Задание №4.Составить описание геологического разреза типа п.

Т ерритория сложена породами каменноугольного, пермского, мелового, палеогенного и четвертичного возраста.

Стратегический перерыв наблюдается между пермским и меловым периодами. В это время в триасе и юре происходило разрушение верхних пород.

На данной схеме геологического разреза мы можем наблюдать разрывную дислокацию. Это может быть связано с сейсмической

активностью, которая приводит к разрыву сплошности пород и смещению разорванных частей относительно друг друга. Здесь мы можем видеть такой вид разрывной дислокации, как ступенчатый сброс.

Вследствие тектонических движений породы каменноугольного, пермского, мелового и палеогенного периодов подверглись ступенчатому сбросу. Действию сейсмической активности не подверглись лишь четвертичные отложения, они самые молодые, залегают ровно на поверхности

Задание 9 (вариант 14).Составить описание флювиогляциального генетического типа четвертичных отложений

Флювиогляциальные отложения - отложения потоков талых ледниковых вод. Pазличают два типа Ф. o.- приледниковый и внутриледниковый. Приледниковыe Ф. o. образуются перед фронтом ледника вытекающими из-под его края талыми водами. Для них характерна быстрая смена грубых галечников и валунных песков мелкозернистыми косослоистыми песками по мере удаления от края ледника. Cлагают зандры, флювиогляциальные террасы, некоторые озы. Bнутриледниковыe Ф. o. отлагаются талыми водами в подлёдных тоннелях, промоинах и проталинах в толще льда. Oтличаются большой неоднородностью строения, обусловленной чередованием в разрезе и сменой на площади накоплений валунников, галечников, гравия, плохо отсортированных или хорошо промытых косослоистых песков разной крупности. Cлагают озы и камы.

Флювиогляциальные ледниковые отложения (рисунок 1.3) нередко обладают очень малой устойчивостью к воздействию фильтрационного потока и гидродинамического давления. Это свойство во многих случаях объясняется большим содержанием в них пылеватых ча­стиц, обладающих наряду с малой сжимаемостью и значительным сопротивлением сдвигу под нагрузкой (коэффициент трения составляет 0,4...0,5) очень малой связностью. В силу отсутствия связности, малой водопроницаемости и плотности такие породы легко оплывают в откосах каналов при колебании уровня воды. При значительных градиентах, создающихся в грунте при экска­вации глубоких котлованов открытым способом и всякого рода потрясениях, такие грунты вообще легко переходят в текучее состояние (плывуны).

Рисунок 1.3. Карта-схема инженерно-геологического районирования условий развития экзогенных геологических процессов

Задание 10 (вариант 10).Для конкретных инженерно-геологических условий (категория пород по сейсмическим условиям 2 и силе землетрясения – 11-12 баллов) составить прогноз характера разрушения зданий и сооружений и влияния на грунты и режим поверхностных и подземных вод.

Землетрясения — подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами) или искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушением подземных полостей горных выработок). Небольшие толчки могут вызывать также подъём лавы при вулканических извержениях.

Ежегодно на всей Земле происходит около миллиона землетрясений, но большинство из них так незначительны, что они остаются незамеченными.

Действительно сильные землетрясения, способные вызвать обширные разрушения, случаются на планете примерно раз в две недели. К счастью, большая их часть приходится на дно океанов, и поэтому не сопровождается катастрофическими последствиями (если землетрясение под океаном обходится без цунами).

Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, которые они способны произвести. Разрушения зданий и сооружений вызываются колебаниями почвы или гигантскими приливными волнами (цунами), возникающими при сейсмических смещениях на морском дне.

Причиной землетрясения является быстрое смещение участка земной коры как целого в момент пластической (хрупкой) деформации упруго напряжённых пород в очаге землетрясения. Большинство очагов землетрясений возникает близ поверхности Земли.

Скольжению пород вдоль разлома вначале препятствует трение. Вследствие этого, энергия, вызывающая движение, накапливается в форме упругих напряжений пород. Когда напряжение достигает критической точки, превышающей силу трения, происходит резкий разрыв пород с их взаимным смещением; накопленная энергия, освобождаясь, вызывает волновые колебания поверхности земли — землетрясения.

Землетрясения могут возникать также при смятии пород в складки, когда величина упругого напряжения превосходит предел прочности пород, и они раскалываются, образуя разлом.

Сейсмические волны, порождаемые землетрясениями, распространяются во все стороны от очага подобно звуковым волнам. Точка, в которой начинается подвижка пород называется фокусом, очагом или гипоцентром, а точка на земной поверхности над очагом — эпицентром землетрясения. Ударные волны распространяются во все стороны от очага, по мере удаления от него их интенсивность уменьшается.

При силе землетрясения в 11 баллов образуются трещины в поверхностных слоях земли, случаются оползни и обвалы. Только немногие каменные здания сохраняют устойчивость. Обрушение мостов. Подземные трубопроводы полностью выходят из строя. Значительный изгиб рельсов на железных дорогах.

При силе землетрясения в 12 баллов изменения в почве достигают огромных размеров. Многочисленные трещины, обвалы, оползни. Возникновение водопадов, подпруд на озёрах, отклонение течения рек. На поверхности земли образуются волны. Изменяются отметки поверхности и линия горизонта. Ни одно сооружение не выдерживает. Предметы подбрасываются в воздух. Тотальное разрушение.

Задание 13 (вариант Д). Для расчетной схемы определить приток воды к подземным выработкам и сооружениям

Схема Д

Определим радиус влияния R по формуле Кусакина:

R=2 ∙S√ H∙K_ф

S – понижение УГВ

H =11,8 м – мощность грунтовой воды

Т.к. высотная отметка УГВ равна 29,1 м, а отметка воды в скважине при откачке 25,0 м, то S=29,1 – 25,0= 4,1 м (принимаем для среднезернистого песка коэффициент фильтрации равный 10 м/сут.).

R=2 ∙ 4,1 √11,8 ∙ 10 = 89,1 м

Радиус колодца r =d /2= 1,2 /2= 0,6 м

Т=Н – S – I расстояние от дна колодца до водоупора

R/H= 89,1 / 11,8= 7,6 <10

Определим приток воды к несовершенному колодцу через дно:

q= 4K_ф r∙S =4∙ 10∙ 0,6∙ 4,1= 98,4 м³/сут.

Ответ: q=98,4 м³/сут.

Задание №14(14). Составить сводную таблицу свойств и характеристик для грунтов типов пески разной крупности и супеси легкие.

Показатель	пески разной крупности	супеси легкие
Зерновой состав		30-40% 0,002мм
Степень выветрелости
Сопротивление грунту при зондировании А) статическом Б) динамическом		Суглинки (не моренные) очень прочные qc>10
Коэффициент уплотнения
Коэффициент пористости, е	Среднее значение 0,6	Среднее значение 0,61
Величина пористости		0,65-0,85
Число пластичности, Ip	1-7	12-17
Показатель консистенции, IL		<0
По степени плотности, ID
Угол внутреннего трения, град.	24-30	21-30
Относительная просадочность		Среднее значение 0,003
Степень влажности		Среднее значение 0,86
Коэффициент хрупкости
Истираемость
Предел прочности, МПа
Водопоглащение, %
Показатель твёрдости по шкале Мооса
Пустотность, %
Грязеёмкость, мг/см
Коэффициент фильтрации, м/сут		0,01-0,05
Максимальная молекулярная влагоёмкость, %		11,82
Высота капиллярного поднятия, м		3,5-6,5

Задание №16(10): Определить характер воздействия и последствия деятельности животных на устойчивость откосов и меры борьбы со склоновыми процессами

На устойчивость откосов влияют следующие действующие факторы: ненарушенные рыхлые породы, условия залегания, гидрогеологогические условия, выветривание, профиль откоса, морфологические условия, нагрузки, технические воздействия, растительность, деятельность животных.

Каждый из этих факторов влияет на устойчивость откосов, многие из этих факторов взаимосвязаны.

Вследствие деятельности животных происходит образование пустот, разрыхление.

Это приводит к эрозии, увлажнению почвы и её осадке. Всё вышеперечисленное крайне нежелательно, так как приводит к разрушению откосов.

Впоследствии неустойчивые откосы могут стать причиной различных склоновых процессов, таких как обвалы, оползни и т.п..

Меры борьбы с оползнями: защита грунтов поверхности склона – одерновка, посев трав, древонасаждение, изоляция поверхности; механическое сопротивление движению земляных масс – подпорные стенки, свайные ряды, шпонки, земляные контрбанкеты, замена грунтов поверхности скольжения; изменения физико-технических свойств грунтов – подсушка и обжиг глинистых грунтов, электрохимическое закрепление грунтов.

Задание № 17(13). Камеральные работы – всесторонняя научная обработка и обобщение материалов, собранных в процессе полевых топографических, геологических и др. специальных исследований какой-либо территории или каких-либо геологических объектов.

В процессе камеральных работ составляются сводные отчёты и графические, табличные и текстовые документы, отражающие результаты проведённых полевых работ.

Требования к камеральным работам устанавливаются действующими инструкциями и положениями в зависимости от целей и задач проведённых работ, а затраты на их производство определяются по справочникам укрупнённых сметных норм (СУСН) или обосновываются при проектировании геологоразведочных работ.

Камеральные работы по геологической съёмке включают палеонтологическое, геохронологическое, литолого- петрографическое, минералого-геохимическое, структурное, геофизическое и др. изучение образцов и проб геологических пород для выявления их состава, строения и возрастных взаимоотношений.

Камеральные работы включают обобщение и увязку всех полевых, лабораторных и литературных материалов с составлением стратиграфических колонок, геологических разрезов и карт. Отчёт по геологосъёмочным работам состоит из текста, графических и текстовых приложений, комплектов обязательных и специальных карт.

Комплекты обязательных карт включают геологическую карту заданного масштаба со сводной стратиграфической колонкой и геологическими разрезами, карты фактического материала, четвертичных отложений и карту полезных ископаемых, их размещения и прогноза. Содержание специальных карт определяется проектами геологосъёмочных работ.

В состав камеральных работ по поискам полезных ископаемых, кроме перечисленных видов работ входит оценка всех проявлений полезных ископаемых, изучение их вещественного (химического и минерального) состава и условий залегания, а также оценка прогнозных ресурсов, определяющих перспективы рудоносности всей изучаемой территории.

По результатам разведочных работ составляется окончательный отчёт с подсчётом разведанных и предварительно оценённых запасов, а также прогнозных ресурсов полезных ископаемых для их последующего рассмотрения и утверждения.

Задание 18(6). Ручное ударно - вращательное бурение скважин

Ручное бурение скважин на воду как промышленный способ применялось еще сравнительно недавно. Да и теперь оно возможно в тех местах, куда трудно доставить буровую технику.

Ручным ударно-вращательным бурением, используя только мускульную силу человека, проходят скважины наибольшим диаметром 200–250 мм и глубиной до 70 м, а в отдельных случаях – и до 100 м.

Проходку скважины ударно-вращательным бурением ведут вращением различных буров, а в твердых и сыпуче-плывучих породах – долблением специальными долотами и стаканами. Эти буровые инструменты подсоединяют к стержням – буровым штангам, которые соответственно вращают руками или попеременно поднимают и сбрасывают в забой. Отсюда и название способа проходки «ручное ударно-вращательное бурение».

Для проходки пластичных пород (глины и смеси глин с песками) наиболее приспособленным инструментом являются ложковые буры (ложки).

Ложка – это полуцилиндр, свернутый из листовой стали, с левой отогнутой режущей кромкой (если смотреть сверху).

Порода в полости полуцилиндра удерживается сжатием и прилипанием, поэтому продольная щель между кромками для более сыпучих пород должна быть более узкой.

Ложка забирает породу вертикальной и нижней режущими кромками. Нижнюю часть ложки устраивают по-разному. Для самодельного исполнения наиболее доступны следующие варианты (рис. 20): низ ложки выполнен ковшеобразным резцом; низ ложки с левой стороны сделан в виде резца, а с правой – в виде поперечного выступа, причем между этими отгибами можно пропустить сверло по металлу и приварить его к телу ложки. И то и другое несложно выполнить, если есть возможность нагреть металл до пластичного состояния. Ложку можно также сделать из трубы подходящего диаметра и использовать ее даже без термического упрочнения режущих кромок. Существенной особенностью ложковых буров является то, что их корытообразный корпус обычно смещают на некоторое расстояние от оси вращения. Так, у бура со сверлом ось нижнего сверла и ось вращения штанги должны совпадать, а ось тела ложки следует сместить на расстояние е (эксцентриситет), равное 10–15 мм. Такой ложковый бур, вращаясь в скважине, своей продольной режущей кромкой будет вырабатывать в породе скважину большего диаметра по сравнению с диаметром ложки. Подобное уширение скважины необходимо для прохода обсадных труб, внутренний диаметр которых в большинстве случаев приходится брать больше наружного диаметра ложки. Объясняется это тем, что при опасности обвалов стенок скважины бурение и закрепление скважины обсадной трубой ведут одновременно, и ложка должна при этом проходить в обсадную трубу.

Порода, которую ложка забирает в забое скважины, извлекается на поверхность вместе с инструментом. За одну забурку ложкой обычно углубляют скважину на 30–40 см.

Иногда самодельный буровой инструмент делают в виде простого бурава – стального диска с вырезанным узким сектором и отогнутыми кромками.

Конечно, можно что-то сделать и таким буром в пластичных, необваливающихся породах. Однако он очень легко уходит в сторону, вызывая часто недопустимое искривление ствола скважины. Если еще с этим как-то можно бороться установкой выше бура центрирующего пояска, то об уширении скважины для обсадной трубы в данном случае не может быть и речи.

Ручное бурение скважин на воду как промышленный способ применялось еще сравнительно недавно. Да и теперь оно возможно в тех местах, куда трудно доставить буровую технику. Ручным ударно-вращательным бурением, используя только мускульную силу человека, проходят скважины наибольшим диаметром 200 — 250 мм и глубиной до 70 м, а в отдельных случаях — и до 100 м. Проходку скважины ударно-вращательным бурением ведут вращением различных буров, а в твердых и сыпуче-плывучих породах — долблением специальными долотами и стаканами. Эти буровые инструменты подсоединяют к стержням — буровым штангам, которые соответственно вращают руками или попеременно поднимают и сбрасывают в забой. Отсюда и название способа проходки «ручное ударно-вращательное бурение».

Ложковые буры: а — с ковшеобразным резцом; б — с отгибами и сверлом

Для проходки пластичных пород (глины и смеси глин с песками) наиболее приспособленным инструментом являются ложковые буры (ложки). Ложка — это полуцилиндр, свернутый из листовой стали, например Ст. 3, с левой отогнутой режущей кромкой (если смотреть сверху). Порода в полости полуцилиндра удерживается сжатием и прилипанием,- поэтому продольная щель между кромками для более сыпучих пород должна быть более узкой. Ложка забирает породу верти реальной и нижней режущими кромками. Нижнюю часть ложки устраивают по-разному. Для самодельного исполнения наиболее доступны следующие варианты (рис. 11): низ ложки выполнен ковшеобразным резцом; низ ложки с левой стороны сделан в виде резца, а с правой — в виде поперечного выступа, причем между этими отгибами можно пропустить сверло по металлу и приварить его к телу ложки. И то и другое несложно выполнить, если есть возможность нагреть металл до пластичного состояния. Ложку можно также сделать из трубы подходящего диаметра и использовать ее даже без термического упрочнения режущих кромок. Существенной особенностью ложковых буров является то, что их корытообразный корпус обычно смещают на некоторое расстояние от ось вращения. Так, у бура со сверлом ось нижнего сверла и ось вращения штанги должны совпадать, а ось тела ложки следует сместить на расстояние е (эксцентриситет), равное 10 — 15 мм. Такой ложковый бур, вращаясь в скважине, своей продольной режущей кромкой будет вырабатывать в породе скважину большего диаметра но сравнению с диаметром ложки. Подобное уширепие скважины необходимо для прохода обсадных труб, внутренний диаметр которых в большинстве случаев приходится брать больше наружного диаметра ложки. Объясняется это тем, что при опасности обвалов стенок скважины бурение и закрепление скважины обсадной трубой ведут одновременно, и ложка должна при этом проходить в обсадную трубу. Порода, которую ложка забирает в забое скважины, извлекается на поверхность вместе с инструментом. За одну забурку ложкой обычно углубляют скважину на 30 — 40 см. Иногда самодельный буровой инструмент делают в виде простого бурава — стального диска с вырезанным узким сектором и отогнутыми кромками. Конечно, можно что-то сделать и таким буром в пластичных и обваливающихся породах. Однако он очень легко уходит в сторону, вызывая часто недопустимое искривление ствола скважины. Если еще с этим как-то можно бороться установкой выше бура центрирующего пояска, то об устройстве скважины для обсадной трубы в данном случае не может быть и речи.

Для бурения плотных глин и суглинков применяют змеевиковый бур (змеевик), напоминающий бурав по дереву (рис. 12). Нижнее режущее лезвие змеевика имеет форму ласточкина хвоста и должно закаливаться. Змеевик действует подобно штопору: вращаясь, он ввинчивается в породу. При подъеме бура порода удерживается на его винтовых лопастях. Змеевик во время работы приподнимают на несколько сантиметров через каждые 1,5 — 2 оборота буровых штанг для отрыва от основного массива породы. В противном случае усилие подъема будет очень велико и штанги можно порвать. . Змеевиковый бур Изготовить самому такой змеевик трудно, поэтому в самодеятельном бурении вместо него с успехом используют отрезки винтовых шнеков от сельхозмашин. Для этого берут часть шнека с 6 — 4 витками, снизу приваривают сверло по металлу (или просто конический штырь) для центрирования-бура в забое, а сверху — отрезок трубы для соединения со штангами. Хорошие результаты получают, приспосабливая для бурения плотных глин и суглинков рыболовные ледовые буры. Для проходки твердых пород и валунно-галечниковых отложений служит буровые долота. При необходимости их также делают эксцентричными по отношению к оси шейки, чтобы вырабатывать уширенную скважину, доступную для прохода обсадной трубы. Долота изготавливают из закаливающихся сталей УЮ, 45, 65Г, 40ХН и др.) и закалывают до твердости зубила на высоту не более 25 мм. В зависимости от крепости проходимых пород лезвие долот должно иметь различный угол заострения. Для проходки относительно мягких пород угол заострения (двугранный угол) — 70 — 80°, для твердых пород 110 — 130°. Долота имеют разную форму применительно к различным по буримости породам (рис. 13). Бурение не очень твердых пород ведут зубильным (плоским долотом), более твердых — двутавровым и с Z-образным лезвием. Для бурения твердых трещиноватых пород служит крестовое долото, у которого два лезвия пересекаются под прямым углом, — это препятствует его заклиниванию в трещине. Скругляющее долото применяют также для проходки твердых пород, оно обеспечивает более правильную округлость скважины и дает хорошие результаты при проходке трещиноватых пород и валуно-галечниковых отложений. Эксцентричное долото разрабатывает скважины большего диаметра, чем размер лезвия. Для раздробления небольших валунов или отодвигания их в сторону в забое применяют долото в форме клипа — пирамидальное долото. Сделать самому в домашних условиях долота классической формы, представленные на рис. 13, чрезвычайно сложно. Изготовляют их ковкой в штампах из цельной заготовки, сварка категорически запрещается, так как при сварке закаливающихся сталей шов в обычных условиях получается хрупким. Для изготовления таких долот необходимы: кузнечно-прессовое тяжелое оборудование, закрытые печи с восстановительной атмосферой, специальная технологическая оснастка и т. п. Кузнецы, работающие в настоящее время вручную еще в некоторых ремонтных мастерских, неспособны сделать такие долота из-за невозможности прогреть массивную заготовку в открытом горне и невозможности удержать ее раскаленную в клещах из-за большой массы. Например, наименьшее плоское долото с длиной лезвия 148 мм имеет массу 42 кг. Поэтому форму долот надо воспринимать как «информацию к размышлению» при конструировании самодельных аналогов. Итак, возникает проблема. Решить ее можно следующим образом: либо фрезеровать долото из цельной заготовки (такую возможность имеет далеко не каждый); либо все же попытаться сварить долото из мягкой стали (имея в виду его непродолжительную работу) с твердосплавной наплавкой режущих кромок, либо сделать долото составным, то есть корпус сварить из мягкой стали, а режущую часть набрать из таких стальных зубильных лезвий, которые кузнец смог бы прогреть, вручную отковать о закалить. На рис. 14 показаны составные долота, способные разрабатывать скважину диаметром 250 мм. Все долота сделаны в основном своими руками, опробованы на практике (поработали они основательно), показав хорошие результаты. Буровые долота: 1 — зубильное (плоское); 2 — двутавровое; 3 — крестовое; 4 — скругляющее; 5 — эксцентричное; 6 — пирамидальное Корпус долота (а) вырезали кислородным резаком из стальной пластины толщиной 40 мм. Механической обработке его не подвергали, кроме незначительной зачистки на наждаке. К корпусу сверху приварена электросваркой шейка для соединения со штангами. Снизу просверлены 4 глухих отверстия диаметром 20 мм для вставных зубильных лезвий и 4 сквозных боковых отверстия диаметром 12 мм для цилиндрических клиньев, закрепляющих зубильные лезвия. Зубильные лезвия были откованы кузнецом из заготовок (инструментальная сталь УЮ), предварительно выточенных на токарном станке. После ковки в закалки зубильные лезвия были заточены, на хвостовиках напильником сделаны лыски. Затем лезвия закрепили в отверстиях цилиндрическими клиньями, нарезанными из стального прутка диаметром 12 мм. Клиновые лыски на этих деталях также сделали напильни-ком. Вставные зубильные лезвия можно отковать не из точеных заготовок, а, к примеру, из изношенных пальцев тракторных гусениц. Смонтировать зубильные лезвия в корпусе также можно по-разному — в линию, крестообразно, змейкой и др., приблизив форму долот к вышеописанным классическим образцам. Все это, попятно, легко сделать в одном корпусе, меняя только зубильные лезвия. . Составные самодельные долота: 1 — клин; 2 — вставное лезвие; 3 — заклепка Лезвия долота (б) изготовили из куска листовой рессоры, которую обрезали кислородным резаком в размер, отпустили, просверлили отверстия и установили на заклепках в корпус, подготовленный сваркой из нарубленных стальных пластин. Клепка горячая. Для долота (в) в качестве лезвий использовали обрезки отличной стали от гильотинных ножниц для рубки листового металла. Толщина обрезков 36 мм, поэтому вставные долота получились очень «мощными» и показали хорошие результаты при проходке отложений. Форма этого долота в какой-то мере воспроизводит классическое скругляющее долото. Как видим, во всех случаях соединение лезвий, сделанных из закаливающихся сталей, с корпусом из стали, не способной к закалке, выполнено клиньями, заклепками, болтами, по только не сваркой, которая бы дала хрупкий шов. Конечно, у самодельных составных долот, да еще изготовленных с применением сварки, ресурс работы и производительность будут меньше, но уж тут, как говорится, не до жиру... Тем более что задача самодеятельного бурильщика сделать только одну свою скважину, а для этого составного долота должно хватить. Но всяком случае, в практике автора вставные лезвия тупились, но поломок не было. Кстати, по старым инструкциям при каждом поднятии долота из забоя на поверхность его нужно тщательно осматривать, своевременно производить заточку и т. д. Заметим, что если в породе много валунов, может оказаться легче поднять их на поверхность, чем дробить в забое. На этот счет самодеятельными бурильщиками придумано немало хитроумных устройств: различные «пауки», вилки с тремя-четырьмя стальными зубьями и др. Автор при глубине до 10 м применял сачок — овальный стальной пруток с мешком (пруток приварен к штанге) и «гарпун» — заостренный стальной стерженьке приваренной на конце под углом острой пластинкой. Вылавливали валуны так: «гарпуном» валун выворачивали из окружающего плотного суглинка, предварительно размоченного водой, и закатывали в сачок. Для бурения пород рыхлых, сыпучих, обломочных (пески, гравий, галечник, ил), пород, наполненных водой, а также для чистки скважины после работы долотом применяют инструмент, называемый желонкой. Последняя представляет собой отрезок трубы длиной 2 — 3 м, иногда до 4 м, снабженной внизу башмаком с клапаном, а вверху — устройством для соединения со штангами (рис. 15). Клапан обычно делается плоским из стальной пластины с уплотнением резиной, кожей или без него. В желонках небольшого диаметра применяют шариковый клапан. При сбрасывании в забой башмак желонки врезается в породу, которая приподнимает клапан и входит в трубу. Когда желонку поднимают, клапан закрывается и удерживает избранную породу. После заполнения породой желонку извлекают на поверхность и очищают, поворачивая ее для этого вверх клапаном с помощью специального устройства, позволяющего по отсоединять желонку от штанги. Бурильщику, который впервые «изобретает» желонку из случайных материалов, порекомендуем не гнаться за производительностью и сделать общую высоту желонки поменьше, скажем, около 1 м, и с боковым окном (рис. 16), чтобы можно было рукой дотянуться до клапана. Через это окно можно ее и чистить не переворачивая. Косынки и конус в верхней части желонки предназначены для того, чтобы при подъеме не зацепить желопку за обсадную трубу. В качестве буровых штанг для неглубокого бурения (до 25 м) вполне достаточными по прочности являются газовые трубы внутренним диаметром 33 мм (применяют также трубы диаметром 42 и 48 мм). Длина труб отдельных звеньев штанги — 5 м. Отбирая трубы для штанг, надо внимательно осмотреть сварные швы. Если швы плохо проварены, то во время бурения при скручивающих нагрузках они легко расходятся. Обычные водопроводные или газовые муфты для соединения штанг нежелательны из-за недостаточных прочности и длины. Для соединения буровых штанг лучите изготовить специальные муфты Польшей, длины, бочкообразной формы и с гладкими концевыми внутренними проточками, в которые концы свинчиваемых штанг должны плотно заходить своими ненарезанными частями (рис. 17). Последнее делается для того, чтобы уменьшить опасные изгибающие нагрузки в концевых сечениях штанг, ослабленных резьбой. Конечно, намного ускоряет процесс соединения-разъединения штанг коническая резьба. Однако сделать такую резьбу очень трудно, и если, что скорее всего, придется ограничиться цилиндрической резьбой, то нарезать ее на штангах надо на токарном станке или клуппом с направляющей втулкой, чтобы избежать перекоса резьбы. Желонки: а — с плоским клапаном: 6 — с шариковым клапаном; 1 — труба; 2 — отбивной штифт; 3 — клапан; 4 — ось; 5 — башмак; 6 — ограничитель Самодельная желонка: 1 — ударная штанга; 2 — окно; 3 — клапан; 4 — башмак . Муфта В самодеятельном бурении применяют и другие способы соединения штанг: на фланцах, штифтами с помощью соединительных втулок или патрубков из труб меньшего диаметра. Однако оба эти способа не позволяют добиться надежного соединения штанг вследствие небольших погрешностей в установке фланцев на сварке и люфта во втулках. А устранить эти дефекты практически невозможно. При подъеме и спуске штанг в скважину их развинчивают не по одному звену (колену), а по два или по три — «столбами», или «свечами». «Столбы» нельзя класть на землю, так как при подъеме с земли они гнутся. Их надо удерживать в вертикальном положении, прислонив к надежной опоре. В старину, если бурение производилось без вышки, назначением одного рабочего в буровой команде было удерживать «столбы» руками в вертикальном положении. Штанги в «свечах» можно соединять цилиндрическими резьбами, а для соединения «свечей» между собой очень хорошо применить конические. Когда нет подходящих труб, штанги можно сделать из дерева с металлическими наконечниками, соединяя их внахлестку на болтах. В старинных руководствах эта конструкция описана как вполне реальная. Дерево для штанг: тонкослойная ель, лиственница, ясень, дуб. Деревянными штангами бурили на небольшую глубину при диаметре скважины до 3 дюймов только ударным способом. При свинчивании-развинчивании штанги висят в скважине на подкладной вилке, опираясь на нее муфтой, для этой же цели, а также для подъема и спуска штанг в скважину служит фарштуль (рис. 18). Фарштуль состоит из серьги, надетой своими ушками на цапфы массивной траверсы с вырезом посредине для пропуска рабочих штанг. Вырез закрывается откидной щеколдой (собачкой, заградительной планкой или шпилькой). Штанга, заведенная в фарштуль, садится муфтой на края выреза траверсы. Вращательное движение штанг в скважине осуществляется с помощью накидного хомута, который может быть выполнен из дерева и стягиваться шпильками. Принадлежности для штанг: а — подкладная вилка; б — фарштуль; 1 — серьга; 2 — щеколда; 3 — траверса В процессе ударно-вращательного бурения, несмотря на все предосторожности, случаются неполадки и аварии, приводящие к тому, что из скважины приходится извлекать какие-то предметы. Для этого служит ловильный инструмент (рис. 19). Чаще всего приходится вытаскивать из скважины оторвавшиеся штанги. Разрыв штанг происходит в первую очередь потому, что в домашних условиях для штанг часто используют случайные материалы, а также из-за неопытности бурильщика. Для вытаскивания оторвавшихся штанг применяют ловильный винт, или метчик, представляющий собой стальной закаленный винт конической формы, нижний конец которого свободно входит в отверстие штанг. Продольные канавки ловильного винта предназначаются для стружки, образующейся при прорезывании винтом стенок штанги трубок. . Ловильный инструмент: 1 — винт (метчик); 2 — колокол; 3 — штопор; 4 — «счастливый» крюк В тех случаях, когда отверстие оторвавшейся части замято и конец ловильного винта в него не входит, а также для вытаскивания оторвавшегося рабочего инструмента с шейкой из сплошного металла, используют ловильный колокол. Аналогичные ловильные инструменты применяют и для обсадных труб. Когда упущенная в скважину штанга имеет наверху муфту, для ее ловли применяют «счастливый» крюк, которым штангу подхватывают под муфту. Для того чтобы из скважины вытащить упавший мелкий предмет, необходим ловильный штопор — спирально согнутая стальная пластина (полоса) с резьбовым хвостиком наверху. Штопор опускают в скважину на штангах, и при вращении он вместе с породой захватывает упавший предмет. Для подъема тяжелой колонны штанг из глубоких шахт потребуется ворот или лебедка, а также опора для верхнего блока. Обычно в этом случае устанавливают буровую вышку (рис. 20), которая представляет собой треногу высотой 4,5 — 5 м с канатным блоком наверху. Через блок должна быть пропущена крепкая веревка или стальной трос, с помощью которых колонну штанге инструментом и разбуренной породой можно было бы вытащить лебедкой или воротом на поверхность. . Буровая вышка При ударном бурении, когда инструмент со штангами поднимают на 1 — 1,5 м и сбрасывают в забой, для облегчения труда применяют балансир (рычаг 1-го рода) — деревянный брус или крепкую доску-шестидесятку. Чтобы долота разрабатывали круглую скважину, штанги с инструментом при каждом ударе поворачивают руками на некоторый угол. Поэтому к балансиру их подвешивают через штанговый вертлюг (рис. 21). Солее совершенным устройством по сравнению с балансиром является специальная фрикционная лебедка, позволяющая осуществить удар в результате оттягивания каната. . Вертлюг Одним из серьезных моментов при ударно-вращательном бурении является заложение скважины. Надо помнить, что вращательное бурение ложковыми бурами всегда связано с опасностью скручивания штанг. И эта опасность тем больше, чем глубже скважина. Если нрп этом скважина заложена не отвесно, а под некоторым углом, то к .напряжениям скручивания добавляются еще напряжения от изгиба буровой колонны. Кроме того, всякая наклонная скважина имеет тенденцию с глубиной все более и более уходить от вертикали, что сильно затрудняет как само бурение, так и опускание (особенно!), а также подъем обсадных труб. При наличии треноги заложение скважины производят подвешенным инструментом, чем и достигается нужная вертикальность. Если треноги пет и штанги удерживают руками, то для закладки скважины необходимы три человека: двое закручивают ложковый бур, а третий следит за вертикальностью штанги. Когда ложковый бур углубится в землю на половину его длины, его вынимают, очищают и опускают вновь, подлив в скважину воды, чтобы стенки скважины не осыпались, а обмуровывались. Затем скважину опять проверяют на вертикальность и т. д. Если вертикальность не получилась, скважину надо начать вновь. Сухая порода плохо удерживается в ложковом буре, поэтому надо в скважину подливать воду — она играет также и роль смазки. При длине ложки 750 мм скважина при полном заполнении ложки разбуренной породой углубляется примерно на 350мм. Так как устье скважины в земле сильно разрабатывается, то, пройдя буром первые 3 — 4 м, следует обсадить скважину одним или двумя звеньями обсадной трубы. Это первое крепление скважины обычно происходит без затруднений. Обсадная труба дол мен а иметь внизу режущий башмак (см. раздел «Обсадные трубы»), а вверху — патрубок, предохраняющий резьбу от занятия. В скважине обсадная труба должна висеть свободно на деревянном или стальном хомуте. Крепление скважины обсадной трубой обусловлено следующими причинами. Пластичные породы, особенно глины, пройденные буром, имеют тенденцию набухать под воздействием воды или вспучиваться в скважину от давления верхних пластов. В результате просвет скважины сужается и затрудняет (или даже делает невозможным) спуск бурового инструмента. Когда же скважина прорезает неустойчивые породы (пески, гравий, гальку, рухляки и т. п.), она начинает засыпаться или заплывать этими породами. Неизбежным становится крепление скважины и в том случае, когда приходится переходить к долблению твердых пород долотами. Разбуренная при этом твердая порода в виде бурильной грязи отбирается небольшими порциями желонкой; скорость проходки скважины подчас измеряется сантиметрами в сутки.

Задание 19 (вариант 9). Составить для биогенного класса грунта сводный перечень основных нормативно-расчётных характеристик.

Наименование группы показателей	Показатель	Условное обозначение	Расчётная формула и размерность
1	2	3	4
1)Вещественный состав	Минеральный состав: скопление остатков растений, подвергшихся неполному разложению в условиях болот. Химический состав: углерод 50-60 %, водород 5-6.5 %, кислород 30-40 %, азот 1-3 %, сера 0.1-1.5 %. Органическая часть более 50%.	- - -	- - -
2)Показатели структуры и текстуры	1) Текстура пористая, слоистая 2) Структура волокнистая, пластичная. 3) Пористость	n
3)Механическая прочность	1) Сопротивление сдвигу 2) Удельное сцепление 3) Угол внутреннего трения 4) Коэф. бокового давления	с
4)Показатели физических свойств	1) Плотность 2) Плотность частиц 3) Плотность сухого грунта 4) Набухание	p p p
5)Физическое состояние	1) Влажность 2) Число пластичности 3)Модуль общей деформации	W J E

Задание №20(5) . Определить состав основных лабораторных исследований скальных грунтов.

В состав основных лабораторных исследований скальных грунтов входят:

- влажность;

- плотность, г/см³;

- временное сопротивление одноосному сжатию (в водонасыщенном и воздушно-сухом состоянии), МПа;

Но есть и исследования, которые проводятся только по специальному заданию:

- плотность частиц грунта, г/см³;

- размокание (скорость размокания);

- растворимость;

- суммарное содержание легко- и среднерастворимых солей (водные и соляно-кислые вытяжки);

- петрографический состав;

- валовой химический состав.

Задание №21(2). Дать описание методики проведения динамического зондирования и по данным зондирования в точке Д3-6 оценить свойства грунтов.

Динамическое зондирование выполняется согласно ГОСТ 19912-81. При динамическом зондировании подсчитывается число ударов молота при погружении зонда на определенный интервал глубины, который называется залогом.

В результате полевых испытаний грунтов динамическим зондированием определяют условное динамическое сопротивление грунта погружение зонда. Его вычисляют по данным рукописного журнала динамического зондирования или по диаграммным лентам, полученным при автоматической записи результатов.

Результаты динамического зондирования оформляются в виде графика изменения по глубине количества ударов молота в залоге и вычислении среднего количества ударов молота в залоге для каждого инженерно-геологического элемента.

Метод полевых испытаний грунтов динамическим зондированием следует применить в сочетании с бурением скважин и другими видами инженерно-геологических исследований при:

-выделения инженерно-геологических элементов.

-оценки пространственной изменчивости состава и свойств, грунтов.

-определение глубины залегания кровли скальных и крупно-обломочных грунтов.

-ориентировочной оценки физико-механических свойств, грунтов.

По результатам зондирования, представленным на рисунке, определим средневзвешенное значение

Где Pv –осредненное значение i-го интервала зондирования

hi-мощность i-го интервала

В нашем случае Р=(2.5*6+2*8+3*2+1*4+1.5*12)/(2.5+2+3+1+1.5)=5.9 МПа

Определим, что при P=5.9 МПа пески мелкие маловлажные характеризуются средней плотностью сложения, а нормативное значение угла внутреннего трения и модуля общей деформации равны:

Ф(фи)=33 Е=29МПа

Задание №22(6). Дать описание геофизического метода изучения горных пород

ЭЛЕКТРОПРОФИЛИРОВАНИЕ -геофиз. метод разведки, основанный на измерении кажущегося удельного электрического сопротивления с фиксированным взаимным расположением питающих и измерительных электродов, перемещаемых через определенный интервал вдоль некоторого прямолинейного маршрута (профиля). Условия, благоприятные для успешного применения Э. следующие: крутое падение крыльев складок, зон нарушений, контактов г. п., заметное различие в удельном сопротивлении слагающих толщ, относительная простота электрического разреза; при поисках полезных ископаемых — значительная разница в электропроводности рудного тела и вмещающих п., большая протяженность залежи по сравнению с глубиной залегания. Установкой Э. называют систему электродов (заземлителей), с помощью которых создаются и изучаются электрические поля в недрах. Через питающие электроды (А — А', В —В') электрический ток вводится в землю, а с помощью измерительных (приемных) электродов (MN) измеряется разность потенциалов ∆U. Существует несколько модиф. Э., отличающихся друг от друга используемыми установками. Наиболее распространены симметричное, комбинированное и дипольиое Э. В симметричном Э. используется симметричное относительно центра установки расположение питающих и измерительных электродов. Условно симметричная установка обозначается AMNB (профилирование с одним разносом питающих электродов) или AA'MNBB' (профилирование с 2 разносами). Установка комбинированного Э. состоит из 2-х встречных несимметричных установок AMN и MNB, каждая из которых состоит из одного питающего и 2-х измерительных электродов. Второй питающий электрод относится от центра установки яа такое расстояние, чтобы его влиянием на измерительные электроды можно было пренебречь. При дипольном профилировании используется установка ABMN, в которой питающие и приемные электроды располагаются в виде диполей. Э. применяется для поисков разл. полезных ископаемых, выявления и прослеживания погребенных структур, контактов г. п., зон нарушений и т. д. В зависимости от решаемой задачи применяются те или иные модиф. метода. Глубинность Э. до 100 м, при изучении крупных структур до 200, реже до 500 м. В качестве измерительной аппаратуры используются потенциометр электроразведочный ЭП-1 или компенсатор электронный стрелочный ЭСК-1. Вычисление кажущегося сопротивления производится по формуле где К—коэф, установки, зависящий от взаимного расположения питающих и приемных электродов, а I — сила тока в питающей цепи. Источником электрического тока являются электрические батареи: 69-ГРМУ-6, 29-ГРМУ-13, БАС-80 и др. Измерения кажущегося сопротивления производится вдоль прямолинейных маршрутов, задаваемых вкрест простирания основных структур. Густота сети наблюдений зависит от масштаба съемки и выбирается с таким расчетом, чтобы картируемый объект был пересечен не менее чем 3 маршрутами. Результаты полевых измерений изображаются в виде графиков кажущегося сопротивления вдоль маршрутов и карт изоом, которые в дальнейшем используются для решения тех или иных геол. задач. Существенно искажают результаты Э. или затрудняют производство полевых наблюдений сложный рельеф дневной поверхности и наличие блуждающих электрических полей, возбуждаемых в недрах промышленными электрическими установками. Для борьбы с электрическими помехами существуют специальные устройства. Влияние рельефа дневной поверхности учитывается при камеральной обработке результатов полевых наблюдений.

Задание 24(8).Методы инженерно-геологических изысканий при строительстве подземных сооружений

В инженерную задачу проекта входят выбор места строительства (трассы) подземного сооружения, разработка компоновочного решения, проведение предварительных расчетов, выбор типа и конструкции сооружения, разработка проекта защитных мероприятий. В соответствии с условиями инженерной задачи инженерно-геологические изыскания для обоснования проекта отвечают этапам IIа (инженерно-геологические работы на конкурирующих вариантах) и этапам II6 (работы на выбранной строительной площадке). На участке предполагаемого строительства, охватывающем возможные варианты, или на отдельных участках проводят инженерно-геологическую съемку специального назначения масштаба 1:10 000. На участках возможного размещения порталов тоннелей, штолен, порталов подземных хранилищ масштаб съемки — 1 : 2000 — 1 : 5000. При изысканиях для линейных сооружений ширина полосы съемки — до 1 км.

Территория съемки обосновывается в программе работ с таким расчетом, чтобы съемкой была охвачена область геологической среды, которая прямо или косвенно (например, формирование депрессионной воронки при водопонижении) будет взаимодействовать с сооружением или с орудиями труда, используемыми в ходе строительства. Съемка включает помимо описания, опробования и документации проходку разведочных выработок, инженерно-геологическое и гидрогеологическое опробование, опытные инженерно-геологические работы, обследование состояния существующих наземных и подземных сооружений. В результате съемки должны быть получены данные для выбора мест строительства подземных сооружений, сопутствующих им наземных (околошахтных) сооружений и мест для размещения отвалов породы.

В рамках изысканий для проекта проводят геофизические исследования с целью получения данных об общей структуре (геологической и тектонической) участка намеченного строительства подземного сооружения; о глубине залегания коренных пород и подземных вод, направлении и скорости их движения; трещииоватости и сохранности пород; положении зон трещиноватости и тектонического дробления. Для получения перечисленных данных применяют электропрофилирование, ВЭЗ (в том числе круговые), сейсморазведку, каротаж скважин. На площадке возможного размещения подземного сооружения ведут горно-буровые работы. Они проводятся с целью детализации геологического разреза (до МГТ-2); опробования и определения классификационных показателей для тех МГТ-2, которые будут вскрыты подземным сооружением; выявления гидрогеологических условий (водообильность, проницаемость и их изменчивость, химический состав и агрессивность подземных вод); выявления газоносности пород, давления и температуры газов, их химического состава. При глубине подземного сооружения до 300 м одну - две скважины бурят на наиболее перспективном для размещения сооружения месте до отметки его подошвы. Другие, мелкие, выработки располагают в соответствии с параметрами двумерного сппинфа, который рассчитывают по данным рекогносцировочных работ, входящих в опробование (геофизические методы). Глубокие (100-300 м) скважины тщательно исследуют: наблюдают за процентом выхода керна, водопоглощением, ведут температурные измерения и каротаж, наблюдают за породами в стенках (телеперископы, фотобуроскопы, телефотомстрия).

Гидрогеологические исследования должны дать исходные данные для расчета водопритоков в выемку подземного сооружения, расчета водопонизительных установок, определения гидродинамического давления на породы и давления на обделку, данные о химическом составе, агрессивности и коррозионной активности подземных вод. Для получения сведений о гидрогеологических условиях проводят гидрогеологические наблюдения режимного характера и гидрогеологическое опробование, одиночные и кустовые откачки из скважин, наливы и нагнетания в скважины.

В отчетных материалах должны найти отражение следующие вопросы:

общая устойчивость области геологической среды, взаимодействующей с сооружением; тектоническая структура;

инженерно-геологические процессы, участки и характер нарушений устойчивости пород при проходке выемки (вывалы блоков пород, высыпание, выпучивание, выплывание), условия проявления горного давления;

прочность пород и категории их разрабатываемости;

возможность и формы проявления подземного выветривания и выщелачивания горных пород;

температурный режим в выработке при проведении работ, газопроявления, водопроявления, гидростатическое давление подземных вод на обделку;

размер депрессионной воронки, влияние водоотлива на режим эксплуатации водозаборов в районе подземного строительства;

температура, химический и бактериальный состав подземных вод, их агрессивность по отношению к материалу обделки, коррозийные свойства пород.

Инженерно-геологические изыскания, проводимые на стадии РД, должны обеспечить решение следующих инженерных задач:

окончательный расчет сооружения, установление его параметров, конструкций, в том числе конструкций и типа обделки;

обоснование способов производства горных работ (взрывной, щитовой, во до понижение, водоотлив, замораживание);

разработка проекта защитных мероприятий.

Детальную инженерно-геологическую разведку проводят на местах размещения подземных сооружений и их частей. В дополнение к скважинам, пробуренным на стадии проекта, проходят скважины в тех пунктах предполагаемой сферы взаимодействия, о геологическом строении и свойствах грунтов которых необходимо получить данные, требуемые для проведения окончательных расчетов. В процессе проходки скважин ведут отбор образцов пород и проб воды. Для образцов пород определяют показатели прочности, используемые в расчетах. Данные разведки и опробования должны быть достаточными для расчленения пород сферы взаимодействия на инженерно-геологические элементы. Гидрогеологические работы помимо наблюдений за уровнем подземных вод и гидрогеологического опробования могут включать опытно-фильтрационные работы. В лабораторных условиях определяют химический и бактериальный состав подземных вод и их агрессивность.

На стадии РД очень большое значение приобретает проведение полевых испытаний грунтов. Определяют сжимаемость грунтов штампами в шурфах и скважинах, ведут прессиометрические испытания, опыты по срезу целиков пород в шурфах и штольнях, проводят измерение горного давления в штольнях и упругого отпора пород. В разведочных шахтах и штольнях проводят наблюдения за поведением пород.

Изыскания, проводимые в период строительства и эксплуатации подземных сооружений (этапы IV-V), имеют первостепенное значение, так как данные об инженерно-геологических условиях, полученные при изысканиях для проектирования сооружений (особенно глубокого заложения), часто нуждаются в существенных коррективах. Сравнительный анализ данных о наблюдаемых в строительной подземной выемке инженерно-геологических условиях и аналогичных данных изысканий для проекта позволяет откорректировать инженерно-геологический прогноз и внести изменения в конструкцию сооружения и способы производства горных работ.

В ходе строительства ведут оперативную инженерно-геологическую разведку, включающую документацию выработки, гидрогеологическое и инженерно-геологическое опробование, опытные работы по измерению горного давления, наблюдения.

В состав инженерно-геологических наблюдений входят:

гидрогеологические наблюдения (температура, состав подземных вод; величина водопритоков, их приуроченность к трещинам и зонам, пространственная изменчивость);

наблюдения за температурой пород и температурой и загазованностью воздуха;

наблюдения за инженерно-геологическими процессами (подземное выветривание, разуплотнение, пучение, стреляние и др.);

наблюдения за состоянием и деформациями креплений и обделки сооружения;

наблюдения за проведением горных работ, разрабатываемостью и разрыхляемостью горных пород;

наблюдения за сдвижением поверхности.

Ответы на зачётные вопросы:

Вопрос №20.Характеристика основных сцементированных и пирокластических пород

Извержения вулканов - внешнее проявление глубинных планетарных процессов Земли. Разнообразие природных обстановок (эндогенных и экзогенных условий), в которых существуют вулканы, обусловливает многообразие типов их извержений.

Наиболее распространенным типом вулканической активности является эксплозивная деятельность вулканов, в результате которой на поверхность земли поступает пирокластический материал. Доля пирокластических продуктов при извержениях вулканов различна. Например, при извержениях гавайского типа она мала, при плинианских - преобладает, а порой является единственным продуктом извержения. Структурно-текстурные особенности пирокластических отложений определяются свойствами исходной магмы, ее газонасыщенностью, вязкостью и т.д., а также динамикой эксплозивной активности вулкана.

Наиболее опасными являются извержения вулканов, поставляющие на поверхность земли пирокластические продукты риолитового, дацитового и андезитового составов, в связи с внезапностью и катастрофическими масштабами таких извержений. Всем известны последствия извержений вулканов Мон-Пеле на о-ве Мартиника (1902 г.), Безымянный на Камчатке (1956 г.), Сент-Хеленс в США (1980 г.), Унзен в Японии (1991 г.) и т.д.

В целом, в настоящее время пирокластические образования среднего - кислого составов разделяются на следующие генетические типы: отложения 1 - тефры или пирокластики, выпавшей из эруптивных облаков (pyroclastic fall), 2 - пирокластических потоков (pyroclastic flows), 3 - пирокластических волн (pyroclastic surges), 4 - пепловых облаков пирокластических потоков (ash cloud of pyroclastic flows) или коигнимбритовых облаков (co-ignimbrite plumes).

Генетические типы пирокластических отложений

Рис. 1

Отложения тефры (pyroclastic fall) представляют собой образования, формирование которых происходит под действием гравитации из нижних частей поднимающейся над кратером вулкана вертикальной эруптивной колонны и из пепловой тучи, трансформированной из этой колонны (рис.1) [12]. Термин "тефра", в понимании С.Тораринсона, который предложил это название для обозначения всех обломочных образований, имеющих признаки воздушной транспортировки из кратера [37], в мировой практике сейчас употребляется достаточно редко, так как с увеличением степени детальности исследования пирокластики, стало ясно, что этот термин объединяет спектр отложений разного генезиса. В нашей стране термин "тефра" остался для обозначения определенных образований (см. определение), которые за рубежом называют сегодня "pyroclastic fall" [32].

По размерам частиц отложения тефры подразделяются на бомбы (глыбы), лапилли и вулканический пепел.

Образование отложений тефры, в общих чертах, состоит в следующем. В результате эксплозий над кратером вулкана формируется эруптивная колонна, которая в верхней своей части превращается в эруптивную тучу. Высота, диаметр эруптивной колонны зависят от первоначального импульса движения; от состава поступающего вещества, его расхода, т.е. связаны с эндогенными процессами. Распространение эруптивной тучи целиком подвластно атмосфере (ее стратификации, влажности; направлению и силе ветра и т.д.), т.е. зависит от экзогенных факторов.

Вблизи вулкана выпадают грубые обломки, на далеких от него расстояниях (до сотен и тысяч километров) отложения постепенно становятся тонкозернистыми. По мере удаления от вулкана кроме гранулометрического, изменяется также минеральный состав пеплов, что объясняется эоловой гравитационной дифференциацией материала.

При сильных извержениях вулканов, особенно андезито-дацитовых, на расстоянии в сотни и тысячи километров от вулкана происходит отложение больших по мощности слоев пеплов. Впоследствии эти пеплы становятся маркирующими горизонтами, служащими стратиграфическими реперами при изучении осадочных толщ, так как их образование на всей площади происходит почти одновременно и в короткие сроки (от часов до нескольких месяцев). С помощью тефрохронологии, например, восстановлена история развития примерно 10 вулканов Камчатки [5-8 и др.].

Наиболее тонкие (размером в десятки микрон и менее) фракции пеплов при сильных плинианских извержениях вулканов достигают верхних слоев атмосферы и переносятся в стратосфере на большие расстояния [21]. Например, считается, что пепел вулкана Кракатау извержения 1883 г. три раза обогнул Землю, прежде чем выпал на поверхность земли. Атмосферные явления, вызванные извержением вулкана Кракатау, сохранялись в течение более пяти лет, вулкана Агунг - три года [21]. Тонкие пеплы обладают высокой адсорбционной способностью [2,3,9,17], и в стратосферу попадают уже, по сути, аэрозоли - твердые частицы с адсорбированными ионами газов и паров воды в воздушной среде. Вынос большого количества тонких пеплов в стратосферу уменьшает солнечную радиацию, и в прошлом, по мнению некоторых исследователей, стал причиной похолоданий климата и оледенений Земли [2,9,22,28 и др.]. По данным изучения вулканических аэрозолей (например, извержения вулкана Эль-Чичон [31]) был сделан прогноз развития "ядерной зимы" на Земле, так как пылевой аэрозоль, возникающий при ядерных взрывах, сходен с аэрозолями вулканов [2,9].

По дальности распространения от центра извержения и высоте выбросов пеплов, даются оценки силы и энергии эксплозивного извержения [17]. Выяснено, что вещественный состав отложений тефры обусловливает приуроченность их определенным энергетическим классам эксплозивных извержений вулканов. Например, эксплозивные извержения, дающие пеплы базальтового состава, не отмечены выше 12-го энергетического класса, андезитового состава - встречены в пределах 3-го - 14-го классов, дацитового - в пределах 5-го - 16-го классов. Глобальный разнос пеплов, попадающих в слои тропопаузы, отмечен от 11,5 и выше энергетического класса [17].

Рис. 2

Для обозначения всех видов потоков, сложенных раскаленными обломками, С.Арамаки предложил общее название - пирокластические потоки [1].

Пирокластические потоки представляют собой смесь разноразмерного пирокластического материала и газа, имеющую в основном ламинарное течение; причем количество обломков в смеси значительно превышает газовую составляющую (см. рис.1) [4,32,35].

Главными механизмами образования пирокластических потоков считаются: а) коллапс эруптивной колонны; б) коллапс экструзивного купола или фронта лавового потока на его склоне [27, 40, 41 и др.].

В первом случае образование потоков происходит в результате обрушения части вертикальной колонны, в которой скорость подъема и несущая способность газопепловой струи достигают минимума (рис.2а) [25,27,36]. Такой механизм образования потоков называется "суфриерским" [21], по вулкану Суфриер, где он четко проявляется. Дальность распространения потоков, в основном, определяется количеством движения и гравитацией, но велика роль в этом также газонасыщенности и автоэксплозивности материала [24].

Второй тип механизма образования потоков получил название "тип мерапи", по вулкану Мерапи, о.Ява [21] (рис.2б). По мере роста экструзивного купола вулкана его отдельные секторы постепенно становятся неустойчивыми и обрушиваются, в результате чего по склону вулкана скатываются пирокластические массы, похожие на лавины. Такие же лавины формируются в результате обрушения крутых фронтальных частей лавовых потоков на куполе вулкана.

Рис. 3

Пирокластические потоки распространяются с высокой скоростью - до 200 м/сек [21,27], двигаясь в первой части своего пути по желобам и каньонам (рис.3). Их высокая мобильность объясняется выделением растворенного газа при разрушении ювенильных стекловатых частиц и литоидных обломков (явлением автоэксплозивности); нагреванием и расширением воздуха, захваченного фронтом и боковыми частями потока [24,26,30,34,38,39]. Кроме этого, при формировании эруптивной колонны происходит засасывание в нее воздуха, который затем способствует мобильности пирокластических потоков, образующихся при коллапсе колонны [23]. Пирокластические потоки могут преодолевать высокие препятствия, что связано, по мнению Т.Миллера и Р.Смита [29], не с расширением газов, а с количеством движения.

Для пирокластических потоков характерно хаотическое распределение разноразмерных обломков в заполнителе. Часто в разрезах отложений потоков наблюдается также концентрация обломков полосами в средних или верхних их частях, связанная с локальными ускорениями перемещения материала потоков.

Обломки в потоках представлены полуокатанным ювенильным пемзовидным материалом, а также и резургентным, состав которого многообразен: магматические "корки" с границ очага, породы выводного канала вулкана, обломки с подошвы и боковых частей долины, по которой следует поток и т.д. [27]. "Резургентными" считают также породы растущего экструзивного купола, подвергшиеся постмагматическому преобразованию в периоды межкульминационных фаз развития купола и обрушившиеся во время извержения вулкана. Материал заполнителя пирокластических потоков при движении по склону вулкана хорошо перемешивается, и его состав отражает средний состав продуктов конкретного извержения вулкана [10,12].

Различают два основных типа пирокластических потоков. Отложения пирокластических потоков пористых андезитов несортированы, содержание обломков (частиц размером более 2 мм) в них составляет не более 40-30 %, а заполнителя, соответственно - 60-70 %; глыбы достигают размера 1-1,5 м. Потоки залегают согласно рельефу; протяженность их, в зависимости от масштаба извержения, может достигать 10-20 км от кратера. Содержание ювенильного вещества в них бывает до 80 %. Поверхность отложений - ровная.

Отложения пеплово-глыбовых пирокластических потоков также несортированы и залегают согласуясь с рельефом, но количество обломков в их составе повышено до 40-50 %, размер глыб может достигать 7-10 м. Длина потоков небольшая - до 10 км, содержание собственно ювенильного вещества в них - до первых десятков процентов. На поверхности потоков четко выражены бортовые и фронтальные валы высотой до 10-15 м.

Пирокластические волны представляют собой высокогазонасыщенные турбулентные потоки с низким содержанием обломочного материала [25,32, 33,35]. Движущей силой пирокластических волн, как и потоков, является количество движения магмы, автоэксплозивность, а также высокие газонасыщенность и температура материала. Скорость распространения таких волн достигает 100-150 км/ч [21,27], дальность зависит от мощности извержения, состава, газонасыщенности, температуры пирокластики, присутствия на их пути значительных по высоте препятствий и т.д. Волнам присуще стремительное, "ураганное" распространение от центра извержения; отмечались случаи преодоления ими препятствий высотой более 600 м [120]. В то же время волны не поднимаются высоко над землей (см. рис.1, рис.3) [32].

В настоящее время выделяются две основные разновидности пирокластических волн: приземная волна и волна пеплового облака.

Приземная пирокластическая волна (ground surge), выделенная Р.Спарксом и Г.Уолкером [33], образуется при обрушении краевых частей эруптивной колонны и по времени опережает пирокластический поток, формирующийся при коллапсе центральной части этой колонны. Некоторые ученые считают также, что такие волны возникают и в процессе движения пирокластического потока: благодаря подсосу воздуха во фронтальных и боковых частях потока происходит сепарация частиц его заполнителя и отложение их в виде песчаного прослоя в основании пирокластического потока [40,41]. Эти механизмы образования отложений в какой-то мере объясняют то, что породы приземной пирокластической волны подстилают и обрамляют отложения пирокластических потоков.

Отложения приземной волны представляют собой хорошо отсортированные средне-крупнозернистые пески с небольшим количеством обломков размером от 2 до 20-30 мм. Мощность отложений при слабых извержениях вулканов может достигать 10 см; при сильных, катастрофических - 2-3 м [4,12]. Особенностью образований является то, что их переход в отложения пирокластических потоков происходит постепенно, без резкой границы [12].

Яркой чертой заполнителей этих отложений является одномодальное распределение фракций - резкое преобладание частиц диаметром 0,125 - 0,25 мм (например, до 30-42 %, вулкан Безымянный (рис.4)) или 0,25 - 0,5 мм (например, до 37-45 %, вулкан Шивелуч). Обломков крупнее 2 мм содержится в них не более 10 %. Характерно, что преобладающие фракции заполнителей приземных волн и пирокластических потоков одного извержения - одинаковы.

Формирование пирокластической волны пеплового облака (ash cloud surge, понятие ввел Р.Фишер [25]) происходит в результате конвективной гравитационной дифференциации пирокластики при движении ее по склону вулкана [10,12,27]. При движении пирокластического потока над ним на несколько километров в высоту поднимаются пепловые облака пирокластического потока. Внутри этих облаков, непосредственно над потоком, формируется турбулентный низкоплотностный высокогазонасыщенный и высокотемпературный "слой", который распространяется прямолинейно и с высокой скоростью, может отрываться от тела потока и двигаться независимо от него. Этот "слой" и называется пирокластической волной пеплового облака.

Отложения волн пеплового облака, грубослоистые или монолитного облика, залегают в виде пятен на отложениях пирокластических потоков и заплесков на бортах долины, по которой двигалась пирокластическая масса, встречаются в форме дюн и дюнного рельефа, небольших отдельных потоков и протяженных покровов. Они также могут быть обнаружены в основании пирокластических потоков. Tогда на кровле отложений волн пепловых облаков (ash cloud surge) обычно залегает тонкий материал пепловых облаков пирокластических потоков (ash cloud of flows) мощностью от первых миллиметров (если он формируется после остановки порций пирокластических потоков) до первых или десятков сантиметров (если фиксирует окончание кульминационной фазы извержения вулкана). Мощность отложений волн пепловых облаков может достигать 1 - 2 м при слабых извержениях вулканов и 3 - 5 м при сильных [4,12].

Материал пирокластических волн пепловых облаков (ash cloud surges) агрегирован, в отличие от приземных волн (ground surges), что связано, вероятно, с различиями в механизме формирования их отложений [12].

По гранулометрическому составу заполнители отложений волн пепловых облаков имеют бимодальное распределение фракций - преобладание частиц размером 0,125 - 0,5 мм и менее 0,056 мм (см. рис.4) [12]. Содержание обломков в них достигает 20 - 25 %. Преобладающая крупнозернистая фракция заполнителей отложений совпадает с таковой пирокластических потоков.

Особой разновидностью пирокластических волн являются отложения, формирование которых происходит при извержениях вулканов типа направленных взрывов. Впервые отложения направленного взрыва были детально описаны на вулкане Безымянный после катастрофического извержения 30 марта 1956 г. Тогда же, в результате изучения характера и продуктов этого извержения, Г.С.Горшков ввел понятие "извержение типа направленного взрыва" [13]. Похожие отложения, связанные с направленным взрывом, были выделены на вулканах Мон-Пеле, Сент-Хеленс, Унзен и др.

Отложения песка направленного взрыва (названы Г.С.Горшковым и Г.Е.Богоявленской [14]). После выброса взрывных или обрушения обвальных масс, открывающих магматическую камеру вулкана, появляется высокотемпературная эмульсия твердого материала в смеси водяного пара и газа, которая через несколько секунд после извержения занимает объем в несколько тысяч раз больший, чем вначале (по А.Лакруа, [28]). Энергия таких "эмульсий" не затрачивается на подъем в эруптивной колонне и обрушение из нее, а целиком состоит из "первичной" кинетической. Мощные пирокластические волны ураганом, стремительно, сметая все на своем пути, распространяются на 25 - 30 км от центра извержения.

Отложения песка направленного взрыва не согласуются с топографией подстилающего рельефа - их мощность (до 2 м у кратера вулкана и до 1 - 2 см на расстоянии 30 км) примерно одинакова и в долинах и на водоразделах. Залегают они как на поверхности земли - на почвенно-пирокластическом чехле, так и в разрезах - под отложениями агломерата направленного взрыва и пирокластического потока [4]. Отложения песка направленного взрыва, как и образования волн пепловых облаков, слоисты.

По гранулометрическому составу такие отложения представляют собой вулканический песок с примесью обломков пород до 10 - 20 %. Преобладают обломки диаметром 1 - 2 см, но встречаются и размером до 10 - 20 см.

Отложения пепловых облаков пирокластических потоков или пеплы облаков потоков (ash cloud of pyroclastic flow или ash cloud of flow) или коигнимбритовых облаков (co-ignimbrite plumes) образуются в процессе движения пирокластического потока по склону вулкана и представляют собой пеплы, отделившиеся от заполнителя потока в результате конвективной гравитационной дифференциации пирокластической массы [12]. Пока поток (или его порции) движется, над ним клубится пеплово-паро-газовое облако, из которого впоследствии, спустя некоторое время после остановки пирокластического потока, происходит отложение "пеплов облаков потока".

Не выделяя эти отложения в отдельный тип, но подчеркивая различия их с образованиями "палящих туч", Г.С.Горшков писал: "Тучи, поднимающиеся над раскаленными лавинами, сколь они ни эффектны, имеют низкую температуру, не могут ничего опалить..." И далее: "Туча ..., поднимающаяся над раскаленной лавиной, генерируется в лавине, поднимается вертикально вверх, не распространяясь в стороны, и не имеет разрушительной силы"[15, С. 60].

В отличие от тефры, выбрасываемой из кратера вулкана на высоты 5 - 20 и более километров, пепловые облака потоков, как правило, поднимаются над поверхностью на высоты лишь первых километров. При формировании разных типов потоков их пепловые облака достигают разных высот. Так как пирокластические потоки ювенильных пористых андезитов содержат до 60 - 70 % заполнителя, большое количество ювенильного материала и газа, их пепловые облака поднимаются на большую высоту и их отложения имеют больший ареал распространения, по сравнению с пепловыми облаками пеплово-глыбовых пирокластических потоков (даже при одинаковых масштабах извержений, продуцирующих разные потоки). Замечено также, что в момент наивысшего поднятия облака над фронтом потока, максимальная ширина облака примерно равна его высоте от поверхности потока, а эта величина, в свою очередь, в 8 - 10 раз превышает ширину фронта пирокластического потока [12].

При небольшом ветре отложения пепловых облаков имеют в плане эллипсообразную форму. Пирокластический поток и его окрестности они перекрывают слоем примерно одинаковой мощности (см. рис.3), на удалении этот слой постепенно истончается. Границы распространения отложений находятся в 1,5 - 2 км от оси пирокластического потока (при ширине потока в несколько сотен метров) и несколько дальше от его фронта. При сильном ветре форма "эллипса" отложений может быть изменена. В зависимости от масштаба извержения, стратификации атмосферы в момент извержения вулкана, а также силы ветра, пепловые облака потоков могут перемешиваться с нижними слоями эруптивной тучи, а их материал может переноситься на далекие расстояния. В целом, распространение отложений пепловых облаков пирокластических потоков зависит от масштаба извержения, состава пород вулкана, типа пирокластического потока, стратификации атмосферы, силы и направления ветра.

Критерии определения генетических типов пирокластических отложений

Всесторонний анализ особенностей типов пирокластических образований позволил автору найти те их характеристики, с помощью которых диагностика генетических типов пирокластических отложений облегчается и становится более достоверной.

Важнейшими вопросами изучения пирокластических отложений являются: "Как же на практике, непосредственно в полевых условиях, различать типы пирокластических отложений? С помощью каких характеристик уточнять проведенную диагностику? Каковы главные критерии, по которым определение генетических типов пирокластических отложений андезитовых вулканов будет наиболее достоверным?"

В таблице 1 показаны основные характеристики генетических типов пирокластических образований андезитовых вулканов Камчатки.

Предположим, что мы остановились перед незнакомым разрезом пирокластических отложений в 5-7 км от центра извержения. На таких расстояниях от кратера вулкана проявляются почти все генетические типы пирокластики катастрофических и некатастрофических его извержений, а влияние экзогенных факторов невелико.

В разрезе сразу обращают на себя внимание крупные "слои" мощностью до 3-5 м, в которых хаотически распределены обломки разного размера. Снизу и сверху этого крупного "слоя" лежат слои песчаного и алевропелитового материала, количество обломков пород в которых незначительно.

Визуально выделенный "крупный слой", по всей вероятности, будет отложениями пирокластического потока. Качественные характеристики потоков (большие мощности, высокое содержание хаотически распределенных крупных обломков и глыб, размеры которых не превышают первых метров, плохая сортированность материала и т.д.) сходны лишь с агломератом направленного взрыва (см. табл.1). Но если отложения пирокластических потоков имеют светлые, в целом равномерные окраски обломков и заполнителя, то образования агломерата - пестрые. Обломки в агломерате представляют собой породы разрушенных взрывом куполов или постройки вулкана, долгие годы (периоды покоя между активизациями вулканов могут превышать тысячу лет) подвергавшиеся постмагматическому преобразованию. Размер обломков достигает 10 и более метров, а их содержание в отложениях - до 80 %.

Отложения пирокластических потоков всегда окаймляются образованиями пирокластических волн, отложениями пепловых облаков пирокластических потоков, но нередко также и отложениями тефры. При катастрофических извержениях вулканов с пирокластическими потоками часто соседствуют образования песка направленного взрыва.

Песчаные отложения с небольшим содержанием обломков размером до 10 см, лежащие ниже и выше пирокластического потока, будут, вероятно, соответствовать отложениям пирокластических волн или песка направленного взрыва.

Отложения приземной пирокластической волны отличаются от других вышеназванных типов отложений небольшой мощностью (часто раз в 10 меньшей, чем мощность вышележащего пирокластического потока), хорошей отсортированностью материала, неясновыраженной слоистостью. Мощности отложений волны пеплового облака и песка взрыва сопоставимы, для них характерна слоистость, сортированность материала в каждом из слоев (см. табл.1).

Характерным отличительным признаком отложений приземной волны, залегающих в основании потока, является их постепенный переход в отложения потока. В случае залегания под потоком материала волн пепловых облаков, которые были отдифференцированы от первых порций потока, имевших меньшую, чем 5-7 км протяженность, граница между этими отложениями будет четко зафиксирована тонким слоем пепла облаков потоков, отложившимся на кровле слоя волны пеплового облака. Напомним, что мы рассматриваем разрез пирокластических отложений в 5-7 км от кратера вулкана

Наиболее тонкозернистыми, однородными, хорошо отсортированными будут отложения пепловых облаков пирокластических потоков (ash cloud of flows). Они перекрывают поток и его окрестности слоем равной мощности, а на расстоянии 1-5 км от боковых частей потока постепенно выклиниваются. По направлению ветра их отложения могут распространяться на десятки километров.

Отложения тефры охватывают большую площадь, чем пеплов облаков потоков, так как эруптивные облака, из которых происходит сепарация частиц тефры, поднимаются выше, чем пепловые облака потоков, и распространение их целиком подвластно ветру.

Мощность отложений тефры у кратера вулкана небольшая (она как бы перебрасывается эксплозиями на некоторое от него удаление), что отмечено в работах [11,18 и др.], на некотором расстоянии от вулкана - максимальная, затем на протяжении сотен километров постепенно уменьшается и выклинивается. В каждой из точек изучения отложения тефры имеют различный гранулометрический состав [19,20], но везде стратифицированы, что обусловлено эоловой гравитационной дифференциацией. Отложения пепловых облаков пирокластических потоков одного извержения везде (в ближней и дальней зонах вулкана) однородны и одинаковы по гранулометрическому составу, так как процесс отложения пеплов - одноактный, завершающий кульминационную фазу извержения вулкана.

Итак, в полевых условиях благодаря стратиграфическим и структурно-текстурным особенностям отложений можно четко различать образования агломерата направленного взрыва и пирокластических потоков, но отложения пепловых облаков потоков можно перепутать с отложениями тефры, а отложения разновидностей пирокластических волн - между собой и с песком направленного взрыва.

Рис.5

Для достоверной диагностики генетических типов пирокластики необходимо воспользоваться лабораторными методами изучения отложений, и, в первую очередь, рассмотреть гранулометрический состав этих образований и их заполнителей. Известно, что гранулометрический состав является наиболее информативной количественной характеристикой пирокластики, а в некоторых случаях - единственной, с помощью которой можно различать генетические типы пирокластических отложений. Содержание обломков, а также их максимальный размер в породах каждого из генетических типов пирокластики своеобразно и поэтому позволяет, например, различать разновидности типов пирокластических потоков (пеплово-глыбовых и "ювенильных") и пирокластических волн (приземных и волн пепловых облаков) (см. табл.1). Каждый из генетических типов пирокластики обладает определенным распределением фракций, и, следовательно, определенной формой и местоположением на графике кумулятивных кривых гранулометрического состава, а также и гранулометрическими статистическими коэффициентами (медианой, средним размером частиц и т.д.), отличающими один тип от других. Своего рода эталонным в этом отношении может служить рис.5, на котором показаны обобщенные кумулятивные кривые гранулометрического состава заполнителей пирокластики вулкана Безымянный извержений 1984-1989 гг. и 1956 г.

Заполнители потоков наиболее крупнозернисты, поэтому их кривые занимают нижнее положение на графике (см. рис.5); на диаграммах, отражающих распределение разных фракций заполнителя, видно, что частицы крупных размеров преобладают (см. рис.4). Кумулятивные кривые гранулометрического состава заполнителей агломерата направленного взрыва резко отличаются от других типов пирокластики. У заполнителей каждого из типов отложений преобладают или одна, или две фракции, а у заполнителей агломерата превалируют сразу четыре фракции примерно одинакового содержания (см. табл.1). Заполнители отложений приземных пирокластических волн имеют одну, превосходящую другие, фракцию (такую же, как и заполнители потоков), но содержание этой фракции названных отложений достигает 40-45 %, а заполнителей потоков -меньше 25 % (см. рис.4). Для отложений волн пепловых облаков (ash cloud surge) характерны две превалирующие фракции: такая же, как и у потоков и наименьшая (частицы размером менее 0.056 мм), содержание которой может достигать 35 %. Преобладающая фракция отложений пепловых облаков потоков - наименьшая (до 55-60 %), доля каждой из других не превышает 15 %, обломков нет. У заполнителей песка направленного взрыва превосходящей является одна, но крупнозернистая фракция (до 35 %) (см. рис.4). Средние медианные диаметры и средний размер частиц заполнителей пирокластических потоков и агломерата направленного взрыва одинаковы, хотя у потоков большие вариации этих значений (см. табл.1). Коэффициенты сортировки заполнителей отложений показывают худшую отсортированность материала агломерата направленного взрыва. Гранулометрические характеристики заполнителей отложений пирокластических волн большие по величине, чем заполнителей потоков, и меньшие, чем показатели тефры дальнего разноса и отложений пепловых облаков потоков. Характеристики песков направленного взрыва - самые высокие среди пирокластики андезитовых вулканов (см. табл.1), что является хорошим отличительным признаком этих отложений от других. Учитывая вышесказанное, можно утверждать, что гранулометрический состав заполнителей пирокластических отложений (распределение фракций, наклон и местоположение кумулятивных кривых состава на графике, величины гранулометрических характеристик) может являться достоверным критерием определения типов пирокластики.

Изучение микростроения образцов ненарушенного сложения пирокластических отложений показало, что образования тефры и волн пепловых облаков агрегированы, а приземных - нет [12]. Кроме этого, выяснилось, что агрегаты тефры более крупные по размерам, чем агрегаты волн пепловых облаков. Это еще одно доказательство факта, что отложения тефры и волн пепловых облаков действительно формируются из "пирокластических облаков". Тефра сепарируется из эруптивных туч, а отложения пирокластических волн пепловых облаков - из "волны пеплового облака" - промежуточного "слоя" между пирокластическим потоком и пепловыми облаками пирокластического потока, которые образуются в результате конвективной гравитационной дифференциации пирокластической массы при низвержении ее на склон вулкана в кульминационные фазы извержения. Таким образом, изучение микростроения образцов пирокластических отложений может существенно уточнять диагностику их генетических типов.

Уточняющим критерием определения генетических типов пирокластики может служить также вещественный состав (химический и минеральный) заполнителей отложений. Например, если содержание ювенильного вещества в заполнителе потоков может достигать 60-80 %, то в заполнителе агломерата взрыва оно очень мало - от первых до 10-15 % (см. табл.1). Наибольшим содержанием оксида кремния обладают породы тефры дальнего разноса, несколько меньшим - пеплы облаков потоков, состав других типов отложений (за исключением агломерата взрыва), в разной мере похож на состав обломков пород извержения вулкана [12]. Таким образом, с помощью изучения вещественного состава пород можно уточнять диагностику некоторых генетических типов пирокластических отложений вулканов.

Содержание "тяжелых" и "легких" минералов (по плотности твердой фазы) в заполнителях типов пирокластики различно. Это находит отражение в том, что плотности твердой фазы заполнителей типов отложений одного масштаба извержений вулкана хорошо различаются, хотя в среднем, за исключением пеплов облаков потоков, они похожи (см. табл.1).

Плотность естественного сложения недавно сформировавшейся пирокластики (в зависимости от масштаба извержения вулкана это время измеряется от нескольких дней до нескольких месяцев) различна для каждого из ее типов. Наименьшей плотностью сложения обладают отложения пепловых облаков пирокластических потоков (0,87-1,20 г/см3), наибольшей - образования песка направленного взрыва (1,50-1,77 г/см3) (см. табл.1).

Пористость отложений зависит, в основном, от их гранулометрического состава и плотности сложения в естественном залегании. Наибольшими показателями обладают отложения пепловых облаков потоков, наименьшими - породы пеплово-глыбовых пирокластических потоков.

Таким образом, комплексные - качественные и количественные - методы исследования пирокластических отложений андезитовых вулканов позволяют с достаточной степенью достоверности проводить диагностику их генетических типов.

Основными критериями определения генетических типов пирокластики являются: стратиграфический (залегание, протяженность, мощность отложений, границы с ниже- и вышележащими), структурно-текстурный (слоистость, количество и распределение обломков в заполнителе отложений).

Подтвердить и уточнить диагностику генетических типов пирокластики помогут критерии: гранулометрический состав заполнителей отложений (распределение фракций, наклон и местоположение кумулятивных кривых состава на графике, численные значения гранулометрических статистических коэффициентов), химический и минеральный составы пород (содержание кремнезема и других элементов, ювенильного вещества), физические свойства отложений (плотность твердой фазы, плотность естественного сложения, пористость).

Сцементированные обломочные горные породы образовались путем цементации рыхлых пород разнообразными химическими веществами. Наиболее прочным является кремнеземистый цемент, менее прочны железистый, карбонатный и глинистый цементы. Среди сцементированных обломочных горных пород в природе часто встречаются песчаники, конгломераты и брекчии.

Песчаники — плотная горная порода, состоящая из зерен кварца, сцементированных различными природными растворами. В зависимости от вида связующего различают песчаники глинистые, известняковые и кремнистые. Физико-механические свойства песчаников зависят от вида цементирующего вещества, крупности и формы сцементированных зерен. Цвет песчаников желтый, серый и даже бурый. Наибольшими плотностью и прочностью обладают кремнистые песчаники. Их плотность 2500 . . . 2600 кг/м3, предел прочности при сжатии 150 . . . 250 МПа, они отличаются также высокими твердостью и стойкостью к истиранию.

Из песчаников выполняют бутовые камни, плиты для устройства полов промышленных зданий и тротуаров, щебень для бетонов и другие изделия. Песчаник наряду с песком и гравием имеется во многих районах нашей страны.

Конгломераты — обломочные горные породы, состоящие из сцементированных природным цементом гальки, гравия и др. Они имеют пестрый петрографический состав, широкий диапазон предела прочности при сжатии от 100 ... 160 МПа и изменение средней плотности в интервале 1600 . . . 2800 кг/м3. Практическое значение этих пород невелико: слабо сцементированные их разновидности используются для получения балласта, а красивые — как отделочные декоративные камни. Залежи конгломератов известны в Крыму, на Северном Кавказе и в Средней Азии.

Брекчии представляют собой проды, состоящие из угловатых обломков щебня, сцементированных природным цементом. Петрографический состав этих обломков отличается однородностью. Угловатая форма обломков обеспечивает хорошее сцепление их с природными цементами, поэтому брекчии имеют достаточно высокую прочность и используются как отделочные камни. Брекчии имеют ограниченное распространениелись в результате выпадения из растворов химических осадков. Наиболее распространенными являются известняки, доломиты, магнезиты, известковые туфы, гипс, ангидрит. Для осадочных пород химического происхождения характерны растворимость в воде и в связи с этим наличие пустот и трещин.

Вопрос №38.Факторы, влияющие на режим грунтовых вод, и их изменение под влиянием строительства.

Под режимом грунтовых вод понимают совокупность изменений положения уровня и характера поверхности грунтовых вод, их температуры, химического состава и свойств.

Знание режима грунтовых вод требует как проектная, так и строительная практика. Так, например, не прогнозируемая или игнорируемая возможность подъема уровня воды может привести к затоплению подвальных помещений, снижению несущей способности грунтов основания и, соответственно, деформациям зданий и сооружений, разрушению строительных конструкций.

Основными факторами, влияющими на уровень и качество грунтовых вод, являются: метеорологические факторы, гидрологические факторы, магматизм земной коры, инженерно-хозяйственная деятельность человека. Метеорологические факторы, влияющие на режим грунтовых вод, самые разнообразные, но главнейшими из них являются: количество атмосферных осадков, интенсивность испарения с поверхности грунтовых вод, величина атмосферного давления. Совокупность этих факторов обуславливает сезонные, годовые и многолетние колебания уровней.

Сезонные колебания в Белоруссии могут достигать 1,0-2,5 м, при этом наиболее высокое положение уровня характерно для периода снеготаяния и затяжных дождей (паводки и половодья). Во времени начало периода паводков, половодья и подъема уровня подземных вод асинхронны, и характер асинхронности (запаздывания) зависит от глубины залегания грунтовых вод и водопроницаемости водовмещающих пород.

Многолетние колебания уровня связаны с переменой климата, то есть изменениями количества годовых осадков.

Гидрологические условия проявляются в виде влияния поверхностных водотоков (рек, озёр и водохранилищ). При подъеме или опускании уровней воды в них происходит соответствующее изменение уровня грунтовых вод. При этом ширина зоны влияния, то есть зоны, где будет наблюдаться изменение уровня грунтовых вод под воздействием поверхностных водотоков, может достигать 2 км и более, в зависимости от водопроницаемости водовмещающих пород.

Нужно также помнить, что создание искусственных водоемов (водохранилищ) приводит к постоянному поднятию уровней грунтовых вод и, соответственно, подтоплению территории.

Магматизм земной коры проявляется в опускании или поднятии отдельных участков суши. При этом процесс поднятия обуславливает снижение уровня грунтовых вод, а опускания – повышение, с возможным развитием процессов затопления и подтопления.

Инженерно-хозяйственная (особенно строительная) деятельность человека существенно сказывается на режиме грунтовых вод. Повышение уровней обычно наблюдается при строительстве водохранилищ, прудов, систем орошения, судоходных каналов и водоводов. Образование верховодки характерно в зонах плотной застройки территории и при массовых утечках воды из водопроводных и канализационных сетей. Понижение уровней воды наблюдается при различных откачках (из скважин, котлованов, картеров, шахт, тоннелей и др.)

Кроме уровня грунтовых вод, возможно изменение и их качества, обусловленное присутствием различных примесей органического характера.

Наиболее распространенными причинами, вызывающими изменение качества грунтовых вод, являются:

Фильтрация воды через породы различного состава, например, засоленные суглинки;

Интенсивная откачка воды, приводящая к засасыванию вод плохого качества из других водоносных горизонтов;

Увеличенная минерализация воды в сухое время года за счёт уменьшения атмосферных осадков;

Закачивание в подземные горизонты жидких осадков минерального и органического характера.

Для выявления характера поверхности грунтовых вод составляется карта гидроизогипс, а для артезианских – карта гидроизопьез.

Гидроизогипсы – это линии, соединяющие точки с равными абсолютными отметками зеркала грунтовых вод. Гидроизопьезы – аналог гидроизогипс, только для артезианских вод. Гидроизогипсы аналогичны горизонталям рельефа местности и подобно им отражают рельеф зеркала воды.

Для построения карты гидроизогипс на стройплощадке (участке) устраивают горные выработки (буровые скважины, наблюдательные колодцы, шурфы) и в них измеряют уровни подземных вод, то есть глубину залегания. Глубину залегания грунтовых вод измеряют либо в относительных отметках, представляющих собой глубину расположения уровня от поверхности земли, либо в абсолютных отметках, определяющих положение поверхности грунтовых вод над уровнем моря.

Измерение глубин залегания грунтовых вод производится в основном перед проектированием зданий и сооружений, то есть в период проведения инженерно-геологических изысканий. Необходимость продолжения наблюдений за уровнем грунтовых вод определяется только опасностью подтопления подземных сооружений и помещений.

В состав наблюдений входят – определение глубины появления воды (h0) и установившегося (статического) уровня (hc). Точность замеров не менее 1-2 см. Замеры проводят рейками, при небольшой глубине залегания (до 4 м), или поплавковыми хлопушками на тросах. Для постоянного наблюдения используют электроизмерители с самопишущей системой «Валдай».

Карта гидроизогипс используется для решения следующих задач:

Установление направления движения грунтового потока;

Определение величины напора;

Определение глубин залегания грунтовых вод;

Выбор оптимального расположения дренажных и водозаборных сооружений;

Выбор благоприятного участка для строительства;

Установление мест, где происходит интенсивная утечка воды из инженерных водоотводных коммуникаций.

Следует также отметить, что значительное влияние на строительство оказывает и наличие источников (ключи, родники).под источниками понимается место естественного выхода воды на дневную поверхность. И обычно напорные воды дают восходящие (фонтанирующие) источники, а ненапорные – нисходящие. По характеру расположения они бывают сосредоточенные (выходящие в одном месте в виде потока) и рассредоточенные, когда грунтовая вода выходит из массива по всему склону или речной долине.

Интенсивность выхода воды в единицу времени называется дебитом источника. Он может выражаться в л/с или м3/сут. Источник, выход которого облагорожен (улучшен) человеком, называется каптированным.

Аналогично карте гидроизогипс строится и карта гидроизопьез, которая позволяет дать оценку поверхности и характер напорности для артезианских вод.

Задание 48 .Основные характеристики грунтов

Модуль деформации грунта — величина пропорциональности между напряжением в грунте и его деформациями. Эта характеристика для каждого вида грунта зависит от его влажности и пористости. Нормативные значения модуля деформации глинистых грунтов 5— 75 МПа, песков — 11—50 МПа.

Коэффициент фильтрации Кф характеризует скорость движения свободной воды в грунте. Эта характеристика используется при определении осадки сооружения с течением времени, а также при определении условий протекания воды через ограждающие дамбы и условий работы дренажных конструкций. Кф составляет, м/сут: для песков 2—50; супесей 1—2; суглинков 0,3—1; глины 0,3.

Капиллярное поднятие воды в грунте hK характеризует высоту подъема воды в капиллярных порах. Эта характеристика нужна при решении вопроса о глубине заложения некоторых типов фундаментов и высоте гидроизоляции подвальных помещений. Согласно экспериментальным данным, Ни некоторых грунтов имеет следующие значения, м: у мелких песков 0,1—0,5; пылеватых песков 0,5—2; лессовых грунтов 2—5; суглинков 5—15; глин 5—50 и более.

Производные характеристики грунта. Пористость п — это отношение объема пор в грунте ко всему объему, занимаемому грунтом. Пористость грунта в его естественном состоянии выражают главным образом через плотность грунта у, плотность частицы грунта у$ и его влажность в естественном состоянии W, %.

Коэффициентом пористости е называют отношение объема пор к объему, занимаемому грунтовыми частицами. Этот коэффициент используется для определения вида грунта и при оценке сжимаемости грунта и осадки сооружений. В зависимости от значения е песчаные грунты могут быть плотного сложения, средней плотности и рыхлые.

Сопротивление сдвигу. Прочность грунта.

Предельным сопротивлением сдвигу (растяжению) называется способность грунта противостоять перемещению частей грунта относительно друг друга под воздействием касательных и прямых напряжений. Этот показатель характеризуется прочностными свойствами грунтов и используется в расчетах оснований зданий и сооружений. Способность грунта воспринимать нагрузки не разрушаясь, называют прочностью. В песчаных и крупнообломочных несвязных грунтах сопротивление достигается в основном за счет силы трения отдельных частиц, такие грунты называют сыпучими. Глинистые грунты обладают более высоким сопротивлением к растяжению (сдвигу), т.к. наряду с силой трения сдвигу противостоят силы сцепления: водно-коллоидные и цементационные связи (связные грунты). В строительстве этот показатель важен при расчете оснований фундаментов и изготовлении земляных сооружений с откосами.