Геология-Лаб_прак-2013

роды зависит от условий охлаждения и затвердевания магматического расплава.

Внедряясь в земную кору, магма проходит зоны с различными термодинамическими условиями. Если её движение приостанавливается на больших глубинах (свыше 5-ти км) от поверхности, кристаллизация расплава происходит при больших давлениях, препятствующих отделению летучих компонентов, и значительного прогрева вмещающих пород. При медленном охлаждении магма полностью и равномерно раскристаллизовывается. Образуются так называемые глубинные, или интрузивные, породы.

При некоторых условиях частично раскристаллизованная на больших глубинах магма поднимается выше, и здесь в условиях пониженных температур и давлений при частичной потере летучих компонентов начинается вторая стадия раскристаллизации вещества. В результате образуется равномернозернистый агрегат минералов, которые оказываются в десятки раз меньше зерен минералов первой стадии кристаллизации. Последние называются порфировыми выделениями и образуют крупные включения в относительно мелкозернистой основной массе породы. Такие горные породы носят название полуглубинных.

Если магма изливается через жерла вулканов на поверхность земли, то образуются эффузивные или излившиеся породы. В этом случае охлаждение происходит быстро при почти полной потере летучих компонентов. Раскристаллизации не происходит, и расплав превращается в бесструктурное вещество (вулканическое стекло) с зародышами минералов (микролитами). Если расплав поднимался с больших глубин или двигался медленно, то в стекловатой массе заметны вкрапленники минералов, успевших выделиться из магмы до её подъёма на поверхность.

Основная масса эффузивных пород с течением времени раскристаллизовывается в агрегат вторичных минералов, поэтому в древних эффузивных породах стекло почти отсутствует, тогда как в молодых породах оно преобладает.

Таким образом, по степени кристалличности вещества можно выделить следующие структуры:

1) полнокристаллические, когда все вещество раскристаллизовано в агрегат минералов (интрузивные породы);

2)неполнокристаллические (порфировые), когда часть расплава затвердела в виде вулканического стекла;

3)стекловатые, когда все вещество представлено стеклом.

По абсолютному размеру минеральных зерен различают следующие структуры: гигантозернистые (размеры зерен 1 см):, крупнозернистые (раз-

меры зерен от 1 до 0,3 см); среднезернистые (размеры зерен от 0,3 до 0,1 см);

мелкозернистые (размеры зерен от 0,1 до 0,05 см); скрытокристаллические -

афанитовые (размеры зерен менее 0,05см).

40

Зернистые структуры характерны для интрузивных пород, а скрытокристаллические - для основной массы эффузивных пород (вкрапленники минералов могут иметь различные размеры).

По относительному размеру минеральных зерен выделяют структуры равномернозернистые и неравномернозернистые.

Текстура. Под текстурой понимают характер взаимного расположения в породе различных кристаллов или фрагментов вещества.

Основными текстурами изверженных пород являются массивная (текстура характерна беспорядочным расположением минералов и их плотным соприкосновением), пятнистая (в частности полосчатая) – возникает при неравномерном распределении светлых и темных минералов в объёме породы, пузырчатая (дырчатая) - характеризуется наличием пустот от пузырьков газа.

Таблица Д.1 - Классификация магматических горных пород

41

Таблица Д.2 - Определитель магматических горных пород

42

Приложение Е - Общие указания по диагностике метаморфических горных пород______________________

Лабораторная работа 6

Под метаморфизмом горных пород понимают существенные изменения их минерального состава, структуры и текстуры, происходящие под воздействием эндогенных процессов в земной коре с сохранением твердого состояния породы, без расплавления или растворения. Достаточно редко, в особых условиях, процессы метаморфизма сопровождаются переплавлением исходной породы с вмещающими породами или без них, и в результате образуются ультраметаморфические породы. Метаморфизмы могут быть разных типов

[1].

Так, например, аргиллиты в начальной стадии метаморфизации претерпевают рассланцевание и превращаются в аргиллитовые сланцы. В глинистом материале появляются зерна кварца, слюды, хлорита, пирита. При возрастании количества кристаллических частиц аргиллитовые сланцы твердеют, превращаясь в кровельные сланцы.

Дальнейший метаморфизм приводит к полной перекристаллизации глинистого вещества с образованием филлитов и далее кристаллических сланцев. Сланцы состоят из кварца и слюды или хлорита, имеют сильный шелковистый блеск, обладают среднекристаллической структурой и сланцеватой текстурой. На самой высшей стадии метаморфизма глинистых пород они преобразуются в гнейсы. Вместо хлорита и слюды в них преобладают полевые шпаты.

Кварцевые песчаники с кремнистым цементом при метаморфизме превращаются в кварциты, состоящие целиком из кварца. Кварцевые песчаники с глинистым цементом образуют слюдяно-кварцитовые сланцы, а аркозовые песчаники с высоким содержанием зерен полевого шпата переходят сначала в кварцитовидные песчаники, а затем -в гнейсы.

Известняки образуют мраморы. Кремнистые породы (опоки, яшмы) преобразуются в мелкозернистые кварциты. Магматические породы превращаются в гнейсы, слюдяные сланцы, змеевики и тальковые сланцы (таблица Е.1).

Определение метаморфических пород начинают с установления минералогического состава.

Вторым важным признаком метаморфических пород является текстура. По взаимному расположению и типам зерен выделяются следующие текстуры:

1)сланцеватая - с параллельным расположением чешуйчатых или таблитчатых минералов;

2)гнейсовая - с параллельным расположением таблитчатых минералов при малом содержании чешуйчатых частиц;

3)полосчатая - с чередованием полос различной толщины и состава;

43

Приложение Ж – Общие сведения об инъекционном химическом закреплении грунтов____________________

Лабораторная работа 8

Закрепление дисперсных грунтов (песков, супесей) включает совокупность технологических и строительных процессов, обеспечивающих в результате введения в грунт жидких твердеющих химреагентов, повышение прочности, снижение деформативности, обеспечение долговечности, устойчивости грунтов в сухом и в водонасыщенном состоянии.

Сущность метода закрепления. Метод химического инъекционного закрепления используется для решения широкого диапазона технических проблем, касающихся нового строительства, как метод ликвидации отказа либо аварии оснований и фундаментов. В основном применяется инъекция жидкого стекла либо карбамидной смолы в пустоты и трещины в дисперсных грунтах. Раствор подается обычно в грунт под давлением с помощью инъекторов или буровых скважин диаметром от 32...50 мм и 100 мм соответственно, пробуренных до обрабатываемой зоны. Состав раствора выбирается в зависимости от цели применения-увеличения прочности и сокращения проницаемости.

Для обработки мелкозернистых песков, для заполнения трещин, которые не могут быть заполнены цементной суспензией, необходимо использовать химические (истинные) растворы. Они обладают малой вязкостью (смолы), приближающейся к вязкости воды и после отверждения приводят к существенному увеличению прочности, сокращению проницаемости и деформируемости. Некоторые примеры применения методов химического закрепления следующие: стабилизация песчаных грунтов вблизи глубоких выемок, тоннелей, изоляция провалов, ограждающее закрепление для контролирования потока воды, ремонт конструкций.

Усиление оснований реконструируемых и аварийных зданий выполняется инъекцией карбамидных смол.

1 Закрепление грунтов инъекцией растворов на основе карбамидных смол и отвердителей (смолизация) в соответствующих инженерногеологических условиях позволяет эффективно решать следующие задачи:

- повышение прочности грунтов основания; -снижение фильтрационной способности грунтов.

2Сущность усиления оснований заключается в нагнетании гелеобразующего раствора, который, отверждаясь в порах грунта, омоноличивает его, придавая ему высокую прочность и водонепроницаемость. Дефицит несущей способности основания, целесообразность использования карбамидной смолы и техническое решение усиления основания определяется проектной организацией.

3Карбамидные смолы пригодны для инъекционного закрепления грунтов, обладающих коэффициентом фильтрации более 0,5 м/сут. Такими грунтами могут быть мелкие пески, супеси и макропористые глинистые, насыпные, т.е. тонкодисперсные, непригодные для инъекций другими раство-

46

рами. Силикатизация пригодна при kф>2 м/сут. (крупные пески).

4 Смолизация грунтов не требует выполнения земляных работ по вскрытию фундаментов, отличается высокой надёжностью и отсутствием динамических воздействий, что создает благоприятные условия для производства работ в эксплуатируемых зданиях.

Проектирование усиления

1 Проект усиления оснований разрабатывается соответствующими учреждениями на стадии рабочей документации с учетом материалов дополнительных инженерно-геологических изысканий площадки и результатов оценки закрепляемости грунтов в лабораторных условиях с помощью лабораторной установки.

2Лабораторные исследования физико-механических свойств грунтов проверяются в полном комплексе для получения стандартных физических, прочностных и деформационных свойств, а также специальных характеристик грунтов (фильтрация, рН среды, состав поглощающего комплекса).

3Качественная оценка закрепляемости грунта производится следующим образом. В три чашки помещается грунт по 100 г. Затем пробы обрабатываются растворами трех концентраций смолы согласно инструкций, т.е. сразу гелеобразующим раствором либо после предварительной обработки грунта раствором щавелевой кислоты для нейтрализации карбонатов. Смесь грунта и гелеобразующего раствора хорошо перемешивается. Нейтрализующий карбонаты раствор применяется из расчета 10%, а гелеобразующий раствор - 20% от массы пробы грунта. Для установления контроля времени гелеобразования в контрольные стаканчики наливается по 20...30 мл гелеобразующей смеси каждой из трех концентраций.

В журнале фиксируется соотношение принятых компонентов: масса пробы грунта, расход растворов, время приготовления гелеобразующей смеси и отверждения ее в грунте и в контрольных стаканчиках. При установлении факта отверждения гелеобразующей смеси в композиции с грунтом переходят к оценке прочности закрепления.

4Прочность закрепления определяется после установления оптимальной рецептуры путем испытания кубиков размером 2×2×2 см3 в возрасте суток. Кубики формуются из смеси грунта с гелеобразующим раствором по выбранной рецептуре и выдерживаются в эксикаторе и в воде. Количество кубиков принимается из расчета не менее трех для каждого результата. Результаты испытания кубиков заносятся в журнал и подвергаются статистической обработке. После оценки прочности закрепленного грунта выбирают рецептуру.

5Инъекционное закрепление грунтов выполняется с помощью лабораторного прибора (рисунок Ж.1, Ж.2) конструкции БашНИИстроя (автор – Э.И. Мулюков). В инъекционную трубку прибора закладывается грунт, уплотняется легким трамбованием, при необходимости насыщается водой и закрепляется по рецептуре, установленной выше.

47

6 Результаты оценки свойств грунтов до и после закрепления служат материалом для подготовки заключения. Заключение используется при разработке проекта усиления основания.

Работы по химическому закреплению грунтов в производственных условиях выполняются строго по проекту. Изменения и отклонения от проекта допускаются лишь с ведома проектной организации и оформляются актом.

Химическое закрепление грунтов включает следующие работы: приготовление закрепляющих растворов; погружение инъекторов; нагнетание растворов; извлечение инъекторов; вспомогательные работы.

Для производства работ по химическому закреплению грунтов применяется следующее оборудование: инъекторы и насосы для нагнетания растворов в грунт; машины и механизмы для погружения и извлечения инъекторов; компрессор для питания пневматических молотков и пневматического нагнетания растворов в грунт; емкости для приготовления и хранения растворов; разводящая сеть; контрольно-измерительная аппаратура.

4

2

1

7

3

9 8

1-компрессор для подачи сжатого воздуха; 2-лабораторная установка; 3-кассета с формами; 4–цилиндрическая форма для песка; 5-мерный сосуд для раствора; 6-шланг от компрессора; 7-шланг для подачи раствора в форму; 8-заглушка дырчатая; 9-ключ для заглушки

Рисунок Ж.1 – Общий вид лабораторной установки инъекционного химического закрепления грунтов

48