Шпоры Геология

1.Инженерная геология, объект изучения, содержание и связь с другими науками.

Геология – изучает различные геологические процессы, происходящие в недрах земной коры и на её поверхности применительно к инженерной деятельности человека.

Далее возникли самостоятельные дисциплины, изучающие:

минералогия – состав, происхождение и свойства природных соединений (минералов), слагающих земную кору;

петрография – агрегаты минералов (горные породы), их состав, строение, происхождение и условия залегания;

динамическая геология – процессы на поверхности и в недрах Земли;

стратиграфия – слои земной коры;

тектоника – строение или структуру земной коры в их исторической последовательности;

историческая геология – историю земной коры от начала ее развития до настоящего времени;

гидрогеология – подземные воды, условия их залегания, режим движения;

Первый этап становления инженерной геологии, как самостоятельной отрасли геологии, относится к концу 18-го века и характеризуется накоплением опыта использования геологических данных для строительства различных объектов, особенно железных дорог в промышленно развитых странах мира. Были выявлены различные геологические условия на обширных территориях с практическим применением в решении конкретных строительных задач.

На 2-м этапе, во второй половине 20-го века, инженерная геология утвердилась как самостоятельная наука и стала необходимой и неотъемлемой частью строительного производства. Инженеры-строители разработали методики оценки свойств горных пород (грунтов) качественно и количественно, что особенно важно для проектирования объектов. Созданы специализированные инженерно-геологические изыскательские организации, оснащенные необходимым оборудованием, приборами и высококвалифицированными кадрами.

В состав современной инженерной геологии входят специальные разделы, имеющие уровень самостоятельных наук: механика грунтов; механика скальных пород; инженерная гидрогеология; инженерная геофизика; геокриология (мерзлотоведение).

2.Состав и строение Земли, ее происхождение и форма. Теории происхождения Земли.

Гипотезы о происхождении Земли можно разделить на две группы. Согласно первой Земля возникла как тело с большой температурой и затем остывала (Канта-Лапласа). По второй Земля возникла из газового пыльного облака с малой температурой и была разогрета при прохождении через него Солнца от радиоактивного распада элементов (О.Ю.Шмитдт сформулировал в 1943-44 гг., доложил в 1951 г.).

Форма и размеры Земли

Форма – геоид в виде эллипсоида вращения с поднятиями и опущениями (рис. 2) Размеры в км: полярный радиус 6357, экваториальный 6378, средний 6370.

Рис. 2. Схема деления земного шара на геосфе-ры:

1 – атмосфера (21 % кислорода, 78% азота, 1% другие газы);

2 – гидросфера;

3 – земная кора (литосфера);

4 – слой Мохоро-вичича;

5 – мантия Земли:

6 – ядро Земли;

7 – верхняя зона;

8 – переходная зона;

9 – нижняя зона;

10 – верхняя оболочка;

11 – ядрышко

В земной коре находятся все химические элементы. Впервые попытался установить состав американский ученый Кларк в 80-е годы 19-го столетия. Он собрал анализы горных пород и обработал статистически. Позже были получены уточненные данные о химическом составе земной коры в %: кислород – 46,8; кремний – 27,4; алюминий – 8,7; железо –5,1; кальций – 3,6; натрий – 2,6; калий – 2,6; магний – 2,1; другие – 1,2.

3.Методы инженерной геологии. Геосферы Земли и их взаимодействие.

Инженеры-изыскатели для изучения геологической среды используют методы:

- Геологический или естественноисторический.

- Экспериментальный (лабораторные и полевые исследования).

- Аналогий – по опыту предыдущих исследований.

- Моделирования (вещественные модели).

- Расчетно-теоретический.

Атмосфера – воздушная оболочка, постоянно движется и колоссально влияет на процессы на поверхности Земли.

Гидросфера – водная оболочка Земли (примерно 71% ее поверхности), очень активный геологический фактор. Мощность различная, максимально свыше 11 км (Марианская впадина).

Земная кора - литосфера мощностью от 3 до 80 км (в среднем – примерно 50 км) и средней плотностью вещества 2,8 г/см3, неоднородна по составу и имеет ряд слоев.

Исследована земная кора на глубину порядка 8 км, а за последнее время в сверхглубоких скважинах (Кольская – свыше 11 км). Ниже этих глубин оценка производится по результатам сейсморазведки.

Гранитный слой включает граниты, гнейсы и базальты. Базальтовая оболочка состоит из базальта, оливина и перидотита.

Мантия включает оболочки: а) симатическую (барисферу) – верхнюю мантию с плотностью 2,2-4,5 г/см3; б) промежуточную с плотностью 5,3-6,6 г/см3, включающую хрофесиму (от 900 до 1800 км) и нифесиму (от 1800 до 2900 км).

О составе мантии судят предположительно. Бурение выполняют с поверхности дна океана, где нет гранитного слоя. Мантия состоит из силикатных пород, примерно как в базальтовом слое, но они находятся в другом состоянии (давление и температура больше).

Ядро с плотностью 7-11 (9-12) г/см3, в среднем 8,5 г/см3 как у стали, тоже неоднородно по составу. Волны не проходят на внешней оболочке со свойствами жидкости.

Одна из гипотез утверждает, что ядро состоит из элементов типа железа и никеля, а другая – из пород силикатного состава (как мантия и базальтовый слой). Высокая плотность обусловлена колоссальным давлением (порядка 3,5 млн. атм.). Вещество находится в металлизированном состоянии и переходит в низкотемпературную плазму с температурой порядка 2000-10000о (в среднем – 4000о), поскольку электронные оболочки атомов разрушаются

Биосфера (сфера жизни, по определению акад. В.И. Вернадского) – более или менее равномерно распределенный по земной поверхности покров живого вещества (более 500 растений и более 100 организмов и живых существ).

4.Геохронологическая шкала. Значение геохронологических данных для водохозяйственного строительства.

Геохронологи́ческая шкала́ — геологическая временная шкала истории Земли, применяемая в геологии и палеонтологии, своеобразный календарь для промежутков времени в сотни тысяч и миллионы лет.

Геохронологическая шкала создавалась для определения относительного геологического возраста пород. Абсолютный возраст, измеряемый в годах, имеет для геологов второстепенное значение.

Самый длительный отрезок времени – эон. Толщу, оборазованную за это время из слоев пород, называют эонотемой. Самый короткий отрезок – век. Образованную в течении века толщу называют ярусом. Каждый отрезок времени получил наименование и обозначение в виде индекса (табл. 3), а на геологических картах – свою окраску. Современный четвертичный период имеет индекс Q, на геологических картах обозначен серо-зеленым цветом. Самый древний период – кембрийский.

Периоды делят на эпохи (отделы). Например, триасовый период подразделяют на нижнюю (Т1), среднюю (Т2) и верхнюю (Т3) эпохи. Каждую эпоху разделяют на века (ярусы). Например, К2dat читается как меловой период, верхняя эпоха, датский век. Верхний индекс дает наименование века. Современный четвертичный период имеет деление на эпохи, обозначенные римскими цифрами – QI , QII, QIII, QIV. Кроме того, перед индексом Q ставят знаки, обозначающие генезис (происхождение) пород, например, аQIII – породы аллювиального (речного) генезиса, eoQII – эолового (ветрового) генезиса, mQI – морского происхождения и т.д.

Инженеры-строители и архитекторы должны знать возрастные индексы горных пород (грунтов) и использовать для чтения геологической документации (карт, разрезов) при проектировании зданий и сооружений.

5.Абсолютный и относительный возраст горных пород. Методы определения возраста горных пород.

Различают относительный и абсолютный возраст горных пород, устанавливаемые для оценки их свойств и определения положения среди других пород с отражением в геологической документации (картах и разрезах).

Относительный возраст определяют по отношению друг друга двумя методами: стратиграфическим и палеонтологическим.

Стратиграфический метод применяют для толщ с ненарушенным горизонтальным залеганием слоев (рис. 7). При этом нижележащие слои считают древнее вышележащих. Этот метод не используют при залегании слоев в виде складок.

Рис. 7. Залегание слоев:

а – горизонтальное, б – в виде складок

Из рис. 7,а видно, что самым молодым является верхний слой 3, самым древним – нижний 1. На рис. 7,б показан выход на склон рельефа слоев, смятых в складки. Видно, что более древние слои 1 и 2 лежат на более молодом слое 3.

Палеонтологический метод определения относительного возраста пород базируется на истории развития органической жизни на Земле по остаткам вымерших организмов в осадках.

Абсолютный возраст – это срок существования («жизни») породы в годах, определяемый по радиоактивным превращениям в уране, калии, рубидии и др., входящим в состав пород. По образованию свинца из 1 г урана в год находят абсолютный возраст минерала и породы в млн. лет, по углероду 14С с периодом полураспада 5568 лет - более молодых образований.

7.Тектонические движения и их значение в формировании кристаллического фундамента.

Процессы внутренней динамики (эндогенные процессы) можно подразделить на:

1 – магматизма;

2 – метаморфизма (большие давления и температура);

3 – тектонические.

Все они тесно связаны друг с другом и взаимно влияют.

Движения земной коры с её деформациями и изменением залегания пород называются тектоническими процессами. Их можно разделить на три основных типа:

- колебательные - медленные поднятия и опускания участков земной коры с образованием крупных выпуклостей и прогибов;

- складчатые - смятие горизонтальных слоев земной коры в складки без их разрыва;

- разрывные - с разрывом слоев и массивов горных пород.

Колебательные движения. Отдельные участки земной коры на протяжении многих столетий поднимаются, другие в это же время опускаются с их изменением наоборот со временем. Различают виды таких движений земной коры: 1 – прошедших геологических периодов; 2 – новейшие четвертичного периода; 3 – современные с изменением высот поверхности земли в данном районе.

Кристаллический фундамент платформы неровный. В нем впадины – синклинали, поднятия – антиклинали. Амплитуда колебаний на платформе достигает 2-3 км.

6.Принципы построения геологических карт и разрезов.

Геологическая карта – изображение геологического строения определенной территории земной коры. Она дает представление не только о геологическом строении поверхности земли, но в определенной мере и о внутреннем строении земной коры.

Инженерно-геологические карты бывают трех видов: 1) инженерно-геологических условий, 2) инженерно-геологического районирования и 3) инженерно-геологические карты специального назначения. Каждая такая карта включает условные обозначения (рис. 91), геологические разрезы и пояснительную записку.

Рис. 91. Условные обозначения пород для литологических разрезов и карт

Карта инженерно-геологических условий содержит информацию для всех видов наземного строительства.

Карта инженерно-геологического районирования отражает разделение территории на части (регионы, области-районы и т. д.) в зависимости от общности их инженерно-геологических условий.

Карты специального назначения составляют применительно к конкретным видам строительства. Они содержат оценку инженерно-геологических условий территории строительства и прогноз инженерно-геологических явлений.

В основу составления геологической карты положены след. принципы: на карте условными знаками (цветом-краской, штриховкой, буквенными индексами и др. знаками) показывается распространение осадочных, изверженных и метаморфических горных пород различного возраста. Состав и возраст пород отображается цветом и особыми спец знаками. Линиями разной толщины обозначаются геологические границы горных пород, слагающие геологические тела и тектонические нарушения – разломы. Форма границ позволяет судить об условиях залегания, соотношении горных пород, геологических структурах и поведении горных пород на определенных глубинах.

Геологические разрезы представляют проекцию геологических структур на вертикальную плоскость и позволяют выявить геологическое строение по глубине. Их строят по геологической карте или по данным разведоч­ных выработок (шурфов, буровых скважин). Вертикальный масштаб разрезов обычно принимается в 10 и более раз крупнее горизонтального.

На геологическом разрезе показывают возраст, состав, мощность, условия залегания грунтов, гидрогеологические условия.

8.Сейсмические явления. Платформы и геосинклинали.

Сейсмические явления (от греческого – сотрясения) проявляются в виде упругих колебаний земной коры. Типичны районам геосинклиналей с разрывами, подвижками, расколами и другими остаточными деформациями земной коры. В наиболее резком появлении сейсмические явления называются землетрясениями.

Землетрясения могут происходить при извержении вулканов, а также в результате мощных взрывов сооружений что приводит к гибели людей.

По характеру тектонических движений земная кора может быть разбита на 2 области, которые принято называть:

1 – платформы;

2 – геосинклинали (земные впадины).

Платформы - малоподвижные, устойчивые участки земной коры. Для них характерны вертикальные колебания.

Кристаллический фундамент платформы неровный. В нем впадины – синклинали, поднятия – антиклинали. Амплитуда колебаний на платформе достигает 2-3 км.

Щиты - выходы кристаллического фундамента на поверхность земли. На Русской платформе - Украинский и Балтийский щиты.

Плита - это комплекс чередующихся морских и континентальных осадочных отложений. Море отступает и наступает, а платформы колеблются: поднятия и опускания – трансгрессия моря.

Геосинклинали – узкие вытянутые участки земной коры с интенсивным накоплением осадков, превращаемых в высокие горы (академик Наливайко). Они претерпели несколько этапов развития:

1. Наиболее часто это – моря с интенсивным накоплением осадков (мощность – 15-20 км) и прогибами. Часто сопровождаются подземными извержениями. Пример – Средиземное море.

2. Геосинклинали превращаются в горную систему, а море отступает. Осадочные породы сминаются в складки с вертикальными колебаниями и горизонтальными смещениями (Карпаты, Кавказ). Часто возникает вулканическая деятельность.

3. Происходит разрушение гор (Уральские горы).

9.Складчатые и разрывные дислокации земной коры.

Складчатые дислокации. Под дислокациями понимают вторичные формы залегания горных пород. При колебаниях часто происходит смятие слоев (пластов) пород в складки или их наклон (рис.8) без разрыва сплошности. В вершинах складок они всегда бывают трещиноваты, а иногда даже раздроблены. При первичном (ненарушенном) залегании осадочных пород их расположение не меняется и остается таким же как при формировании.

Разрывные дислокации имеют нарушения сплошности пластов. На территории Беларуси новейшие дислокации не образуются, но старые встречаются. Примером служит Припятский грабен (рис. 9), поверху которого очень много отложений морского происхождения.

К разрывным дислокациям относятся (рис. 10) сбросы, взбросы, сдвиги, грабены, горсты, надвиги.

Рис. 8. Складчатые дислокации:

а – моноклиналь; б – флексура; в – антиклиналь;

г – синклиналь; О – ось складок; П – поверхность земли

Рис. 10. Разрывные дислокации:

а – сброс; б – ступенчатый сброс; в – взброс; г – надвиг; д – грабен; е – горст;

1 – неподвижная часть толщи; 2 – смещаемая часть; П – поверхность земли;

р – разрыв слоев

10.Формы и типы рельефа.

Формы рельефа классифицируются по своему происхождению:

- тектонические формы, возникшие в результате процессов движения земной коры (крупные).

Формы рельефа: горные хребты, равнины, океанические понижения.

- эрозионная, связана с разрушающей работой текучих вод (атмосферные, речные, подземные). К ним относятся: ущелья, речные долины, овраги, промоины.

-аккумулятивные – речные террасы, дюны, барханы, все то, что является следствием накопления продуктов процесса разрушения горных пород водой и ветром.

Эрозионные и аккумулятивные формы рельефа активно меняют свои очертания во времени.

Типы рельефа. Для земных поверхностей характерны типы рельефа, т.е. определенные сочетания форм рельефа закономерно повторяющихся на обширных пространствах земли, имеющих сходное происхождение в геологическом строении, однотипную историю развития.

Три типа рельефа: равнинный, холмистый и горный.

Равнинный – обширные участи суши, с ровной или слабо волнистой поверхностью. В зависимости от положения над уровнем моря, равнины бывают: отрицательные (ниже уровня моря), низменные (высота которых не превышает 200м над ур.моря), возвышенные равнины (с высотой отметок от 200 до 500м). Равнины нагорные, расположены по отметкам выше 500м.

Холмистый – поверхность земли состоит из сочетания часто чередующихся возвышенностей. Холмы с относительными отметками, высотой менее 200м и пониженных участков: ложбин и котловин.

Горный рельеф – чередование крупных возвышенностей: горы, хребты и понижений, долины, впадины, котловины. По своему происхождению горный рельеф подразделяется на: тектонический, вулканический и эрозионный.

13.Суффозозионные процессы. Химическая и механическая суффозия.

Суффозия – вынос мелких частиц из горной породы под воздействием фильтрационного потока (подземной воды).

От породы отрываются мелкие частицы и выносятся за её пределы.

Различают два вида суффозии механическую и химическую. При механической фильтрующаяся вода отрывает от породы и выносит во взвешенном состоянии целые частицы глинистые, пылеватые, песчаные. При химической вода растворяет частицы породы гипс, соли, карбонаты и выносит продукты разрушения. Суффозия наиболее свойственна гранулометрически неоднородным породам. Процесс механической суффозии в разнозернистом песке происходит следующим образом. Песок состоит из частиц различного размера больших и малых. Большие частицы создают структурный каркас породы. Поры достаточно велики и через них под действием фильтрующейся воды свободно проходят мелкие частицы глинистые, пылеватые. Суффозия в таких песках возникает с момента появления критического напора . Суффозия может происходить в глубине массива пород или вблизи поверхности земли. В глубине массива перенос мелких частиц осуществляется водой из одних пластов в другие или в пределах одного слоя. Это приводит к изменению состава пород и образованию подземных каналов.

В глубине массива суффозия может возникать также на контакте двух слоев, различных по составу и пористости. При этом мелкие частицы одной породы потоком воды переносятся в поры другой породы. При суффозии на контакте между слоями иногда формируются своеобразные прослои или вымываются пустоты. Это можно наблюдать на контакте глинистых и песчаных слоев, когда соотношение коэффициентов фильтрации этих пород больше 2. Характерными являются пустоты лессовых пород, в частности, на контакте с подстилающими их кавернозными известняками-ракушечниками. Размер пустот иногда достигает нескольких метров.

12.Виды выветривания: механическое, химическое, биологическое. Кора выветривания.

Выветривания – это разрушение и изменение состава грунтов под воздействием различных агентов, среди которых основную роль играют колебания температур, замерзание воды, кислоты, щелочи, углекислоты, ветер, организмы и т.д.

Выветривания бывают: физическое, химическое и органическое (биологическое).

Физическое выветривание - механическое дробление пород почти без изменения их минералогического состава . Это происходит в результате колебания температур, замерзания воды, ударов переносимых ветром песчинок, кристаллизации солей в капиллярах, давления от роста корневой системы растений и т.д.

Весьма интенсивно выветриваются наружные части зданий и сооружений, особенно в местностях с сухим резко континентальным или холодным климатом.

Химическое выветривание изменяет состав пород. Активные реагенты - вода, кислород, углекислота и органические кислоты.

Примерами химического выветривания служат растворение в воде каменной соли и гипса, переход ангидрита в гипс (CaSO4 +2H20 = CaSO4 .2H2O) с резким увеличением объема (до 50-60%), что вызывает разрушительное давление на окружающие породы.

Биологическое (органическое) выветривание проявляется в процессе жизнедеятельности живых организмов и растений и играет ведущую роль в образовании почв. Породы дробятся и разрушаются органическими кислотами при отмирании растений. Корни деревьев расщепляют даже скальные грунты, а бактерии поглощают одни вещества и выделяют другие.

При выветривании пород изменяются их физико-механические свойства, снижается устойчивость оснований сооружений, возникают откосы, подземные выработки и т.д.

Кора́ выве́тривания — континентальная геологическая формация, образующаяся на земной поверхности в результате выветривания горных пород.

11.Классификация природных инженерно-геологических процессов.

Природные геологические процессы совершаются на поверхности земли или на малых глубинах в результате геологической работы воды, льда, организмов, ветра, гравитации, деятельности людей при замачивании просадочных грунтов под зданиями и сооружениями, от сдвижения грунтовых толщ над подземными выработками и т.д.

Геологические процессы можно расчленить на 3 стадии:

а) разрушение грунтов;

б) перенос продуктов разрушения;

в) образование из продуктов разрушения новых осадков.

В результате этих процессов происходит изменение рельефа, сглаживаются его крупные элементы и образуются слегка приподнятые равнины – пенеплен.

14.Карст. Зона карстообразования и зона цементации.

Карст – химическое растворение горной породы, происходит в результате фильтрации подземной воды, конечные продукты сталактиты и сталагмиты.

По отношению к земной поверхности различают два типа карста: открытый и скрытый.

При открытом типе карстующиеся породы лежат непосредственно на поверхности земли, а при скрытом они перекрываются слоями нерастворимых водопроницаемых пород и лежат на некоторой глубине.

При растворении горных пород в массиве горной породы образуются пустоты, существенно снижающие несущую способность массива грунта.

Карстовые процессы - это процессы выщелачивания водорастворимых горных пород известняков, доломитов, гипсов подземными и атмосферными видами и образования в них различных пустот. Для карстового процесса в отличие от суффозии главным является растворение пород и вынос из них веществ в растворенном виде.

Возникновение и развитие карста обусловлено способностью пород к полному растворению, наличием проточной воды и степенью ее минерализации, геологическим строением участка, рельефом местности, трещиноватостью пород, характером растительности, климатом. Из всех пород наиболее растворимыми водой являются соли, гипсы с ангидридами и известняки.

Наиболее сильно растворяет породы слабо минерализованная вода, а также водные растворы, содержащие свободную углекислоту. В этом случае растворяющее действие воды увеличивается во много раз. Растворению способствуют повышенная температура и движение воды.

Поднятие или опускание карстового массива, вследствие движений земной коры, вызывает изменение положения базиса коррозии. Карстовый процесс при этом либо усиливается, либо ослабевает. Ниже уровня подземных вод, если они достаточно минерализованы и поток их движется медленно, карстообразования не происходит. В этой части массива наблюдается цементация трещин за счет выпадения из водного раствора кальцита и других веществ. В связи с этим в карстующемся массиве следует различать зону карстообразования и зону цементации.

15.Поверхностный и глубинный карст. Особенности строительства на карстующихся породах.

Классификации карста весьма разнообразны. В морфологическом отношении выделяют три группы карста: поверхностный, глубинный и комбинированный (провальный); по геологическому строению разрезов карстовых массивов: открытый (голый), покрытый и перекрытый.

Поверхностные карстовые формы - элементы карстового ландшафта, включающие отрицательные и положительные карстовые формы. Различают: - простые поверхностные карстовые формы, образованные сочетанием элементов рельефа: карры, воронки, рвы, останцы; - сложные поверхностные карстовые формы, состоящие из комбинации простых форм: карстовые долины, карстовые котловины, полья.

   Глубинный карст представлен многочисленными трещинами, кавернами, колодцами, пустотами и погребенными полостями, выполненными песчано-глинистыми, а чаще бокситоносными отложениями (размеры их достигают нескольких десятков метров). Карст широко развит и имеет определенное значение для формирования подземных карстовых вод.

Там, где массивы карстующихся пород пересекаются глубинными тектоническими разломами, формируются участки повышенной обводненности, или зоны сосредоточения трещинно-карстовых вод со значительными ресурсами. Карстующиеся породы легко подвергаются растворению подземными водами. В результате формируются карстовые и трещинно-карстовые коллекторы, поверхностные и подземные карстовые формы. Карстовые процессы увеличивают объемы коллекторов, но существенно осложняют разработку месторождений полезных ископаемых, строительство и эксплуатацию сооружений и коммуникаций. С геологической деятельностью трещинно-карстовых вод связано формирование: бурых железняков, мартитов, бокситов, руд никеля, огнеупорных глин, кварцевых песков, россыпных месторождений золота, платины, алмазов и др. Залежи полезных ископаемых приурочены к зонам интенсивного карста вдоль несогласных контактов карбонатных пород с некарстующимися отложениями. Трещинно-карстовые воды массивов карбонатных пород имеют в регионе большое водохозяйственное значение, но в присутствии сульфатных пород резко теряют свои высокие качества в связи с ростом их минерализации, общей жесткости и концентрации сульфат-ионов. Формирование карстовых пустот и провалов под сооружениями и коммуникациями вызывает аварии на железных дорогах, шахтах, мостовых переходах и продуктопроводах. Карстовые процессы, формируя коллекторы для ценных трещинно-карстовых вод, одновременно наносят ощутимый экономический ущерб народнохозяйственным объектам. Поэтому исследование карстовых процессов гидрогеологическими методами в комплексе с геолого-геофизическими исключительно актуально.

16.Способы защиты от карста и суффозии.

При исследовании грунтов необходимо выявлять их способность к суффозии, определять критические градиенты. Выбор этих приемов строительства зависит от геологических и гидрогеологических условий строительной площадки, типа и вида грунтов оснований, характера засоления, конструкции объекта, технических возможностей строительной организации. Суффозионные явления отрицательно сказываются на устойчивости зданий и сооружений. С суффозией следует активно бороться. Основой всех мероприятий является прекращение фильтрации воды. Это достигается различными путями: регулированием поверхностного стока атмосферных вод и гидроизоляцией поверхности земли; перекрытием места выхода подземных вод тампонированием или присыпкой песка; устройством дренажей для осушения пород или уменьшением скорости фильтрации воды; упрочнением ослабленных суффозией пород методами силикатизации, цементации, глинизации, применением особых видов фундаментов, например, свайных.

Строительство в карстовых районах связано со значительными трудностями, так как карстующиеся породы являются ненадежным основанием. Пустотность снижает прочность и устойчивость пород, как оснований зданий и сооружений. Развитие карстовых форм может вызвать недопустимые осадки или даже полное разрушение конструкций. Карстовый процесс особенно опасен для гидротехнических сооружений. Через карстовые пустоты возможны утечки воды из водохранилищ, каналов. При строительстве в карстовых районах необходимо осуществлять ряд мер, направленных на прекращение развития карстовых форм, повышения устойчивости и прочности пород:

- предохранять растворимые породы от воздействия поверхностных и подземных вод, что достигается планировкой территории, устройством системы ливнеотводов, покрытием поверхности слоем жирной глины, выполняющей роль гидроизоляции. Фильтрация подземных вод пресекается сооружением дренажных систем;

- упрочнять карстующиеся породы и одновременно предотвращать доступ в них воды, что может быть достигнуто нагнетанием в трещины и мелкие пустоты жидкого стекла, цементного или глинистого раствора, горячего битума.

В карстовых районах предусматривают строительство зданий малочувствительных к неравномерным осадкам, фундаменты свайного типа и другие специальные конструктивные решения. Для правильного проектирования зданий и сооружений в карстовых районах необходимы детальные инженерно-геологические исследования, которые должны носить комплексный характер. При этом изучают климат, растительность, гидрологию, геоморфологию, геологию местности, подземные воды и в том числе все, что связано с самими карстовыми формами.

17.Гравитационные процессы и явления на склонах: осыпи, лавины, обвалы и оползни. Признаки оползневого склона.

Осыпи. На крутых склонах у подножья склонов накапливаются глыбы, щебень, более мелкие обломки образуют валы – осыпи. Их мощность колеблется от нескольких до десятков метров. По признаку подвижности осыпи подразделяют на действующие, находящиеся в стадии интенсивного движения, затухающие и неподвижные.

Обвалы - обрушение массы горных пород на крутых склонах (более 45 – 50°) и обрывах естественных форм и рельефа (речные долины, ущелья, побережья морей и т. д.), а также в строительных котлованах, траншеях, карьерах. Вывалы являются разновидностью обвалов отдельных глыб и камней в откосах выемок.Все мероприятия по борьбе с обвалами и вывалами сводятся к предупреждению их возникновения и устройству защитных мероприятий: подпорных и улавливающих стен, рвов, траншей, отводу поверхностных вод.

Оползни — скользящее смещение грунтов на склонах долин, оврагов, балок, берегов морей, выемок под действием гравитации и напоре поверхностных или подземных вод. Оползни разрушают здания и сооружения на склонах и ниже их. Большой ущерб приносят оползни на берегах Черноморского побережья Кавказа, Крыма, в долинах рек и горных районов. Происходят оползни и в Беларуси. Деформации в результате сползания подвергаются насыпи шоссейных и железных дорог, здания и сооружения. На оползневых склонах можно наблюдать разрушенные здания со значительными трещинами и иными повреждениями. Часто внешними признаками оползней являются так называемый «пьяный лес» и разорванные стволы деревьев, потеря вертикальности столбов телефонной связи и электролиний, заборов, стен, появление разрывных трещин на отмостке или поверхности грунта. На возникновение и развития оползней оказывают влияние: высота, крутизна и форма, геологическое строение, свойства пород, гидрогеологические условия. Сползание может возникнуть под действием природных процессов или от производственной деятельности человека. Склоны с крутизной менее 15° оползней не образуют. Часто оползни проявляются при падении слоев, особенно обладающих «ползучестью» глинистых, в сторону склона.

Основными причинами оползней служат 3 группы процессов:

1. Изменяющие внешнюю форму и высоту склона: колебания базиса эрозии рек, оврагов; разрушающая работа волн и текучих вод; подрезка склона.

2. Изменяющие структуру и ухудшающие физико-механических свойства слагающих склон грунтов за счет выветривания; увлажнения подземными, дождевыми, талыми и хозяйственными водами; выщелачивания водорастворимых солей и выноса частиц текучей водой с образованием суффозионных пустот.

3. Создающие дополнительное давление на слагающие склон грунты: напор воды, статические и динамические нагрузки на склон, сейсмические воздействия.

Каждый случай образования оползня бывает связан с несколькими причинами.

В лессовидных суглинках возникают оползневые цирки. Между несколькими цирками располагаются межоползневые гребни.

На склонах речных долин образуются террасовидные уступы (оползневые террасы), наклоненные обратно падению склона.

Различают оползни одно-, и многоярусные, действующие и недействующие.

Снежные лавины возникают от обрушения больших масс снега с крутых склонов. Они бывают сухими в мороз и мокрыми при оттепели. В зависимости от особенностей местности и характера движения лавин для защиты склоны террасируют, садят деревья, возводят подпорные стены, организуют инженерную защиту с возведением галерей над сооружениями, горными дорогами и др.

20.Геологическая деятельность ледников.

Сейчас льды занимают 10 % поверхности суши, 98,5 % полярные области и 1,5% – высокие горы. Различают 3 типа ледников: горные, плоскогорий и материковые.

Горные ледники образуются высоко в горах на вершинах, в ущельях, впадинах, различных углублениях. Они движутся на Кавказе со скоростью 0,03 – 0,35 м/сут, на Памире — I – 4 м/сут.

Ледники плоскогорий залегает сплошной массой и по ущельям спускаются в виде языков. Такой ледник располагается сейчас на Скандинавском полуострове.

Материковые ледники залегают сплошным покровом в Антарктиде (4200 м), Гренландии (>2400 м) и в других местах. Скорость движения льда к океану в Гренландии составляет 4 – 38 м/сут. На побережье льды раскалываются, и огромные глыбы (айсберги) ветром и течениями уносятся в открытый океан.

Разрушительная работа ледников. При своем движении лед под действием тяжести и вмерзших в него обломков истирает и вспахивает поверхность земли, создавая котловины, рытвины, борозды. При толщине ледника 100 м на его ложе давит 920 МПа. В результате обработки льдом образуются округленные формы скал в виде «бараньих лбов», «курчавых скал», «штрихованных валунов» и т. д.

18.Активные, пассивные и специальные противооползневые мероприятия.

Противооползневые мероприятия. Прежде всего должно быть высококачественное выполнение инженерно-геологических изысканий. Для успешной реализации противооползневых мероприятий необходимы:

• установление природы возможных форм нарушения устойчивости склона и разработка рациональных расчетных схем;

• количественная оценка степени устойчивости склона;

• выявление наиболее эффективных путей повышения степени устойчивости склона до необходимых пределов;

• проектирование откосов с заранее заданной степенью устойчивости.

• разработка наиболее эффективных для конкретного случая оползнеудерживающих конструкций (заанкеренные подпорные стены и свайные ростверки, лучевые дрены).

Мероприятия по обеспечению охранной обстановки сводятся в основном к ограничению деятельности человека в районе склона:

• по зеленому поясу (запрещение рубки леса, корчевания и разработки участков под огороды, уничтожение кустарника, травяного покрова);

• по строительству (установление границы предельной застрой-ки, типа и веса сооружений, снос существующих сооружений, замедление темпов строительства);

• по земляным работам (запрещение любых разработок в пассивной зоне – у подножья, загрузки склона в активной зоне – у бровки, увеличения крутизны откоса, вскрытие неустойчивых грунтов);

• в области водного хозяйства (запрещение спуска поверхностных вод и поливов, содержание в порядке водоотводящих и осушительных устройств, водопроводно-канализационных систем, заделка ям, трещин, установление уровней и темпов сработки омывающих откос вод);

• по динамическим воздействиям (запрещение применения взрывных работ, забивки свай, работы транспортных средств).

Берегозащитные мероприятия и сооружения на водотоках и водоемах у подножья склона включают отвод и выправление русел, устройство защитных покрытий, возведение лотков, быстротоков, перепадов, стен – набережных.

Водоотводные осушительные и дренажные мероприятия и устройства делят на:

• работы на поверхности – планировка местности, устройство покрытий, дамб, обвалования, нагорных и осушительных канав, лотков, каптаж источников;

• обустройство дренажей (продольные и поперечные прорези и галереи, дренажные шахты, поглощающие скважины и колодцы);

• выполнение изоляционных мероприятий (устройство различных инъекционных завес, водонепроницаемых пленочных экранов, глинизация грунтов).

Землеустроительные мероприятия направлены на:

• разгрузочные работы в активной зоне (полный съем оползневых масс, срезка активной части оползня, очистка скальных откосов, террасирование и уполаживание склона, общая планировка склона) и пригрузки в пассивной зоне (отсыпка и отвал грунта);

• покрытие склонов плитами, металлическими и геосинтетическими сетками;

• армирование поверхности геосинтетическими материалами (сетками, ячеистыми каркасами и т. п.);

Механическое крепление склона (откоса) – устройство одиночных элементов в виде свай, проходящих сквозь оползень в коренные породы, или шпунтовых стенок, инъекционных завес и др.

Подпорные сооружения в виде шпунтовых стенок (металлических, железобетонных, деревянных), подпорных стен (каменных, бетонных, железобетонных), стен из свай-оболочек большого диаметра.

Покрытия предназначены для закрепления поверхности склона от воздействия ливневых и речных вод. Их выполняют из песчаных, гравелистых, галечных грунтов, каменной наброски и мощения, шлакоглинобетона, асфальта и асфальтобетона, бетона и железобетона, геосинтетических пленок из армированного высокопрочного полиэтилена. Для закрепления береговой зоны часто используют фашинные тюфяки.

Использование растительности для закрепления и осу­шения склона предусматривает сплошное травосеяние, посадку влаголюбивого кустарника, облесение склона (вяз, дуб, клен, липа, лиственница).

Искусственное уплотнение и закрепление грунтов на склоне посредством инъекций (цементация, глинизация).

Обеспечение устойчивости сооружений в зоне действий оползня включает мероприятия:

• удаление неустойчивого массива до коренных прочных пород;

• закладку глубоких фундаментов на устойчивые породы;

• устройство фундаментов из буронабивных свай;

• использование каркасных конструкций;

• армирование откосов геосинтетическими сетками и каркасами;

• применение железобетонных поясов;

• устройство деформационных швов.

21.Ледниковые периоды на Беларуси. Формирование и типы ледниковых отложений.

За последние 500-600 тыс. лет было не менее пяти оледенений территории Беларуси и сравнительно теплых межледниковий. Общая схема оледенения территории Беларуси с указанием зон геологической деятельности ледника приведена на рис. 98. Центр оледенения находился в горах Скандинавии. Наиболее мощным было Днепровское оледенение, проникшее далеко за южные границы республики, и достигавшее Херсона и Волгограда.

Двигаясь по ущельям или другой наклонной плоскости, ледники захватывают вмороженные в лед продукты разрушения, а при их таянии возникаю мощные ледниковые отложения, называемые «моренами». Они бывают поверхностные (боковые и срединные), внутренние и донные (рис. 34), береговые и конечные.

Рис. 34. Морены горного ледника:

а – язык ледника в поперечном разрезе; б – то же в плане; 1 – донная; 2 – внутренняя; 3 – поверхностная; 4 – срединная; 5 – боковая; 6 - конечная

Ледниковые отложения иногда образуют друмлины – эллипсо-идальные холмы в несколько десятков метров высоты, состоящие из отложений донной морены (моренные глины с валунами.

Моренные отложения представлены грубым неоднородным, неотсортированным, неслоистым обломочным материалом: валунными опесчаненными красно-бурыми суглинками и глинами или серыми разнозернистыми глинистыми песками с валунами. Морены залегают покровами мощностью в десятки метров. Конечные моренные гряды имеют высоту до 30 – 40 м и содержат обломки всех пород, по которым прошел ледник. Донные морены состоят из неслоистых и неоднородных по составу валунных глин и суглинков.

При таянии ледника водные потоки размывают донную и конечную морены, вынося и откладывая за его пределами размываемый материал: вблизи его границ крупные обломки: дальше - пески и еще дальше – глинистый материал (рис. 35). Такие водно-ледниковые отложения получили название флювиогляциальных.

При наступлении или отступлении ледника последовательно смещаются зоны накопления материала по его крупности. Если на глины накладываются пески и крупные обломки, то значит ледник наступал. Наложение на крупные обломки и пески глинистых осадков свидетельствует о периоде отступления ледника (рис. 36).

Флювиогляциальные отложения представлены толщами сравнительно отсортированных и слоистых песков, гравия, галечника, глин и покровных пылеватых супесей и суглинков мощностью много метров. эти отложения имеют характерные формы рельефа:

Озы – накопления обломочного материала (песка, гравия) в виде высоких узких валов длиной от сотен метров до десятков километров при высоте 5 – 10 м.

Камы –беспорядочно разбросанные холмы, состоящие из слоистых песков, супесей с примесью гравия и прослоев глины.

Зандровые поля – широкие пологоволнистые равнины за краем конечных морен, включающие слоистые пески, гравий и гальку.

Строительные свойства ледниковых отложений. Моренные и флювиогляциальные отложения являются надежным основанием для сооружений различного типа. За счет давления мощных толщ льда они хорошо спрессованы и даже переуплотнены (пористость до 25 – 30 %), слабоводопроницаемы и служат водоупором. Весьма высокими прочностными и деформационными свойствами обладают практически все разновидности морен, поэтому здания и сооружения на них дают малую осадку. Валунники с песком и валунные пески с гравием и галькой водопроницаемы и водоносны. Подземную воду используют для питьевых и технических целей.

Флювиогляциальные песчано-гравелистые и глинистые отложения озов и зандров уступают моренным глинистым грунтам по прочности, но являются надежным основанием. Исключение составляют ленточные глины и покровные суглинки, которые размокают. Ленточные глины достаточно плотны, слабо водопроницаемы, но при насыщения водой могут быть текучими.

Ледниковые отложения (камень, пески), пески озов, камов и зандров пригодны для насыпей, а валуны для изготовления пьедесталов памятников (например, памятник Петру I в Санкт-Петербурге).

22.Сезонная и многолетняя мерзлота.

МНОГОЛЕТНЯЯ МЕРЗЛОТА ГРУНТОВ — подземное оледенение (криолитозона). Поверхностный слой земной коры, имеющий круглогодичные отрицательные температуры (ниже 0°С) и на сотни и даже тысячи лет сохраняющий в грунтах льды. Многолетняя мерзлота занимает всю площадь Антарктиды, Гренландии, Тибета, немногим меньше половины территории России и Канады, часть Монголии, встречаются в высоких горах (Кавказ, Памир, Анды). Мощность многолетней мерзлоты в Антарктиде до 4 км при температуре до -50°С, а в субарктической части Якутии до 1,5 км и до -16°С. В остальных районах и мощность и отрицательная температура уменьшаются.

СЕЗОННАЯ МЕРЗЛОТА (франц. saison — отрезок времени) — промерзание почвогрунтов за холодный сезон года, в том числе с образованием ледяных включений, которые оттаивают за лето. В России находятся все зоны распространения многолетнемерзлых грунтов. Длительность и мощность сезонной мерзлоты постепенно уменьшаются в южном из-за нарастания солнечной радиации и западном направлениях благодаря адвекции теплых и влажных атлантических воздушных масс.

23.Происхождение землетрясений и моретрясений.

Сейсмические явления (от греческого – сотрясения) проявляются в виде упругих колебаний земной коры. Типичны районам геосинклиналей с разрывами, подвижками, расколами и другими остаточными деформациями земной коры. В наиболее резком появлении сейсмические явления называются землетрясениями. В год их регистрируется более 100 тысяч, из которых около 100 приводят к опасным последствиям, а отдельные – даже к катастрофам с гибелью людей, массовыми разрушениями зданий и сооружений.

Землетрясения могут происходить при извержении вулканов (например, на Камчатке), а также в результате мощных взрывов.

История знает катастрофические землетрясения, когда погибали десятки тысяч людей и разрушались целые города (г. Лиссабон – 1755 г., г. Токио – 1923 г., г. Сан-Франциско – 1906 г., Чили и Сицилия – 1968 г.). В первой половине ХХ в. их было 3749, причем 300 только в Прибайкалье. Наиболее разрушительные были в Ашхабаде (1948) и Ташкенте (1966). Катастрофическое землетрясение с огромными разрушениями в Монголии 4 декабря 1956 г. было зафиксировано также на территории Китая и России. Один из горных пиков раскололся пополам, часть горы высотой 400 м обрушилась в ущелье. Образовалась сбросовая впадина длиной до 18 км и шириной 800 м. На поверхности земли появились трещины шириной до 20 м., главная из них протянулась до 250 км.

Землетрясение 1976 г. в г. Тян-шань (Китай) привело к гибели 250 тыс. человек. В 2003 г. землетрясения порядка 7 баллов с разрушениями и человеческими жертвами произошли в Афганистане, Турции и Алжире.

Моретрясения возникают на дне глубоких впадин Тихого, реже Индийского и Атлантического океанов. Быстрые поднятия и опускания дна вызывают смещение крупных масс горных пород и порождают на поверхности океана пологие волны (цунами) с расстояниями между гребнями до 150 км. При подходе к берегу вместе с подъемом дна, а иногда сужением берегов в бухтах, высота волн увеличивается до 15-20 м и даже 40 м.

24.Продольные и поперечные волны при землетрясениях. Шкала сейсмической бальности в районах геосинклиналей и на платформах.

Землетрясения. Сейсмические волны. Очаг зарождения сейсмических волн называют гипоцентром (рис. 13).

Рис. 13. Рис. 13. Гипоцентр (Г), эпицентр (Эп) и

сейсмические волны:

1 – продольные, 2 – поперечные; 3 – поверхностные

Различают землетрясения:

поверхностные – от 1 до 10 км

глубины, коровые – 30-50 км и

глубокие (или плутонические) –

от 100 до 700 км.

Наиболее разрушительны поверхностные и

коровые землетрясения.

Различают продольные и поперечные сейсмические волны. Скорость поперечных волн примерно в 1,7 раза меньше продольных.

Оценивают силу землетрясений сейсмографами. В России и странах СНГ распространена 12-балльная шкала по Рихтеру.

В Беларуси нынче составляется уточненная карта распространения землетрясений, причем максимальный балл здесь в некоторых районах достигает 10. Балльность в значительной мере определяется составом грунтов и их насыщением водой.

25.Гидрогеология, ее объект, содержание и связь с геологией.

Воды верхней части земной коры называют подземными. Науку о подземных водах, их происхождении, условиях залегания, законах движения, физических и химических свойствах, связях с атмосферными и поверхностными водами называют гидрогеологией. Благодаря глубоким связям с геологией гидрогеология располагает необходимой информацией для комплексных исследований по изучению важнейшей проблемы – истории закономерностей формирования гидрогеосферы.

26.Значение гидрогеологических изысканий в водохозяйственном строительстве.

Подземные воды служат источником водоснабжения или затрудняют строительство при затоплении котлованов, карьеров, траншей. Они ухудшают механические свойства рыхлых и глинистых грунтов, могут являться агрессивной средой для строительных материалов, размывать и растворять породы с образованием пустот. Строители должны использовать подземные воды в производственных целях, уметь бороться с ними при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.

27. Виды воды в грунте. Теории происхождения подземных вод.

Подземные воды образуются преимущественно путем инфиль-трации. Атмосферные осадки, речные и другие воды за счет гравитации просачиваются по крупным порам и трещинам пород. На глубине они задерживаются на водоупоре, возникают горизонты подземных вод. Количество воды зависит от многих факторов: характера рельефа, состава и водопроницаемости грунтов, климата, растительного покрова, деятельности человека.

Воды земной коры постоянно пополняются ювенильными водами, возникшими в глубине земли с выходом на поверхность Земли в виде паров и горячих источников при вулканической деятельности. В зонах замедленного водообмена образуются минерализованные (соленые) воды так называемого седиментационного происхождения из древних морских осадков в начале геологической истории земной коры.

. Подземные воды подразделяют: по характеру их использования - хозяйственно-питьевые воды, технические, промышленные, минеральные, термальные; по условиям залегания в земной коре (рис. 52) - верховодки, грунтовые, межпластовые, трещинные, карстовые, вечной мерзлоты. В инженерно-геологических целях подземные воды классифицируют по гидравлическому признаку – безнапорные и напорные.

Рис. 52. Классификация подземных вод по условиям залегания в земной коре

28.Водоносный горизонт. Зона аэрации и зона водонасыщения.

Зона аэрации расположена между поверхностью земли и уровнем грунтовых вод. Над поверхностью подземных вод расположена зона повышенной влажности – капиллярная кайма.

Зона насыщения грунтов расположена ниже уровня грунтовых вод. В ней все поры, трещины, каверны и пустоты заполнены гравитационной водой. Подземные воды циркулируют в виде верховодок, грунтовых, артезианских, трещинных и вод вечной мерзлоты.

ВОДОНОСНЫЙ ГОРИЗОНТ - слой или несколько слоев водопроницаемых горных пород, трещины, поры и другие пустоты которых заполнены подземными водами. Водоносные горизонты могут быть представлены рыхлыми осадочными породами, трещиноватыми плотными изверженными породами, пористыми песчаниками, кавернозными известняками и др. Хотя при вычислениях очень удобно допустить, что водоносные горизонты однородны по составу, расположены горизонтально и слоисты, гидрогеологи должны всегда учитывать почти бесконечное разнообразие форм и свойств водоносных горизонтов. Ниже описаны различные виды природных водоносных горизонтов.

30.Карты гидроизогипс и их значение для гидротехнического строительства.

Карты гидроизогипс отражают характер поверхности (зеркала) грунтовых вод (рис. 56). Гидроизогипсами называют линии, соединиющиие точки с одинаковыми абсолютными или относительными отметками уровней грунтовых вод. Замеряенные уровни грунтовых вод в скважинах выражают в абсолютных отметках и надписывают над каждой скважиной, а затем методом интерполяции строят гидроизогипсы. Сечение гидроизогипс (частоту их заложения) выбирают в зависимости от масштаба карты и густоты расположения точек замера от 0,5 до 10,0 м, чаще 0,5; 1,0 и 2,0 м.

С помощью карты гидроизогипс (совмещенной с топографической картой) можно выяснить направление и скорость движения грунтового потока в любой точке, а также определить глубину залегания воды (по разности отметок горизонталей и гидроизогипс).

Рис. 56. Карта гидрогизогипс (сплошные линии – горизонтали отметок поверхности Земли; пунктирные линии – уровни подземных вод (гидроизогипсы)

19.Теплофизические процессы и явления. Температурный режим поверхности Земли.

Тепловой режим земной коры определяется (рис. 4) влиянием двух факторов: а – солнечной энергией; б – внутренней энергией самой Земли.

Геотермальная ступень – расстояние, на котором температура горных пород увеличивается на 1. Для стран СНГ – примерно равна 33 м. Эта закономерность справедлива до глубины порядка 20 км.

Рис.4.Распределение температур в земной коре:

I – зона сезонного колебания температур (мощность 12-15 м);

II – зона постоянных температур (10-30 м);

III – зона увеличения температур

29.Верховодка, болотные и грунтовые воды. Питание грунтовых вод и режим уровня грунтовых вод.

Верховодки — это временные скопления подземных под в зоне аэрации над водоупором в периоды обильного снеготаяния и дождей. В остальное время эта вода испаряется или просачивается в нижележащие слои грунтов. Верховодки опасны для строительства подтоплением подземных частей зданий и сооружений (подвалы, котельные и др.) при отсутствии дренажей и гидроизоляции.

При инженерно-геологических изысканиях в сухое время года, верховодка не всегда обнаруживается. Поэтому ее появление для строителей может быть неожиданным.

Грунтовые воды - постоянные во времени и значительные по площади распространения горизонты подземных вод на первом от поверхности водоупоре. Они характеризуются рядом признаков:

1. Имеют свободную поверхность, называемую зеркалом (в разрезе уровень). Положение зеркала часто отвечает рельефу местности, но непостоянно. Водоупор, на котором лежит водоносный слой, называют ложем, а расстояние от водоупора до уровня подземных вод – мощностью водоносного слоя.

Грунтовые воды при свободной поверхности безнапорны, но возможен местный напор при залегании линзы глины в уровне зеркала .

2. Питаются подземные воды за счет атмосферных осадков и поступления воды из водоемов и рек, что изменяет их состав.

3. Грунтовые воды при непрерывном движении и образуют потоки по уклону водоупора. Иногда залегают в форме грунтовых бассейнов в неподвижном состоянии. При выходе на поверхность образуются родники или локальная по площади заболоченность.

4. Количество, качество и глубина залегания грунтовых вод зависят от геологических условий местности и климатических факторов. При строительстве часто встречаются с грунтовыми водами, которые заливают котлованы, траншеи, не позволяют нормально эксплуатировать здания и сооружения.

Межпластовые подземные воды располагаются в водоносных горизонтах между водоупорами. Они бывают ненапорными и напорными (артезианскими). Ненапорные воды встречаются сравнительно редко. Они связаны с водоносными слоями, заполненными водой полностью или частично (рис. 57)

Рис. 57. Межпластовая ненапорная вода:

1 – грунтовая вода; 2 – первый водоупор;

3 – межпластовая вода; 4 – второй водоупо

Рис. 58. Артезианская вода при моноклинальном залегании слоев:

1 – водоупоры; 2 – водоносный слой; 3 – область питания водой; 4 – буровая скважина; 5 – пьезометрический уровень; H – высота напора

Рис. 59. Артезианский бассейн при синклинальном

залегании слоев:

1 – водоупор; 2 – водоносный слой; 3 – буровые скважины;4 – область питания водой; 5 – пьезометрический уровень; H – высота напора

Напорные (артезианские) воды связаны с залеганием водоносных слоев в виде синклиналей или моноклиналей (рис. 58 и 59). Площадь распространения напорных водоносных горизонтов называют артезианским бассейном.Напорных подземных горизонтов может быть несколько. Напорность вод характеризуется пьезометрическим уровнем.

31.Артезианские или напорные воды. Артезианские бассейны, их область питания, напора, разгрузки.

Артезианские воды - подземные воды, заключённые между водоупорными слоями и находящиеся под гидравлическим давлением. Залегают главным образом в доантропогеновых отложениях, в пределах крупных геологических структур, образуя артезианские бассейны. Вскрытые искусственным путём Артезианские воды поднимаются выше кровли водоносного пласта. При достаточном напоре они изливаются на поверхность земли, а иногда даже фонтанируют.

В пределах артезианского бассейна различают три области: питания, напора и разгрузки. В области питания водоносный горизонт обычно приподнят и дренирован, поэтому воды здесь имеют свободную поверхность; в области напора уровень, до которого может подняться вода, располагается выше кровли водоносного горизонта. Расстояние по вертикали от кровли водоносного горизонта до этого уровня называются напором. В отличие от области питания, где мощность водоносного горизонта изменяется в зависимости от метеорологических факторов, в области напора мощность артезианского горизонта постоянна во времени. В области разгрузки воды выходят на земную поверхность в виде восходящих источников.

Артезианская вода при моноклинальном

залегании слоев:1 – водоупоры; 2 – водоносный слой; 3 – область питания водой; 4 – буровая скважина; 5 – пьезометрический уровень; H – высота напора

Артезианский бассейн при синклинальном

залегании слоев:1 – водоупор; 2 – водоносный слой; 3 – буровые скважины;4 – область питания водой; 5 – пьезометрический уровень; H – высота напора

Напорные (артезианские) воды связаны с залеганием водоносных слоев в виде синклиналей или моноклиналей. Площадь распространения напорных водоносных горизонтов называют артезианским бассейном. Напорных подземных горизонтов может быть несколько. Напорность вод характеризуется пьезометрическим уровнем

По хим.составу артезианские воды могут быть пресными и минерализованными.

Линии, показывающие точки с одинаковыми абсолютными или относительными отметками артезианских вод называют пьезоизогипсами.

32.Карты гидроизопьез.

Линии, соединяющие точки с одинаковыми отметками пьезометрического уровня, называют гидроизопьезами (или пьезогипсами). По карте гидроизопьез изучают условия формирования потоков артезианских вод, определяют направление их движения, выделяют участки возможного самоизлияния, устанавливают гидравлическую связь напорных вод с реками и др.

33.Закон Дарси и водопроницаемость грунтов.

Водопроницаемость — способность пропускать гравитацион­ную воду через поры грунтов и трещины скальных грунтов. Чем больше размер пор и трещин, тем выше водопроницаемость пород. Песок способен пропускать воду, а глина её не пропускает. Водопроницаемость грунтов (или их фильтрационные свойства) характеризуется коэффициентом фильтрации Кф (см/с, м/ч или м/сут), представляющим собой скорость движения подземной воды при гидравлическом градиенте, равном 1. Кф водовмещающих пород определяется различными методами: в лаб. условиях, полевых.

По величине Кф грунты разделяют на: 1) водопроницаемые – Кф > 1 м/сут (галечники, гравий, песок, трещиноватые породы); 2) полупроницаемые – Кф= 1 – 0,001 м/сут (глинистые пески, лёсс, торф, рыхлые разности песчаников, реже пористые известняки, мергели); 3) непроницаемые – Кф < 0,001 м/сут (скала, глины). Непроницаемые грунты являются водоупорами, а полупроницаемые и водопроницаемые – водоносными горизонтами.

Разность напоров ΔH = H₁ – H₂ в сечениях I и II обусловливает движение воды в направлении сечения II. Скорость движения водного потока зависит от разности напора (чем больше ΔH, тем больше скорость) и длины пути фильтрации .

Отношение разности напора ΔH к длине пути фильтрации l называют гидравлическим уклоном (гидравлическим градиентом) . Современная теория движения подземных вод базируется на законе Дарси: , где – расход воды или количество фильтрующейся воды в единицу времени, м³/сут; Кф – коэффициент фильтрации, м/сут; А – площадь поперечного сечения потока воды, м²; ΔH – разность напоров, м;– длина пути фильтрации, м.

34.Методы инженерно-геологических изысканий: буровые методы, полевые и д.р.

Цель инженерно-геологических исследований – получить необходимые для проектирования объекта инженерно-геологические материалы.

Задача исследований – изучение геологического строения, геоморфологии, гидрогеологических условий, природных геологических и инженерно-геологических процессов, свойств грунтов и прогноз их изменений при строительстве и эксплуатации различных сооружений.

Инженерно-геологические работы выполняют в три этапа:

1) подготовительный; 2) полевой; 3) камеральный.

Подготовительные работы включают изучение района по архивным, фондовым и литературным материалам. Ведется подготовка к полевым работам.

В полевой период производятся работы:

• инженерно-геологическая съемка;

• разведочные работы и геофизические исследования;

• опытные полевые исследования грунтов;

• изучение подземных вод;

• анализ опыта местного строительства и т. д.

В камеральный период обрабатывают результаты полевых и лабораторных исследований, составляют инженерно-геологический отчет с приложениями: картами, разрезами и т.д.

Полевые исследования грунтов следует проводить при изучении массивов грунтов с целью расчленения геологического разреза, оконтуривания линз и прослоев слабых и других грунтов; определения физических, деформационных и прочностных свойств грунтов в условиях естественного залегания; оценки пространственной изменчивости свойств грунтов; оценки возможности погружения свай в грунты и несущей способности свай, проведения стационарных наблюдений за изменением во времени физико-механических свойств намывных и насыпных грунтов; определения динамической устойчивости водонасыщенных грунтов.

Выбор методов полевых исследований грунтов следует осуществлять в зависимости от вида изучаемых грунтов и целей исследований с учетом стадии (этапа) проектирования, уровня ответственности зданий и сооружений, степени изученности и сложности инженерно-геологических условий в соответствии с приложением Ж.

Полевые исследования грунтов рекомендуется, как правило, сочетать с другими способами определения свойств грунтов (лабораторными, геофизическими) с целью выявления взаимосвязи между одноименными (или другими) характеристиками, определяемыми различными методами, и установления более достоверных их значений.

35.Главнейшие группы горных пород.

Горные породы - это агрегаты минералов, состоящие из одного минерала– мономинеральные или из нескольких - полиминеральные. Основными признаками классификации горных пород являются минеральный и химический состав, структура, условия (формы) залегания и генезис (происхождение).

Генетическая классификация.

1.Магматические (изверженные): глубинные, излившиеся.

2. Осадочные: химические, механические (обломочные), органогенные, смешанные.

3. Метаморфические: контактового, регионального метаморфизма.

Магматические породы образовались в результате процесса магматизма при внедрении магмы в земную кору и излиянии на поверхность с другими сопутствующими процессами. Такие породы могут залегать на больших глубинах, достигая нескольких тысяч км. Исходя из характера излияния подразделяют формы залегания магмы на глубинные и излившиеся.

Глубинные породы остывают в земной коре сравнительно медленно (тысячи и миллионы лет), поэтому все минералы в составе магмы образуют кристаллы. Излившиеся породы образуются за счет быстрого остывания магмы на поверхности, поэтому не все минералы образуют кристаллы и создается стекловидная масса.

Глубинные породы имеют полнокристаллическую структуру равномерно зернистую и неравномерно зернистую (порфировидную) с зернами мелкими (< 2 мм); средними (2-5 мм); крупными(> 5 мм). Излившиеся породы имеют неполнокристаллическую структуру (часть – стекла, часть – кристаллы). Разновидностью является порфировая структура (габбро и сиенит). Глубинные породы имеют текстуру массивную, излившиеся – чаще пористую и массивную.

Осадочные породы образуются из пород магматических или метаморфических при их разрушении или выветривании. Они обладают в большинстве высокой пористостью и целым рядом особенностей. Их классифицируют на химические, механические (обломочные), органогенные и смешанные.

Метаморфические породы возникли из пород магматических или осадочных путем их изменения под воздействием высоких давлений и температур, газовых компонентов, т.е. процессов метаморфизма. Породы контактового метаморфизма образовались при внедрении магмы в земную кору при высокой температуре на контакте. Породы регионального метаморфизма возникли в подвижных зонах земной коры, называемых геосинклиналями, в больших масштабах при высоких давлениях. Метаморфические породы по внешнему виду и условиям залегания занимают промежуточное положение между магматическими и осадочными, а по минеральному составу они ближе к магматическим: слюды, кварц, хлорит, тальк.

Динамоморфизм – образование горных пород в результате большого давления и деформаций земной коры (тектонические движения).

36.Гидрогеология Беларуси: артезианские, хозяйственно-питьевые, промышленные и минерально-лечебные воды.

Подземные воды подразделяют: по характеру их использования - хозяйственно-питьевые воды, технические, промышленные, минеральные, термальные; по условиям залегания в земной коре - верховодки, грунтовые, межпластовые, трещинные, карстовые, вечной мерзлоты. В инженерно-геологических целях подземные воды классифицируют по гидравлическому признаку – безнапорные и напорные.

Верховодки — это временные скопления подземных под в зоне аэрации над водоупором в периоды обильного снеготаяния и дождей.

37.Фильтрация воды в грунте. Закон Дарси.

Законы движения. Подземные воды могут передвигаться в грунтах путем инфильтрации и фильтрации. Инфильтрация воды происходит в порах с их частичным заполнением воздухом или водяными парами в зоне аэрации. Фильтрация в виде движущегося потока происходит при полном заполнении пор водой.

Движение грунтового потока в водоносных слоях (галечнике, песке, супеси, суглинке) имеет параллельно-струйчатый или ламинарный характер и подчиняется закону Дарси. В крупных пустотах происходит вихревое или турбулентное движение воды, но сравнительно редко. Движение подземных вод может быть установившимся и неустановившимся, напорным и безнапорным. Ненапорные грунтовые воды имеют водоупор снизу и свободную поверхность сверху. Такие воды передвигаются от более высоких мест к низким.

Схема безнапорной фильтрации грунтовой воды

Разность напоров ΔH = H₁ – H₂ в сечениях I и II обусловливает движение воды в направлении сечения II. Скорость движения водного потока зависит от разности напора (чем больше ΔH, тем больше скорость) и длины пути фильтрации .

Отношение разности напора ΔH к длине пути фильтрации l называют гидравлическим уклоном (гидравлическим градиентом) .Современная теория движения подземных вод базируется на законе Дарси: где – расход воды или количество фильтрующейся воды в единицу времени, м³/сут; Кф – коэффициент фильтрации, м/сут; А – площадь поперечного сечения потока воды, м²; ΔH –разность напоров, м;–длина пути фильтрации,м.

Фильтрационные показатели грyнтов. Одним из основных фильтрационных параметров является коэффициент фильтрации Кф – это скорость фильтрации при напорном градиенте I = 1. Он зависит от размеров и формы пор, свойств воды (вязкость, плотность), минерального состава грунтов, степени засоленности и др. Вязкость воды зависит от температуры, поэтому нередко вводится поправочный температурный коэффициент (0,7 – 0,03) для приведения к единой температуре 10^оС.

Методы определения. Приближенно оценивают Кф по табличным данным.

38.Дебит водозаборной скважины.

Деби́т  — количество воды, выдаваемое скважиной в единицу времени. Дебит является интегральной характеристикой источника (буровой скважины, трубы, колодца и т. п.), определяющей его способность генерировать продукт, при заданном режиме эксплуатации, зависящей от его связей с прилегающими нефте-, газо- или водоносными слоями, истощения этих слоёв, а также сезонных колебаний (для грунтовых вод).

Дебит жидкости выражается в л/с или м³/с, м³/ч, м³/сут.

Деби́т сква́жины — объём продукции, добываемой из скважины за единицу времени (секунду, сутки, час и др.).

Дебит поглощающих колодцев также определяют по формулам Дюпюи , где Н- начальная высота грунтовой воды (мощность водоносного горизонта), r- радиус колодца, который определяется по площади поперечного сечения колодца, приравненной к площади равновеликого круга.

39.Поглощающие колодцы и их дебит.

Поглощающий колодец (скважина, шурф) предназначен для приема сточных вод или пополнения запасов в нем воды.

При поглощении воды вокруг колодца возникнет воронка поглощения аналогично депрессионной с выпуклостью вниз.

Дебит поглощающих колодцев также определяют по формулам Дюпюи , где Н- начальная высота грунтовой воды (мощность водоносного горизонта), r- радиус колодца, который определяется по площади поперечного сечения колодца, приравненной к площади равновеликого круга.

Поглощающие колодцы для сброса воды:

а – в грунтовые и б – в межпластовые воды; R – радиус воронки поглощения

Отвод воды из строительных котлованов можно осуществлять различными способами: дренажными траншеями, колодцами, буровыми скважинами. При этом горизонтальные дренажные траншеи заглубляются в водоносные пласты и могут быть открытыми или закрытыми. Пластовые дренажи являются точечной системой и служат для защиты отдельных зданий и дорого от возможного подтопления при подъеме УГВ.

40.Депрессионная воронка и радиус влияния. Водозаборные скважины.

Депрессионные воронки в разных грунтах:

1 – гравий; 2 – песок; 3 – суглинок

В песках уклоны кривых депрессий составляют 0,02-0,006, а в суглинках 0,1-0,05.

При откачке воды из скважины формируется депрессионная воронка радиусом влияния R, при водопонижении воды в скважине на величину S. Радиус влияния депрес.воронки зависит от Кф водовмещ. грунтов.

Для мелких песков R=50-200 м, средних R=100-200, крупных R=200-400, очень крупных R=400-600 и более.

Водозаборная скважина - скважина для забора подземных вод. Обычно водозаборная скважина оборудована обсадными трубами и фильтром.

41.Геологическая деятельность болот.

Болота – это избыточно увлажненные участки земной поверхности с развитой на них специфической растительностью по берегам рек, старицам, побережьям озер, на вечной мерзлоте. По происхождению болота подразделяют на низинные, верховые и переходные. Низинные болота образуются от заторфовывания водоемов, а верховые болота – от заболачивания суши. Низинные питаются грунтовой, речной или озерной водой, атмосферными осадками, верховые – атмосферными осадками и талыми водами. Болота переходного типа имеют смешанное питание.

Типы болот:

а – низинное; б – верховое; 1 – минеральное дно; 2 – торф:

3 – ил; 4 – заболоченный грунт (стрелки показывают источники питания болот водой).

Заболачивание происходит на мало водопроницаемых грунтах и при снижении испарения воды, поверхностного стока и подземного дренирования. На этих участках в местах выхода на поверхность подземных вод при отсутствии оттока появляются ключевые болота малой площади с развитой болотной растительностью и торфом. Болота на верхней и средней частях склонов называют висячими, а в долинах рек – пойменными. Болота бывают мелкие (до 2 м), средние (2 – 4 м) и глубокие (свыше 4 м).

Строительная оценка болот. Болота неблагоприятны для возведения зданий и сооружений. Для определения возможности строительства, выбора типа фундамента и конструкции сооружения надо установить происхождение, площадь и глубину болота, рельеф минерального дна. Верховые болота осушаются легче.

42.Геологическая деятельность морей.

В морях и океанах протекают сложные процессы разрушения, перемещения и формирования различных осадочных пород. В прибрежной зоне морские осадки состоят из продуктов разрушения берегов и приносимых ветром или реками. В морях многочисленные организмы с твердыми скелетами (раковины, панцири) из СаСОз и SiO2nН2О создают органические осадки. В соленой морской воде много химических осадков.

Абразионная работа моря. Абразия - разрушение горных пород, берегов и дна. Эти процессы зависят от особенностей движения воды, направления ветров, характера грунтов на берегах, силы ударов волн и обломков. Основные разрушения совершает морской прибой, меньше - течения (прибрежные, донные, приливы и отливы). Волны ослабляются и отсутствуют на глубинах около половины длины волны. В результате абразии на берегах образуются волноприбойные террасы. Эти террасы могут быть сложены коренными породами или морскими аккумулятивными отложениями (морскими террасами). Подводные террасы свидетельствуют о наступлении моря и опускании берега ниже уровня воды. Пляж - часть берега, которая перекрыта максимальной волной или приливом.

Для укрепления берегов от абразии используют: волноотбойные стенки, буны, волноломы, ж/б тетраподы.

Морские отложения осадков распределяются довольно закономерно: у берегов - галечники, гравий и т. д., в зоне шельфа — пески различной крупности; на материковом склоне преобладает глинистые грунты. С удалением от берега к обломкам примешиваются органические илы и химические осадки. Главная масса осадков откладывается у берега и на мелководье.

На низких берегах за пляжной зоной формируются береговые валы из гальки, песка, битой ракушки. Пляжные отложения — пески, илы, гравий, реже галечник.

Строительные свойства морских грунтов определяются условиями их образования. Глубоководные отложения более выдержаны по составу, имеют значительную мощность, однородность, однотипные свойства. Отложения шельфа однообразны по напластованию, но быстро меняются по вертикали. Породы береговой зоны переменчивы во всех отношениях.

Древние морские отложения являются хорошим основанием под сооружения, но могут содержать вредные примеси типа пирита и водорастворимых солей. Глубоководные глины часто переуплотнены: на крутых откосах в них возникают оползни. Надежными основаниями служат пески, галечники и другие обломочные материалы. К слабым грунтам относятся мощные толщи современных прибрежных илов.

43.Приток воды к водозаборным скважинам. Дебит скважины, радиус влияния. Формула Дюпюи.

Водозаборы — это сооружения, с помощью которых происходит захват (забор) подземных вод для водоснабжения, отвод их с территорий строительства или просто в целях понижения уровней грунтовых вод. Существуют вертикальные, горизонтальные и лучевые типы подземных водозаборных сооружений.

При откачке воды из скважины вследствие трения воды о частицы грунта происходит воронкообразное понижение уровня воды. При этом образуется воронка депрессии, имеющая в плане форму близкую к кругу, а в вертикальном разрезе воронка ограничивается кривыми депрессии. Радиус воронки, отсчитываемый от оси скважины, наз. радиусом влияния R. Он используется в многочисленных расчетах при проектировании водозаборных и дренажных сооружений. Радиус влияния зависит от дебита скважины Q (м3/сут), мощности грунтовой воды Н (м), Кф (м/сут) и гидравлич. уклона I :

Радиус влияния напрямую зависит от гранулометрического состава горных пород и размера пор в этих породах. Дебит грунтовой скважины определяется по формуле Дюпюи:

44. Классификация подземных вод. Минеральные воды Беларуси.

Подземные воды подразделяют: по характеру их использования - хозяйственно-питьевые воды, технические, промышленные, минеральные, термальные; по условиям залегания в земной коре - верховодки, грунтовые, межпластовые, трещинные, карстовые, вечной мерзлоты. В инженерно-геологических целях подземные воды классифицируют по гидравлическому признаку – безнапорные и напорные.

Классификация подземных вод по условиям залегания в земной коре

Минеральные воды Беларуси широко используются в лечебницах и на розлив (минская минеральная вода). На базе их работают Нарочь, Ждановичи, Рогачёв, Горваль, Ушачи, Новоельня, Бобруйск, Лётцы, Чёнки, Белый Берег, Озеро Белое.

На территории Республики Беларусь существуют следующие бальнеологические типы минеральных вод:

Гидрокарбонатные воды - характеризуются высокими концентрациями гидрокарбонат-иона (НСО,). Гидрокарбонатные воды рекомендуют при лечении хронических гастритов с повышенной секреторной функцией, язвенной болезни, хронических колитов и панкреатитов, пиелитов. циститов, диабетов различной этиологии.

Сульфатные воды характеризуются преобладанием сульфат-иона (SO₄^2-). Из катионов в этих водах чаще всего присутствуют Na⁺, Mg²⁺ и Са^2+. Сульфатные воды применяют при лечении хронических заболеваний печени и желчевыводящих путей, болезнях обмена веществ (сахарный диабет, ожирение), хронических запоров.

Хлоридные воды характеризуются высокой концентрацией ионов хлора (Сl^-), который чаще всего находится в сочетании с катионами натрия, реже кальция. Хлоридные воды наиболее эффективны для лечения заболеваний пищеварительной системы с пониженной секреторной функцией желудка (гастриты, колиты, холециститы). Хлоридные воды с повышенной концентрацией йода чаще всего применяют при лечении воспалительных явлений в желудочно-кишечном тракте, атеросклерозе и базедовой болезни.

45. Бурение. Способы бурения. Скважины.

Бурение – комплекс операций, в результате которых сооружается буровая скважина.

Скважина – цилиндрическая горная выработка в земной коре, диаметр которой по сравнению с её глубиной является небольшим. Скважины бывают: вертикальные, наклонные, горизонтальные, восходящие.

Для извлечения шлама из скважины при бурении используют различные механизмы. При этом разрушающими инструментами являются режущие и ударные долота, желонки, струи воды.

Ствол скважины – пространство ограниченное стенками скважины.

Расстояние между устьем и забоем называют глубиной или длиной скважины. Бурение скважины состоит из следующих главных операций: разрушение породы забоя, удаление шлама (разрушенной породы) из ствола скважины, крепление стенок скважины. При этом породу забоя разрушают буровым инструментом, струей воды, взрывами и др. способами. Далее шлам из забоя скважины удаляют буровым инструментом или промывочной жидкостью.

Бурение по типам бывает: вращательное, колонковое, шнековое, ударное, вибрационное, гидравлическое и др.

Каждый из этих способов имеет определенные преимущества и недостатки, но в реальных условиях используют комбинированное бурение.