ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ

Методические указания к выполнению лабораторных работ

для студентов строительных специальностей

Йошкар-Ола Марийский государственный технический университет

2009

2

УДК 624.131.1 ББК 26.3

И 62

Рецензент:

главный инженер АО «Йошкар-Олинское ПСО»

В. А. Яковлев

Печатается по решению редакционно-издательского совета МарГТУ

И 62 Инженерная геология: методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов строительных специальностей / сост. В. В. Савельев, В. С. Рязанов, В. Е. Глушков. – Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2009. – 44 с.

Изложены краткие теоретические сведения, определены цель, содержание и методика выполнения каждой лабораторной работы по разделу «Породообразующие минералы и горные породы». Для лучшего усвоения материала дисциплины приведены вопросы для самопроверки.

УДК 624.131.1

ББК 26.3

© Марийский государственный технический университет, 2009

3

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания составлены применительно к программе дисциплины «Инженерная геология» для студентов строительных специальностей.

Целью методических указаний является изложение методики выполнения лабораторных работ по разделу «Породообразующие минералы и горные породы» и оказание помощи студентам очной и заочной форм обучения в изучении дисциплины «Инженерная геология», являющейся комплексной дисциплиной и включающей в себя широкий круг инженерно-геологических знаний с целью использования их при строительстве различных зданий и сооружений.

Инженеры-строители, как правило, сами не ведут инженерногеологические работы, для этого существуют специализированные ин- женерно-геологические организации. Но они должны знать, понимать и учитывать состав, строение, происхождение, свойства и классификацию породообразующих минералов и горных пород при проектировании и строительстве зданий, сооружений и дорог. Учет этих данных в строительстве позволяет выбирать наиболее экономичные и технически рациональные варианты зданий, сооружений и дорог, обеспечивает высокую их устойчивость, надежную эксплуатацию, создает условия для решения вопросов охраны природной среды.

Изучив раздел «Породообразующие минералы и горные породы» дисциплины «Инженерная геология», студент должен:

знать: эндогенные, экзогенные и метаморфические геологические процессы; наиболее распространенные породообразующие минералы и горные породы; их происхождение, состав, свойства, условия залегания и распространение; диагностические признаки главных породообразующих минералов и горных пород; инженерно-геологическую классификацию горных пород и грунтов, их использование в строительстве;

владеть методикой определения наиболее важных свойств главных породообразующих минералов и основных горных пород в лаборатории и полевых условиях.

Лабораторные работы выполняются студентами индивидуально. Все работы оформляются и защищаются каждым студентом. В начале каждой работы приводится краткое изложение изучаемых свойств минералов и горных пород. Результаты определения минералов и горных пород оформляются в виде таблиц с подробным описанием их свойств и особенностей. В конце отчета следует привести основные выводы по результатам выполненной работы.

4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОРОДООБРАЗУЮЩИХ МИНЕРАЛОВ

1. Общие сведения

Минералы – это природные химические соединения, имеющие определенные химический состав и физические свойства, образующиеся в результате геохимических процессов, протекающих в земной коре.

Вземной коре минералы встречаются в виде самостоятельных скоплений, создавая ценные месторождения полезных ископаемых, но чаще входят в состав горных пород. Минералы определяют физикомеханические свойства горных пород.

Вземной коре содержится более 4000 минералов и их разновидностей. Большинство из них встречаются редко и лишь около 100 минералов встречаются часто и в достаточно больших количествах, входя в состав тех или иных горных пород. Такие минералы называют породооб-

разующими.

Различают три основных процесса минералообразования: эндогенный, экзогенный и метаморфический.

Эндогенный процесс связан с внутренними силами Земли и проявляется в ее недрах. Минералы формируются из магмы – силикатного огненно-жидкого расплава. Таким путем образуются, например, кварц и различные силикаты и другие минеральные образования. Характерной особенностью этого процесса являются высокая температура и давление. Эндогенные минералы образуются плотные, с большой твердостью, стойкие к воде, кислотам, щелочам.

Экзогенный процесс свойствен поверхности земной коры, где имеются сложные процессы взаимодействия литосферы с гидросферой, атмосферой и биосферой. В этом процессе минералы образуются на суше и

вморе. На суше образование минералов связано с процессом выветривания, т.е. с разрушительным воздействием воды, кислорода, колебаний температуры на эндогенные минералы. Таким образом образуются глинистые минералы (гидрослюда, монтмориллонит, каолинит и др.), различные железистые соединения (сульфиды, окислы и др.). На море минералы формируются в процессе выпадения химических осадков из водных растворов (галит, сильвин и др.).

Вэкзогенном процессе ряд минералов образуется также за счет жизнедеятельности различных организмов (кальцит в виде жемчуга, опал и др.).

5

Экзогенные минералы разнообразны по свойствам. В большинстве случаев они имеют низкую твердость, активно взаимодействуют с водой или растворяются в ней.

Метаморфический процесс. Под воздействием высоких температур и давлений, а также магматических газов и воды на некоторой глубине в земной коре происходит преобразование минералов, ранее образовавшихся в эндогенных и экзогенных процессах. Минералы изменяют свое первоначальное состояние, перекристаллизовываются, приобретают плотность, прочность. Так образуются многие минералы-силикаты (роговая обманка, актинолит и др.).

Основой классификации минералов является химический состав и их внутреннее строение.

Все минералы разделяются на 10 классов (табл. 1).

6

Каждый минерал может существовать в природе лишь в определенных термодинамических условиях. При изменении этих условий минеральное тело видоизменяется или разрушается.

Минералы обладают кристаллической структурой или бывают аморфными, у которых кристаллическая решетка отсутствует. Большинство минералов имеет кристаллическое строение, в котором атомы расположены в строго определенном порядке, создавая пространственную решетку.

Минералы обладают однородностью строения, состава и свойств, они обладают одинаковым кристаллическим строением и химическим составом. Свойства минералов могут быть одинаковыми по всем направлениям (изотропные свойства) или разными по различным направлениям (анизотропные свойства). Аморфные минералы по свойствам изотропны, им характерна неправильная внешняя форма.

Каждый минерал характеризуется определенным химическим составом. Иногда встречаются минералы сходного химического состава, но в этом случае они обязательно имеют различное внутреннее строение, а, следовательно, и различную внешнюю форму.

Минералы имеют определенные физические свойства, по которым их можно отличать (диагностировать) друг от друга: морфологические особенности (внешняя форма); оптические характеристики (цвет, про-

7

зрачность, блеск); показатели твердости, спайность, излом, плотность, хрупкость; плавкость; магнитность; вкус, запах и т.д.

Внешняя форма минералов разнообразна: изометрические формы (кубические), примерно одинаково развитые во всех тех направлениях в пространстве (пирит, галит); вытянутые в одном направлении формы (призматические, игольчатые и др.) – кварц, асбест; вытянутые в двух направлениях формы (плоские, листоватые, чешуйчатые) – слюда, графит.

Цвет минералов разнообразный и определяется присутствием в них красящих веществ (хрома, марганца, железа и др.). Все минералы по цвету условно разделяют на: светлые, к которым относятся бесцветные, белые, светло-серые, желтые, розовые (кварц, полевые шпаты, гипс, кальцит и др.) и темные, малопрозрачные, имеющие черный цвет, тем- но-зеленый, коричнево-бурый и другие цвета (роговая обманка, авгит и др.).

Прозрачность минералов – способность пропускать свет. Выделяют три группы минералов: прозрачные (кварц, мусковит и др.), полупрозрачные (гипс, халцедон и др.) и непрозрачные (пирит, графит и др.).

Блеск минералов – способность поверхности минералов отражать в различной степени свет. Блеск не зависит от цвета минерала. Блеск может быть металлический (галенит, пирит) и неметаллический, который в свою очередь может быть стеклянным (силикаты), жирным (тальк), шелковистым (асбест), перламутровым (тальк), тусклым (монтмориллонит) и т.д.

Твердость минералов – способность противостоять внешним механическим воздействиям, в частности царапанию. Каждому минералу присуща определенная твердость, которая ориентировочно оценивается по 10-балльной шкале твердости Мооса (табл. 2).

Спайность – способность минералов раскалываться или расщепляться по определенным направлениям с образованием плоскостей раскола. Это свойство обусловлено внутренним строением кристаллов и не зависит от их внешней формы. Спайность различных минералов выражается в различной степени: весьма совершенная – минерал легко расщепляется на тонкие листочки (слюда); совершенная – при расколе молотком минерал дает правильные плоскости скола (кальцит, ортоклаз); несовершенная – на сколах заметны небольшие гладкие площадки (апатит). Если при ударе минерал раскалывается по неопределенным направлениям (кварц) – спайность отсутствует.

9

Излом – это вид поверхности, образующийся при раскалывании минерала по плоскостям спайности. Различают излом по спайности (кальцит), раковистый (кварц), землистый (каолинит), неровный (тальк), оскольчатый (нефрит), занозистый (ангидрит), крючковатый (железо самородное) и др.

Для диагностики минералов значение имеет цвет порошка, определяемый по цвету черты, которую оставляет минерал на неглазурованной фарфоровой пластинке.

П л о т н о с т ь – физическое свойство минералов, зависящее от его состава и кристаллических особенностей. По плотности минералы разделяются на легкие, средние и тяжелые. Плотность минералов колеблется в пределах от 0,6 (смола) до 18–19 г/см3 (золото, платина). Наиболее распространенные значения колеблются в пределах от 2,5 до 3 г/см3.

2. Цель и содержание работы

Целью работы является описание и определение породообразующих минералов, изучение их свойств и диагностических признаков.

Работа предусматривает следующие определения:

1)внешний осмотр минералов и определение блеска, цвета, прозрачности и плотности минерала, цвета черты, характера спайности и излома;

2)определение твердости минерала;

3)определение устойчивости к воздействию кислот;

4)установление класса и названия минералов.

3. Материалы и оборудование для выполнения работы

1)коллекция породообразующих минералов;

2)стальной нож;

3)стеклянная пластина;

4)неглазурованная фарфоровая пластинка;

5)ученический компас;

6)графитовый стержень;

7)медная проволока;

8)10% раствор НС ;

9)таблицы – определители минералов.

4. Методика проведения работы

В лаборатории «Инженерная геология» имеется коллекция 9 классов минералов, кроме класса минерала – вольфраматы. Дать описание всех свойств и особенностей каждого минерала в лабораторной тетради по форме табл. 3. Описание минерала должно быть подробным, полным и наглядным, чтобы по его данным можно было представить конкретный минерал.

10