минеральным агрегатом без ориентировки. Неоднородная текстура характеризуется наличием в породе полос и пятен, различных по цвету, составу, структуре.

 

5. Как оценивают силу землетрясения и подсчитывают сейсмическое ускорение и коэффициент сейсмичности?

Каждый балл шкалы соответствует определенному сейсмическому ускорению α:

Балл
α, мм/сек2	2,5	2,5-5	5-10	10-25	25-50	50-100	100-250	250-500	500-1000	1000-2500	2500-5000	>5000

Сейсмическое ускорение определят по формуле:

α=А·4π²/Т²

где, α – сейсмическое ускорение, мм/сек²; А – амплитуда колебаний, мм; Т – период колебаний сейсмической волны, сек. По величине α вычисляют коэффициент сейсмичности К_S=α/g, где g – ускорение силы тяжести, мм/сек².

Коэффициент сейсмичности К_S необходим для расчета добавочных горизонтальных сил Q при оценке прочности сооружения: Q=K_SP, где Р – вес сооружения.

Землетрясения 1–3 балла слабые, 4–5 баллов – ощутимыми, 6–7 баллов – сильными (разрушаются ветхие постройки), 8 баллов – разрушительными (частично разрушаются прочные здания, падают фабричные трубы), 9 баллов – опустошительными, разрушается большинство зданий, в грунтах образуются трещины до 10 см, 10 баллов – уничтожительными, разрушаются мосты, образуются большие оползни, обвалы, трещины в грунтах до 1 м; 11 баллов, катастрофическими, разрушаются все сооружения, изменяется ландшафт, 12 баллов – сильная катастрофа, то же, но на более обширной территории.

Мероприятия, необходимые при строительстве в сейсмически активных районах.

максимальной силы возможного землетрясения; наличия на участке строительства тектонических разломов; состава и физико-механических свойств пород;

Формы залегания интрузивных и эффузивных магнитических пород. Тектонические нарушения.

Формирование интрузивных пород происходит в условиях больших температур и давлений и медленного остывания магмы. При этом слагающие магму атомные и… Излияние магмы на поверхность или на морское дно приводит к тому, что она… Структуры излившихся эффузивных пород могут быть стекловатые, полустекловатые (полукристаллические),…

Основные факторы выветривания. Физическое, химическое и органическое выветривание. Характеристика коры выветривания.

Под влиянием процессов физического выветриванияимеющаяся в горных породах трещиноватость прогрессирует под воздействием температурных напряжений… Весь этот обломочный материал может оставаться на месте, погребая под собой… Химическое выветриваниегорных пород происходит под воздействием атмосферных газов, а также воды с растворенными в ней…

Геологическая деятельность текучих поверхностных вод. Виды и свойства аллювия.

Так как живая сила тонких струек воды невелика, делювиальные отложения обычно представлены глинистыми грунтами – супесью, суглинком, однако в них… При плоскостном смыве на поверхности земли могут образовываться незначительные… Постепенно размеры промоины увеличиваются, и она превращается в овраг. Овраг имеет вершину и устье; устье – место, где…

Мероприятия по борьбе с оврагообразованием, эрозия и ее базис. Свойства делювия.

в начальной стадии (стадии образования промоин) выполняется заравнивание промоин, посев на склоне многолетних трав, прекращается рубка на склоне,… вторая стадия – стадия врезания вершины оврага в рыхлые породы – протекает… на третьей стадии углубление (размыв дна) заканчивается, на дне образуется овражный аллювий, однако продолжается…

Геологическая деятельность ледников. Морены, лимногляциальные и флювиогляциальные отложения.

  лимногляциальные отложения, донные осадки озёрных бассейнов, образованные…  

Геологическая деятельность ветра. Ветровые отложения. Оценка просадочности лессовых грунтов.

Разрушительная деятельность ветра складывается из выдувания и развевания частиц горных пород – дефляции и механической обработки поверхностей… Перенос ветром возможен, в основном, для песчаных и пылеватых частиц (размером… Лесс – осадочная горная порода. Типичный лесс представляет собой мягкий пылеватый суглинок, обладающий очень большой…

Суффозионные процессы, меры борьбы с суффозией.

Суффозия (от латинского «подкапываю») – процесс выноса частиц горных пород движущимися (фильтрующимися через породу) подземными водами. Различают… Под механической суффозией понимают разрыхление и вынос час-тиц пород, даже не… Химическая - растворение

Классификация подземных вод.

 

К подземным относят воды, которые находятся в порах, трещинах или пустотах горных пород и грунтов, обладающих водоотдачей, то есть, содержащаяся в них вода является свободной, способной перемещаться (см. рис. 6.1). Подземные воды и все, что с ними связано, изучает геологическая наука гидрогеология.

По своему происхождению подземные воды подразделяются на три группы:

1. Остаточные подземные воды это – воды бывших морских водоемов, которые находились в донных морских осадках и сохранились в них после отступления моря и накопления сверху новых осадков. Остаточные воды характеризуются повышенной минерализацией (рассолы) и залегают на очень больших глубинах.

2. Ювенильные подземные воды образовались при конденсации выделяемых магмой паров воды. В процессе проникновения в верхние горизонты земной коры, часто смешиваются с водами другого происхождения, образуя так называемые минеральные воды, обычно высокотемпературные.

3. Инфильтрационные подземные воды образуются в результате инфильтрации (просачивания) выпадающих на земную поверхность осадков вглубь Земли.

В строительной практике с первыми двумя группами подземных вод обычно не встречаются, а воды третьей группы встречаются повсеместно: в любом, даже самом засушливом районе Земли, с определенной глубины неизбежно присутствие подземных вод. Даже если там весьма редки осадки, воды образуются за счет конденсации водяных паров атмосферы при суточных перепадах температуры.

 

Основной закон фильтрации (закон Дарси). Способы определения скорости движения подземных вод.

Закон Дарси: v = k . j, где k (или kф) – коэффициент фильтрации (показатель, который характеризует водопроницаемость породы и зависит от ее…

Стр. 94, 95

 

Явления на склонах. Оползни. Внешние признаки оползня, причины образования оползня. Меры борьбы с оползнями.

В определенных условиях горные массы, слагающие склон или от-кос, теряют устойчивость и смещаются вниз. Различают три основных вида смещений:… Оползеньэто движение масс горных пород по склону под действием силы тяжести.…

Расчет устойчивости склонов.

Склоны подразделяются на природные и искусственные. К искусственным склонам относятся откосы насыпей, дамб, выемок, борта карьеров.

Плывуны, ложные и истинные плывуны, строительство на плывунах, меры борьбы.

Явление плывунностизаключается в том, что вскрытые водонасыщенные грунты приходят в движение, приобретая свойства вязкой жидкости. При этом стенки… Явление плывунности может возникать по двум причинам: в результате определенного гидродинамического режима. То есть, плывун – это не какой-то особенный тип грунта, а особое…

Карст. Меры борьбы с карстами.

Типы карстов: 1. открытый карст; 2. закрытый карст (покрытый мощным слоем элювия);

Сезонная мерзлота, морозное пучение и меры борьбы с ними.

Мерзлыми называются породы, имеющие отрицательную температуру и содержащие включения льда. Породы, не содержащие льда, но, также, с отрицательной… Различают сезонномерзлые породы, промерзающие в зимний период, и… Глубина зимнего промерзания (для сезонномерзлых пород) зависит от температуры воздуха, продолжительности зимнего…

Состав инженерно-геологических исследований.

1. Выявление геологических и гидрогеологических условий строи-тельства и эксплуатации проектируемого сооружения. 2. Выявление и прогноз опасных инженерно-геологических явле-ний и оценка… 3. Получение данных для решения вопросов о возможных путях борьбы с этими явлениями и для проектирования защитных…

Виды бурения, применяемые при инженерно-геологических исследованиях. Выбор расстояния между разведочными скважинами и их глубина.

по характеру воздействия на горную породу, при котором происходит её разрушение (механическое, гидродинамическое, термическое); по способу создания разрушительных усилий при механическом бурении… по сохранности горной породы в процессе бурения (колонковое, кольцевым забоем, бескерновое);

Применение геофизических методов в инженерно-геологических изысканиях.

Вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ)применяется для изучения разреза пород по изменению величины кажущегося удельного сопротивления с… Рис. 8.1. Схема установки для электроразведки и обозначения расстояний между электродами.