Основні фізико-механічні властивості гірських порід, необхідні для проектування та будівництва. Методи визначення абсолютного і відносного віку порід

Корольов Ілля Миколайович

1. Поясніть значення інженерної геології для промислового та цивільного будівництва

Інженерна геологія - галузь геології, що вивчає верхні горизонти земної кори і динаміку останньої в зв'язку з інженерно-будівельною діяльністю людини. Розглядає склад, структуру, текстуру та властивості гірських порід як грунтів; розробляє прогнози тих. процесів і явищ, що виникають при взаємодії споруд з природною обстановкою, і шляхи можливого впливу на процеси з метою усунення їх шкідливого впливу.

Важко переоцінити значення інженерно-геологічних вишукувань для будівництва будь-якого за розміром і значущості споруди. Дорожче стає будинок, зведений на недостатньо дослідженому ділянці. Адже під будівлею можуть виявитися підземні води, торф, просадні грунти. В результаті - "криві" стіни, тріщини, сирість і цвіль в підвалах та інше, що приносить певні складнощі при експлуатації будинків. Вода сприяє растворяемості різних хімічних сполук, в тому числі і агресивних, що призводить до несприятливого впливу на цементний розчин, кам'яну кладку, бетон. І хоча процес руйнування фундаменту непомітний, його наслідки відчутно позначаються на будинку: порушується цілісність несучих конструкцій, цвіль і грибок проникають через підвал на верхні поверхи і "заражають" зрештою, весь будинок. Дверні коробки і віконні рами деформуються, що стає причиною появи щілин та зазорів, через які будинок починає прискорено втрачати тепло. Паркет чи будь-яке інше покриття підлоги під впливом вогкості коробиться. Ремонт стає невідворотним. А він тягне за собою нові витрати, причому без гарантії, що відновлювальні процеси не доведеться повторювати знову і знову. Все це, в більшості своїй, можливо лише при неякісної або несвоєчасної оцінці інженерно-геологічних умов будмайданчика.

Інженерно-геологічні вишукування для будівництва забезпечують комплексне вивчення природних і техногенних умов території (регіону, району, майданчики, дільниці, траси) об'єктів будівництва, складання прогнозів взаємодії цих об'єктів з навколишнім середовищем, обгрунтування їх інженерного захисту та безпечних умов життя населення. На основі матеріалів інженерних вишукувань для будівництва здійснюється розробка передпроектної документації, в тому числі містобудівної документації та обгрунтувань інвестицій у будівництво, проектів і робочої документації будівництва підприємств, будівель та споруд, включаючи розширення, реконструкцію, технічне переозброєння, експлуатацію та ліквідацію об'єктів, ведення державних кадастрів та інформаційних систем поселень, а також рекомендацій для прийняття економічно, технічно, соціально та екологічно обгрунтованих проектних рішень.

Топографо-геологічні вишукування. Наявність матеріалів інженерно-геологічних та геодезичних вишукувань на майданчику проектованого будинку дозволяє уникнути багатьох помилок проектування, будови і прокладання зовнішніх інженерних систем: правильно розташувати всі будівлі на відведеній ділянці, допоміжні приміщення усередині котеджу, які вимагають подачі води і відведення хозфекальної стоків, організувати відведення поверхневих вод з урахуванням рельєфу місцевості.

При облаштування автономного джерела водопостачання (колодязь або свердловина) і місцевих очисних споруд без інженерно-геодезичних і гідрогеологічних вишукувань просто не можна обійтися. Дослідження проводять для визначення несучих характеристик грунтів, складу і рівня грунтових вод. Характер грунту на ділянці диктує конструктивну будову фундаменту, можливість пристрої підвалу, спосіб прокладання комунікацій, тип очисних споруд і в цілому впливає на економічність будівництва.

Геологічні роботи включають:

-- буріння;

-- відбір проб грунту та води (на спорудження будівлі - від 2 до 6 свердловин різної глибини в залежності від габаритів будівлі і складу грунтів);

-- лабораторні випробування;

-- складання звіту з рекомендаціями щодо типу фундаментів, способів прокладки комунікацій і заходам щодо їх захисту.

При дослідженні грунту враховуються наступні основні показники:

-- пучинистість, то їсть сила, з якою грунт при дії негативних температур буде виштовхувати з себе фундамент, труби і заглиблені очисні споруди. На основі отриманих даних прогнозують допустиму деформацію інженерних споруд і, відповідно, вибирають матеріали, способи будівництва та облаштування систем;

-- водонасиченому, тобто рівень грунтових вод. Знання цього показника допомагає, по-перше, визначити глибину майбутнього колодязя або приватної свердловини і, по-друге, дозволяє прогнозувати стійкість будови і прокладених комунікацій;

-- агресивність вишетоящіх грунтових вод: у разі високої концентрації деяких хімічних сполук доводиться використовувати спеціальні марки бетону й думати про спеціальний захист труб і кабелів.

Нерозумно будувати або реконструювати споруду, не знаючи точно геологічної будови ділянки (на яких грунтах вмонтовуватиметься фундамент, фізико-механічних характеристик і несучої здатності грунтів під навантаженням, їх корозійної активності, режиму підземних вод і т.д. тощо), а, отже - яку вибрати конструкцію і глибину закладення фундаменту. Одні й ті ж грунти ведуть себе по різному в результаті обводнення або промерзання, серйозно міняють свої міцнісні характеристики в результаті руйнування їх природної структури та вологості.

Будівельні норми і правила встановлюють основні положення щодо визначення небезпечних природних дій, що викликають прояви та (або) активізацію природних процесів, що враховуються при розробці передпроектної документації (обгрунтуванні інвестицій в будівництво об'єктів, схем і проектів районного планування, генеральних планів міст, селищ і сільських поселень та іншої документації), техніко-економічних обгрунтувань і робочої документації на будівництво будівель та споруд, а також схем (проектів) їх інженерного захисту.

2. Опишіть мінерал біотіт і породи: опока, мергель, мармур, відповідаючи на питання, поміщені в примітках до цих таблиць.

Біотит - Мінерал з групи слюд. За структурою відноситься до шаруватих алюмосилікатах. Хімічна формула K (Mg, Fe) 3AlSi3 O10 (OH, F) 2. Хімічний склад вельми мінливий: окис калію (К2О) 4,5 - 8,5%, окис магнію (MgO) 0,3 - 28%, закис заліза (FeO) 2,8 - 27,5%, оксид заліза (Fе2О3) 0,3 - 20,5%, окис алюмінію (Аl2О3) 9,5 - 31,5%, оксид кремнію (SiO2) 33 - 45%, вода (H2O) 6 - 11,5%. Колір у тонких листочках від червонувато-бурого до буро-зеленого. Біотит є важливим породоутворюючий мінералом гранітів, трахітов. Рідше зустрічається в більш основних і дуже рідко в основних породах (базальти). Широко поширений в пегматитах. У багатьох метаморфічних породах (контактовому рогівки, слюдяні сланці, парагнейси, ортогнейси) зустрічається у вигляді мелкочешуйчатих, іноді щільних шлірових виділень. Поширений повсюдно. Практично у всіх кислих магматичних (граніти, гранодіорити тощо) і метаморфічних (гнейси, сланці) Найбільш великі кристали сягають 1-1,5 м, зустрічаються в пегматитові жилах. Біотит застосовують у малоответственних електроізоляційних виробах, порошок його також йде на виготовлення бронзової фарби.

Опока відноситься до осадковим породам змішаного походження, до глинисто-кременистої групі порід. Легка, тверда, микропористая. Від мергелю відрізняється відсутністю вапна, тому не скипає з HCl.

Опоки складені тонкозернистим опалом, зміст якого досягає 85-90%. Зазвичай в опоках майже відсутні частки понад 0,1 мм, а частинок, які менше цієї величини, міститься більше 70-80%. Поруч проміжних типів опоки пов'язані з глинистими та піщаними породами.

Типові опоки мають жовто-сірий і світло сірий колір, для більш щільних оркемнелих різниць характерна більш темна (темно-сіра) забарвлення. Практично у всіх різницям опок виявляється раковістий злам.

Спільними інженерно-геологічними особливостями опок є: 1) висока пористість; 2) велика вологоємність; 3) порівняно висока міцність в сухому стані і значне її падіння при Водонасичення; 4) слабка морозостійкість.

Характерною рисою опок є саме їх надзвичайно слабка морозостійкість. Вже після 2-4 циклів змінного заморожування й відтавання зразки руйнуються. Це може бути пояснено лише великий вологоємністю опок (до 50-70%). Крім того, потрібно відзначити, що хоча пори в опоках відкриті і повідомляються один з одним, водопроникність опок незначна (що виникає в опоках природного відкладення коефіцієнт фільтрації, що дорівнює 5 м/сут.), пов'язаний виключно з тріщинуватістю порід масиву.

Мергель відноситься до осадковим породам змішаного походження, до глинисто-карбонатної групі порід. Бурхливо скипає з CHl, на місці краплі залишає пляма бруду. Колір різноманітний і залежить від кольору глинистої домішки. Порода щільна, нерідко шарувата. Складається з суміші кальциту з глиною (глини 30-50%)

Це вапняно-глиниста порода, у якої глинисті частинки зцементувати карбонатною матеріалом. Розподіл глинистого і карбонатної речовини в мергель найчастіше рівномірне. Зазвичай під мергелем розуміють таку породу, у якій вміст CaCO3 коливається в межах 25-30%. При великому змісті CaCO3 порода отримує назву мергелістих вапняк, а при меншій - глинистий мергель. Ці типи порід пов'язують мергель, з одного боку, з вапняком, з другий - з глинами. Мергель здатний набухати завдяки вмісту в ньому глинистих речовин, при цьому всі дрібні тріщини, по яких можлива циркуляція води, закриваються і тим самим припиняється фільтрація води крізь мергелістих товщі. Набухання мергелю головним чином залежить від співвідношення в породі карбонатної і глинистої складових.

Фізико-механічні властивості мергелів у зв'язку із вмістом карбонатів і ступеня їх дисперсності визначаються в досить широкому діапазоні вимірювання. На природних скосах і укосах штучних виїмок мергелі швидко вивітрюються, руйнуються, формуючи досить рухливі плітчатие осипи. Мергель, у зв'язку з унікальністю складу (карбонати + глина), практично без додаткового збагачення, дає можливість використовувати його як природної сировини для виробництва цементу.

Мармур є представником карбонатно-метаморфічних порід, які можуть утворюватися як при регіональних, так і при контактовому метаморфізмі. Головним тут є наявність серед чинників значних температур і тисків. Мінеральний склад: кальцит, іноді домішка доломіту, кварцу, польового шпату. Мармур - перекрісталлізовавшійся вапняк, в якому між кристалічними зернами є безпосередній зв'язок. Структура кришталево-зерниста, текстура масивна. Колір різноманітний. При дії HCl скипає. Структура і текстура мармурів диктує їх фізичні та механічні властивості. Середньозернисті масивні мармури, наприклад, з басейну річки Амур характеризуються міцністю на стиск в середньому 115 МПа, яка після Водонасичення знижується до 80 МПа, а після випробувань на морозостійкість падає до 70 МПа. Дрібнозернисті доломітізірованние мармури досягали міцності 200 МПа і більше. У той же час грубозернисті «сахаровідние» різниці мармурів мають міцність, що не перевищує 50-60 МПа. Відмінною рисою мармурів серед метаморфічних порід є їх слабка розчинність в воді, яка містить вуглекислоту. Це визначає значно меншу закарстованість мармурових масивів, ніж у товщах, складених вапняками або доломітами. Мармур досить стійкий до «звичайного» вивітрюванню, зберігає круті, аж до «стрімких», природні схили.

3. Назвіть основні фізико-механічні властивості гірських порід, необхідні для проектування та будівництва. Опишіть умови освіти і будівельні властивості морських грунтових відкладів

Основні фізико-механічні властивості гірських порід

Показники фізичних та механічних властивостей скельних і нескельних грунтів між собою досить значно різняться, особливо фізичні. Характеристики фізичних властивостей виражають фізичний стан грунтів (щільність, вологість тощо) і дозволяють їх класифікувати по типу, виду і різновидів. Під механічними мають на увазі такі властивості, які з'являються в грунтах під впливом зовнішніх зусиль (тиску, удару .).

Для рішення задач проектування будівель та споруд всі фізико-механічні характеристики грунтових підстав поділяють на дві групи:

1) показники фізико-механічних властивостей, які використовують безпосередньо в розрахунках підстав;

2) допоміжні показники, за допомогою яких здійснюють класифікацію грунтів, прогнозуються механічні характеристики першої групи, виділяють інженерно-геологічні елементи в товщі грунтів

Характеристики фізико-механічних властивостей використовуваних в розрахунках підстав

Міцність грунту оцінюється максимальним навантаженням, яка додається до нього в момент руйнування (втрати суцільності). Ця характеристика називається межею міцності Rc вимірюється в МПа, або тимчасовим опором стиску.

На міцність грунтів впливають: мінеральний склад, характер структурних зв'язків, тріщинуватість, ступінь виветрелості, ступінь размягчаемості у воді. Для нескельних грунтів іншою важливою характеристикою міцності є опір зрушення. Визначення цього показника необхідно для розрахунку стійкості підстав, а також для оцінки стійкості грунтів у укосах будівельних котлованів, розрахунку тиску грунту на підпірні стіни і т. д. Опір зсуву оцінюється силами внутрішнього зсуву