1. Какие вопросы рассматриваются в геологии и инженерной геологии?

1. Какие вопросы рассматриваются в геологии и инженерной геологии?

Геология-наука о Земле, её строении, составе, истории развития и процессах, происходящих в ней. Основным объектом изучения геологии является литосфера, или земная кора.

Геология входит в состав естественных наук. Её становление относится к ХVIII веку. Одним из основоположников научной геологии является М.В. Ломоносов.

В настоящее время геология является комплексной наукой, состоящей из многочисленных самостоятельных дисциплин.

В последние десятилетия широкое развитие получила инженерная геология - наука, изучающая геологические процессы верхних горизонтов земной коры и физико-механические свойства горных пород (грунтов) в связи с инженерно-строительной деятельностью человека.

2. Что изучает инженерная геология?

Инженерная геология изучает природную геологическую обстановку местности до начала строительства, а также определяет те изменения, которые произойдут в геологической среде, и в первую очередь в породах, в процессе строительства и при эксплуатации сооружений. Ни одно здание или сооружение не может быть запроектировано без соответствующих инженерно- геологических работ.

3. Какие задачи решает инженерная геология?

Основные задачи, которые решает инженер - геолог перед тем, как строитель запроектирует здание или сооружение:
1) выбор места наиболее благоприятного в геологическом отношении для строительства данного сооружения;
2) выявление инженерно-геологических условий в целях выбора наиболее рациональных типов и конструкций фундаментов и сооружений, а также технологии производства строительных работ;
3) рекомендации необходимых мероприятий по инженерному улучшению выбранной территории.
Инженерная геология может решать самые сложные задачи при строительстве любых инженерных сооружений.

4. Что называют литосферой?

Наружная часть Земли до глубины 50-70км представлена оболочкой, называемой литосферой. В пределах материков она мощная, в пределах океанов-менее. Литосферу часто называют «земной корой». Эта часть Земли наиболее изучена, так как является источником минерального сырья.

Литосфера состоит из разнообразных горных пород и минералов с плотностью в среднем 2,7-2,8 г/см³.

5. Какую роль в геологических процессах на Земле играет гидросфера?

Гидросфера это водная оболочка Земли (океаны, моря, реки, озёра, материковые льды).

Гидросфера не образует сплошного слоя и покрывает земную поверхность на 70,8%. Средняя мощность ее около 3,80 км, наибольшая - свыше 11 км (11521 м - Марианская впадина в Тихом океане). Гидросфера играет огромную роль в геологических процессах на Земле - с водой связана жизнь на земле. Биосфера – сфера жизнедеятельности организмов находится в постоянном взаимодействии с литосферой, гидросферой и атмосферой.

6. Какой тепловой режим Земли?

Земля имеет два источника тепла: от солнечной радиации (99,5%) и энергии, освобождающейся в процессе распада радиоактивных веществ в недрах планеты. Влияние двух источников тепла обуславливает сложный характер изменений температуры в толщах горных пород.

7. Что называют гидротермическим градиентом?

В верхней части земной коры выделяют три температурные зоны:

I-сезонных колебаний,

II-постоянной температуры,

III-нарастания температуры.

В пределах III зоны температура с глубиной возрастает. Величина нарастания температуры на каждые 100 м глубины называется геотермическим градиентом.

Рис. 1. Температурные зоны

8. Что называют геотермической ступенью?

Глубина, при которой температура повышается на один градус, называется геотермической ступенью. Средняя величина этой ступени составляет 33м. В районах вулканизма величина этой ступени уменьшается до 5-7м. (например, в г. Москве на глубине 1630м температура достигает ≈ +41^°С).

9. Что называют минералами?

Минералы – это природные тела, имеющие определенный химический состав и физические свойства, образующиеся в результате физико-химических процессов, протекающих в земной коре. Большинство минералов твёрдые, но встречаются также жидкие и газообразные.

10. Какие минералы называют породообразующими?

В земной коре содержится более 7000 минералов и их разновидностей, но большинство из них встречаются редко и лишь около ста минералов встречаются наиболее часто, входя в состав главнейших горных пород. Эти минералы называют породообразующими.

11. В каких природных условиях образуются минералы?

Условия, в которых образуются минералы в природе, отличаются большим разнообразием и сложностью. Приближенно эти условия можно разделить на три процесса: эндогенный, экзогенный и метаморфический.

12. Какие минералы образуются в результате эндогенного процесса?

Эндогенный процесс связан с внутренними силами Земли и протекает в ее недрах. Минералы рождаются из магмы - силикатного огненно – жидкого расплава. Магма по мере понижения температуры кристаллизуется, затвердевает. Таким путём образуется кварц, силикаты и другие минеральные образования. Характерной особенностью этого процесса является высокая температура и давление. Минералы образуются плотные, с большой твердостью, стойкие к воде, кислотам, щелочам.

13. Какие минералы образуются в результате экзогенного процесса?

Экзогенный процесс характерен поверхности земной коры, где протекают сложные явления взаимодействия литосферы с гидросферой, атмосферой и биосферой. В этом процессе минералы образуются на суше, а также путём выпадения их из водных растворов (озёр, морей и др.). Таким путём образуются минералы глинистого комплекса, различные железистые соединения. Путём выпадения из водных растворов образуются минералы – соли (галит, сильвин, мирабилит и др.). В экзогенном процессе ряд минералов возникает также за счет жизнедеятельности различных организмов (кальцит в виде жемчуга, опал, ароганит и др.). Экзогенные минералы разнообразны по своим свойствам. В большинстве случаев они имеют низкую твёрдость и активно взаимодействуют с водой или растворяются в ней.

14. Какие минералы образуются в результате метаморфического процесса?

Метаморфический процесс – это процесс перерождения ранее образовавшихся минералов (эндогенных и экзогенных) под воздействием высоких температур, давлений, а также магматических газов и воды. Минералы изменяют своё первоначальное состояние, проходят перекристаллизацию, приобретают плотность и прочность. Таким путём образуются многие минералы - часть силикатов и др.

15. Какие основные физические свойства минералов?

Главнейшими из них являются:

1) морфологические особенности (внешняя форма);

2) оптические характеристики (цвет, прозрачность, блеск);

3)показатели твердости, спайность, излом, плотность.
16.Что понимают под спайностью минералов?

Под спайностью понимают способность минералов раскалываться или расщепляться по определённым направлениям с образованием гладких плоскостей раскола.

17. Как оценивают твёрдость минералов?

Твердость минералов – способность противостоять внешнему механическому воздействию, в частности царапанью. Каждому минералу присуща определённая твердость, которая ориентировочно оценивается по 10-балльной шкале твердости Мооса.

18. Какая основная классификация породообразующих минералов?

Основной классификацией минералов является химический состав. Все минералы можно разделить на 10 классов:

1-силикаты 6-сульфаты

2-карбонаты 7-галоиды

3-окислы 8-фосфаты

4-гидроокислы 9-вольфраматы

5-сульфиды 10-самородные элементы
19. Что представляют собой горные породы?

Горные породы представляют собой минеральные агрегаты. Горная порода может состоять почти из одного минерала. В этом случае она называется мономинеральной. Более широко распространены полиминеральные породы, состоящие из нескольких минералов, например, гранит, в состав которого входят полевой шпат, слюда, кварц и др.

20. Как классифицируют горные породы?

Горные породы разнообразны по своему происхождению, составу, строению и свойствам. Классификация горных пород в инженерной геологии является, кроме того, средством и методом их познания. Классификация необходима для:

1)разделения всего многообразия пород по строительным качествам, чтобы, пользуясь классификацией, можно было давать предварительную инженерно-геологическую оценку горных пород;

2) построения геологических карт, разрезов, схем;

3) определения состава, объема, методики инженерно-геологических изысканий;

4) выбора методов улучшения свойств горных пород (грунтов).

Единой общепринятой классификации горных пород в инженерной геологии пока нет.

В настоящее время известно около 1000 видов горных пород, которые по своему происхождению делятся на три типа: магматические, осадочные и метаморфические.

Магматические и метаморфические горные породы занимают основное место в земной коре – 95% от общей её массы. На поверхности Земли наибольшее распространение имеют осадочные породы, на которых чаще всего и приходится строителям возводить здания и сооружения.
21. Что необходимо знать для оценки условий строительства на магматических породах?

При проектировании и строительстве различных сооружений с магматическими породами приходится встречаться довольно часто, Для оценки условий строительства на них сооружений важно учитывать минеральный состав, структурные и текстурные особенности, условия залегания, степень и характер трещиноватости и выветрелости. Большое значение при этом имеют и их физико-механические свойства.

22. По каким признакам делят магматические породы?

В зависимости от условий застывания и кристаллизации магмы магматические породы разделяются на глубинные (интрузивные), и излившиеся (эффузивные). По содержанию в магматических породах кремнезема (в виде кварца и в связанном состоянии в силикатных соединениях) различают породы кислые, средние, основные и ультраосновные.

23. По каким признакам делят осадочные породы?

По происхождению осадочные сцементированные породы разделяются на следующие четыре группы:

1)обломочные, образовавшиеся из скопления продуктов механического (физического) разрушения различных горных пород;

2)глинистые, образовавшиеся при участии механического (физического) разрушения и продуктов химического разрушения и разложения различных горных пород;

3)химические – химические осадки водных бассейнов;

4)органогенные – образовавшиеся из остатков различных организмов и растений.

24. По каким признакам делят метаморфические породы?

Для оценки условий строительства сооружений на метаморфических породах, как и на магматических , необходимо изучать их минеральный состав, внутреннее строение, условия залегания, степень и характер трещиноватости и выветрелости, а также физико-механические свойства. В зависимости от того, какие агенты метаморфизма играют ведущую роль в глубоком преобразовании горных пород, различают несколько типов метаморфических горных пород, а классифицируют их по структурно-текстурным признакам и минералогическому составу на массивные или зернистые и сланцеватые.

25. Какие различают типы метаморфизма?

В зависимости от ведущего фактора метаморфизма различают следующие типы метаморфизма: контактовый, динамометаморфизм, региональный.

Контактовый метаморфизм развивается на контакте между внедрившейся магмой и вмещающими её породами. Воздействие высокой температуры, а также газов и паров воды ведёт к коренному изменению вмещающих пород. Так возникают породы зернистого вида-мраморы и кварциты.

Динамометаморфизм. Это преобразование исходных пород под действием высокого давления, которое возникает в процессе горообразования или под весом вышележащих толщ. При этом образуются породы типа глинистых сланцев с характерной для них сланцеватостью.

Региональный метаморфизм проявляется на больших площадях и в глубине земной коры. Глубинную толщу, где протекает этот процесс, называют поясом метаморфизма. Этот пояс по глубине и интенсивности проявления факторов метаморфизма делят на три зоны: верхняя, средняя, нижняя.
26. Какой различают возраст горных пород, и что это даёт строителям?

Различают абсолютный и относительный возраст горных пород.

Абсолютный возраст выражается в годах, т.е. определяется, сколько лет прошло с момента образования породы. Для этой цели применяют радиоактивные методы, основанные на использовании процессов радиоактивных превращений (уран, калий, рубидий и др.)

Относительный возраст позволят определить возраст относительно друг друга, т.е. устанавливать, какие породы древнее, какие моложе, Для этого используют два метода: стратиграфический и палеонтологический.

Знание возраста горных пород необходимо для оценки свойств пород и определения их положения среди других пород. Так, например, породы, образовавшиеся в одно и тоже время в одинаковых условиях, обладают обычно одинаковым составом, и подобные породы обладают одинаковыми строительными свойствами.

27. Что следует называть грунтом?

Грунтами называют любые горные породы, почвы, техногенные образования коры выветривания Земли - сыпучие или связные, прочность связей у которых между частицами во много раз меньше, чем прочность самих частиц, или эти связи между частицами отсутствуют вовсе. Есть и другое определение грунтов: это горные породы, являющиеся объектом инженерно-строительной деятельности человека.

Грунты могут служить:

1) основанием зданий и сооружений;

2)средой для размещения в них сооружений (например, метро, тоннели и др.);

3)материалом самого сооружения (плотины, насыпи, дороги и др.).

28. Из чего состоят грунты?

Грунты состоят из:

твердых частиц (минералов, горных пород, органических остатков и др.);
воды в различных видах и состояниях (в том числе льда при нулевой или отрицательной температуре грунта);
газов (в том числе и воздуха).

Вода и газы находятся в порах между твердыми частицами (минеральными и органическими). Вода может содержать растворенные в ней газы, а газы могут содержать пары воды.
29. Какие физические характеристики грунта являются основными? ГОСТ 25100-95.

Основными физическими характеристиками грунта (определяемые непосредственно в лабораторных или полевых условиях) являются:

плотность грунта - ρ [г/см³]; (удельный вес - γ - [кН/м³]);
плотность частиц грунта- ρ_s [г/см³]; (удельный вес частиц грунта – γ_s-[кН/м³];);
природная влажность –w; [в долях единицы];

Остальные физические характеристики могут быть вычислены с их использованием.

(Справка- ρ г/см³·9,8=γ кН/м³)

30. Что называется плотностью грунта ρ (удельным весом грунта γ)?

Плотностью грунта ρ называется, отношение массы образца грунта к полному объему, который он занимает, включая объем пор. Размерность [г/см³].

31. От чего зависит плотность грунта ρ ?

Плотность грунта ρ зависит от плотности частиц грунта ρ_s, его пористости n и влажности w.

32. Что называется плотностью частиц грунта ρ_s,?

Плотностью частиц грунта ρ_s называется отношение массы частиц грунта к объему, который они занимают. Размерность [г/см³].

33. От чего зависит плотность частиц грунта ρ_s?

Плотность частиц грунта ρ_s, зависит от минералогического состава скелета грунта и степени их дисперсности. У глин она больше, чем у песка при одних и тех же образующих грунт минералах. В глинистом грунте поверхность частиц намного больше, чем в песчаном. Плотность частиц грунта ρ_sне зависит от его пористости n .

34. Что называется плотностью сухого грунта ρ_d?

Плотностью сухого грунта ρ_d называется отношение массы высушенного грунта к полному объему, который он занимает, включая объем пор. Размерность [г/см³].

35. Каким способом можно измерить объем глинистого грунта с целью определения его плотности?

Тремя способами:

по объему вытесненной воды при погружении в нее грунта, который предварительно парафинируется для предотвращения размокания и попадания воды внутрь образца;
с помощью режущего кольца, объем внутренней полости, которого определяется замером и которое полностью заполняется грунтом.

3) метод шурфиков.
36. Что называется пористостью грунта n?

Пористостью п грунта называется отношение объема пор к полному объему образца грунта.

37. Что называется коэффициентом пористости грунта е ?

Коэффициентом пористости е или относительной пористостью называется отношение объема пор в образце к объему, занимаемому его твердыми частицами - скелетом, то есть.

.

38. Что называется влажностью грунта W, и какой она бывает? Может ли влажность грунта быть больше единицы (т.е.100 %)?

Влажность грунта бывает весовой и объемной. Весовой влажностью называется отношение массы воды в образце грунта к массе твердых частиц грунта (скелета). Объемной влажностью называется отношение объема воды в образце грунта к объему, занимаемому твердыми частицами (скелетом грунта). Для одного и того же грунта весовая влажность меньше, чем его объемная влажность. Влажность грунта может быть больше единицы или 100 % (например, у ила, торфа). Поэтому:

;

39. Что называется степенью влажности S_r_,и в каких пределах она изменяется? (справедливо для раздельнозернистых грунтов, т.к. только раздельнозернистые грунты могут быть полностью водонасыщены).

Коэффициентом (индексом) водонасыщенности, или степенью влажности грунта, называется отношение природной влажности грунта w к влажности, соответствующей полному заполнению пор водой, w_sat. Коэффициент водонасыщенности S_r изменяется от нуля (для абсолютно сухого грунта) до единицы (для полностью водонасыщенного грунта). Он вычисляется по формуле:

где ρ_w-плотность воды =1г/см³.

Грунты называются маловлажными при S_r <0,5, влажными при 0,5< S_r <0,8 и насыщенными водой при S_r >0,8.

40. Чему равна плотность взвешенного в воде грунта?

Плотность взвешенного в воде грунта ρ_sb равен плотности грунта в атмосфере ρ за вычетом плотности воды ρ_w, то есть:

Эта формула пригодна для грунта с любой водонасыщенностью, то есть при полном и неполном заполнении пор водой (в этом случае считается, что воздух, имеющийся в грунте, не замещается водой). Удельный вес грунта, но с полностью заполненными водой порами (W =W_sat ), то есть когда

Плотность взвешенного в воде грунта может быть определена по формуле:

41. Для каких целей нужны классификация грунтов и классификационные показатели?

Классификация грунтов необходима для объективного присвоения грунту одного и того же наименования и установления его состояния вне зависимости от того, кем и в каких целях они производятся. Наименование и состояние грунта устанавливаются по классификационным показателям.

42. Что называется числом (индексом) пластичности І_pглинистого грунта и что оно показывает?

Числом (индексом) пластичности глинистого грунта называется разность между влажностями на границе текучести W_L и на границе раскатывания или пластичности W_p. Число (индекс) пластичности связано с процентным содержанием в грунте глинистых частиц и может служить классификационным показателем для отнесения глинистого грунта к супеси, суглинку или глине. Т.е. число пластичности необходимо для определения вида глинистого грунта.

При 1<I_p≤7 глинистый грунт называется супесью, при 7<I_p≤17 называется суглинком и

при I_p >17 - глиной. (Здесь І_pв процентах).

43. Что такое показатель консистенции I_l (индекс текучести) глинистого грунта и зависит ли он от естественной влажности W? В каких пределах он изменяется?

Показатель консистенции I_L (индекс текучести) глинистого грунта характеризует состояние глинистого грунта (густоту, вязкость), линейно зависит от естественной влажности, может быть как отрицательным (твердые грунты), так и положительным, в том числе и более единицы (грунты текучей консистенции). При изменении I_L в пределах от нуля до единицы грунты имеют пластичную консистенцию.

Показатель консистенции I_L определяется в долях единицы по формуле:

Для суглинков и глин диапазон изменения I_L от нуля до единицы (пластичное состояние) подразделяется на четыре равных поддиапазона: грунты полутвердые, тугопластичные, мягкопластичные и текучепластичные.

44. Где и каким образом определяются характеристики (показатели) свойств грунтов?

Показатели физических свойств грунтов определяются либо на отобранных в натуре в массиве образцах грунтов естественного сложения, т.е. ненарушенной структуры, либо непосредственно путем испытания грунтов, находящихся в грунтовом массиве, то есть в полевых условиях. При испытаниях следует выполнять требования соответствующих ГОСТов или ведомственных нормативных документов. Для испытаний используются стационарные либо полевые лаборатории. Предпочтительными являются прямые методы испытаний, но в ряде случаев используются результаты косвенных методов исследования.

следующая страница >>