Презентация по Геологии на тему"Основы геологии для строителей"

Основы геологии для строителей

Последовательность геологических событий в истории земной коры в основном зафиксирована в различных по происхождению породах. Одни из них осадочные, образуют наиболее простые формы залегания - на один слой накладывается новый более молодой, интрузивные породы образуют разные по форме и размерам тела.
В геологии существует два понятия летоисчисления (геохронологии):
Абсолютная геохронология - это определение возраста горных пород и длительности процессов их образования в годах, тысячах, миллионах лет. Относительная геохронология - определяет возраст горных пород относительно друг друга, какие слои образовались раньше и являются более древними, какие позднее и более молодые. (Закон Стенона -вышележащий слой заведомо более молодой, чем нижележащий, его подстилающий).

Стратиграфический метод (метод последовательности напластований) - базируется на том, что осадки накапливаются слоями, которые последовательно ложатся друг на друга. Поэтому нижний более древний
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ МОЖЕТ НАРУШАТЬСЯ, В РЕЗУЛЬТАТЕ ЧЕГО ВОЗНИКАЮТ НЕСОГЛАСИЯ

представлены контактами интрузивных пород и вмещающих их толщ. Обнаружение признаков таких взаимоотношений (зоны закалки, даек и т. п.) однозначно указывает на то, что интрузия образовалась позже, чем вмещающие породы.

также позволяют определить относительный возраст. Если разлом рвёт горные породы, значит он образовался позже, чем они.

При определении возраста магматических пород в которых нет остатков организмов и которые не образуют слоев лежащих один на другом применяется абсолютное датирование в астрономических единицах - годах. Для определения абсолютного возраста применяются радиологические методы , использующие естественные радиоактивные изотопы и продукты их распада

Для создания геологических карт необходимо знать возраст горных пород, именно он показан цветом на картах, исключение это интрузивные горные породы, цветом показывается их состав. Для ранжирования отрезков времени (геохронологические подразделения) в 1881 году на международном геологическом конгрессе была принята первая геохронологическая и соответствующая ей стратиграфическая шкала.
Геохронологические подразделения Стратиграфические

Геологическая карта-
отображение геологического строения на горизонтальной
плоскости. С нанесенной топографической основой,
стратифицированными и магматическими образованиями

Верхняя каменная оболочка Земли — земная кора — сложена разнообразным по происхождению и составу горными породами, которые,в свою очередь, состоят из минералов.
Минералами (от греч. «минера» — руда) называют однородные по составу и внутреннему строению природные вещества (химические соединения или отдельные элементы), образовавшиеся в результате процессов, происходящих в недрах земной коры и на ее поверхности.
Подробным изучением минералов занимается наука минералогия. В настоящее время установлено около 3500 минеральных видов. Однако
лишь несколько десятков минералов (около 70) пользуются широким
распространением. Они входят в состав горных пород и руд и называются
породообразующими

Механические свойства минералов
Твердость является одним из важнейших диагностических свойств минералов.
Под твердостью понимается способность минералов противостоять внешнему механическому воздействию.
В практической минералогии определяется относительная твердость путем царапания одного минерала другим. Для этих целей используется
шкала твердости Мооса, в которую входят следующие 10 минералов-
эталонов, расположенные в порядке увеличения твердости:
тальк — 1; ортоклаз — 6;
гипс — 2; кварц — 7;
кальцит — 3; топаз — 8;
флюорит — 4; корунд — 9;
апатит — 5; алмаз — 10.

Роль различных минералов в составе земной коры неодинакова.
Наиболее часто встречаются минералы, в состав которых входят наиболее распространенные химические элементы — кислород, кремний и алюминий. Поэтому весовое содержание в земной коре кислородосодержащих минералов достигает 98 %, из них около 75 % приходится на силикаты и алюмосиликаты

Экзогенные минералы так же могут образовываться различными способами:
Минералы гипергенного происхождения возникают в результате процессов изменения и химического разложения минералов и горных пород на поверхности Земли или вблизи нее. Этот процесс обычно называют химическим выветриванием. Он происходит в результате химического взаимодействия минералов с водой (растворение, гидратация и гидролиз

. Горные породы - это определенные природные комбинации минералов, объединенных общностью происхождения

По условиям образования магматические горные породы подразделяются на следующие виды.
1. Интрузивные (внедрившиеся):
• глубинные (абиссальные),
• полуглубинные (гипабиссальные).
2. Вулканические:
• эффузивные (излившиеся),
• пирокластические

Интрузивные, или внедрившиеся (от лат. «интрузио» — внедрение),горные породы образуются при застывании магмы под земной поверхностью и по глубине застывания делятся на глубинные и полуглубннные.
Глубинные, или абиссальные (от греч. «абиссос» — бездонный), или плутонические, породы формируются на больших глубинах, в условиях длительно сохраняющихся высоких температур и давлений и характеризуются
полной раскристаллизацией магматического расплава.
Полуглубипные (гипабиссальные) горные породы, затвердевшие на средних и небольших глубинах, по условиям образования являются промежуточными
между глубинными интрузивными и эффузивными. Температура и давление магмы па разных глубинах меняются по-разному, и могут возникать как полно-, так и неполнекристаллические породы

Излившиеся, или эффузивные, породы (от лат. «эффузио» — излияние) образуются при излиянии лавы на дневную поверхность, где резко понижаются температура и давление. Эффузивные породы характеризуются неполной кристаллизацией или быстрым затвердеванием
расплава в виде вулканического стекла.
Различия в условиях образования магматических пород четко отражаются на их внешнем облике и легко распознаются макроскопически по характеру структуры и текстуры.

По содержанию кремнезема (окисла S i 0 2 ) магматические породы подразделяются па четыре группы:
• кислые, S i 0 2 = 64-78 %,
• средние, S i 0 2 = 53-64 %,
• основные, S i 0 2 = 4 4 - 5 3 %,
• ультраосновные, SiO,2 = 30-44 %.

Горные породы осадочного генезиса возникают из осадков.

По условиям образования (генезису) все осадки и далее осадочные породы разделяются на
1.хемогенные, возникшие в результате различных химических реакций;( глины, гипсы)
2.обломочные - в результате физического выветривания – (песчаники и конгломераты), и
3. биогенные - в результате жизнедеятельности растений и животных яшмы, известняки - ракушняки, уголь и нефть.

Наиболее широко распространенными метаморфическими породами является различные кристаллические сланцы, кварциты, железистые кварциты, гнейсы, мигматиты, амфиболиты. Время образования метаморфических пород больше чем магматических, но меньше чем осадочных

грунты — это любые горные породы (магматические, осадочные, метаморфические) и твердые отходы производства, залегающие на поверхности земной коры и входящие в сферу воздействия на них человека при строительстве зданий, сооружений, дорог и других объектов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУНТОВ
под грунтом следует понимать любые горные породы и почвы, которые изучаются как многокомпонентные системы, изменяющиеся во времени, с целью познания их как объекта инженерной деятельности человека.

При оценке свойств грунтов, выступающих в роли оснований, большое внимание уделяется их деформативным и прочностным показателям. Однако следует помнить, что эти показатели в большой степени находятся в зависимости от многих других особенностей грунтов: химико-минерального состава, структур и текстур, характера взаимодействия грунтов с водой, степени их выветрелости и ряда других. Недоучет тех или иных особенностей свойств «грунтов-оснований» влечет за собой ошибки при проектировании и строительстве зданий и сооружений, что в итоге приводит к утрате прочности грунтов в период эксплуатации.

Механические свойства горных пород определяют их поведение под воздействием внешних усилий – нагрузки. В песчаных и других обломочных и глинистых породах при этом происходит изменение внутреннего сложения и объема (уплотнение), т.е уменьшение пористости и увеличение концентрации минеральных частиц в единице объема. Чем значительнее эти изменения пород под воздействием определенной нагрузки, тем большей деформируемостью они обладают. Когда под влиянием внешних усилий в породах возникают касательные силы, превышающие сопротивление сдвига, порода начинают разрушаться, наступает потеря прочности.

Методы определения показателей свойств грунтов подразделяются на полевые и лабораторные.
Выбор метода определения показателей свойств грунтов при инженерногеологической разведке зависит от заданной (или установленной) точности этого определения, от инженерно-геологических условий участка проектируемого строительства, в первую очередь состава и состояния грунтов, от конструкции проектируемого сооружения, главным образом конструкции фундаментов и заглубляемой ниже поверхности земли части сооружения, а также режима его эксплуатации.

Удельный вес грунта определяется лабораторным методом в соответствии с ГОСТ 5181-64 «Грунты. Метод лабораторного определения удельного веса».
Объемный вес грунтов определяется лабораторными методами в соответствии с ГОСТ 5182-64 «Грунты. Методы лабораторного определения объемного веса».
Объемный вес макропористых грунтов рекомендуется определять только методом режущего кольца.
Объемный вес крупнообломочных грунтов определяется в полевых условиях по методике А. И. Шеко путем взвешивания измеренного объема грунта.
Влажность грунта определяется лабораторными или полевыми методами. Лабораторный метод определения влажности грунта регламентирован ГОСТ 5179-64 «Грунты. Метод лабораторного определения влажности».

Гранулометрический состав грунтов определяется в лаборатории в соответствии с ГОСТ 12536-67 «Грунты. Метод лабораторного определения зернового (гранулометрического) состава».
Водопроницаемость грунтов определяется коэффициентом фильтрации, коэффициентом общей проницаемости и удельным водопоглощением. В практике инженерно-геологических изысканий в подавляющем числе случаев определяется коэффициент фильтрации, реже используется удельное водопоглощение и только при изысканиях для строительства некоторых горных предприятий, подземных емкостей и др. может использоваться для различного рода расчетов коэффициент общей проницаемости.
Показателями, характеризующими деформационные свойства грунтов, являются
модуль упругости Е, модуль общей деформации Е0, коэффициент бокового давления x,
коэффициент сжимаемости a и коэффициент относительной сжимаемости a0.

Рельеф — это совокупность всех форм земной поверхности — возвышений, равнин и углублений. Эти «неровности» на поверхности Земли весьма динамичны, находятся в состоянии непрерывного изменения и превращения. В процессе этих изменений уничтожаются старые и возникают новые формы рельефа. Все это происходит в результате воздействия на земную поверхность сил, возникающих при проявлении эндогенных (внутренних) и экзогенных (внешних) процессов на Земле.
Рельеф имеет серьезное значение для перераспределения тепла и влаги, поверхностных и грунтовых вод, отложений рыхлых наносов, для передвижения воздушных масс.
Рельеф играет значительную геологическую роль, например в проявлении выветривания, плоскостного смыва, эрозии и т. д. Он оказывает большое влияние на размещение, характер и устойчивость промышленных и гражданских зданий и сооружений, не говоря уже о трассировании дорог, прокладке оросительных и судоходных каналов, строительстве плотин, гидростанций и т. п.
Чтобы правильно оценить влияние рельефа на строительные объекты, инженер-строитель должен знать основные положения науки о рельефе — геоморфологии.

Основной задачей инженерной геоморфологии является изучение состояния динамического равновесия рельефа, выявление степени его устойчивости и прогнозирование изменений форм его в результате строительства. Такие прогнозы необходимы не только для выбора оптимального варианта размещения объекта, но и для гарантии его службы.
В период проектирования зданий и сооружений инженер-строитель должен четко представлять задачи, которые следует решать геоморфологически:
• определять пригодность данного рельефа, как такового, так и в динамике для строительства;
• устанавливать форму и тип рельефа;
• определять происхождение рельефа в целях выяснения его устойчивости во времени;
• определять возможную скорость изменения форм рельефа на строительной территории, т. е. составлять прогноз на будущее, на период эксплуатации объекта (например, скорость размыва берега и Дна реки, рост оврагов и т. д.);
• устанавливать, как динамика рельефа может повлиять на устойчивость объекта и возможности его бесперебойного функгионирова-Ния.

Формы рельефа. Образованы из различных сочетаний элементов рельефа Различают две группы: положительные — выпуклые по отношению к плоскости горизонта, и отрицательные — вогнутые
Планетарные формы рельефа
(млн. км2, материки, ложе океана,
срединно-океанические хребты)

Эндогенные (внутренние) процессы
(тектонические движения, магматизм, землетрясения) создают крупные формы рельефа.

Экзогенные (внешние) процессы
(работа ветра, поверхностных и подземных вод, ледников, живых организмов и др.)создают мелкие формы рельефа.

В гидрогеологическом отношении все породы делятся на три группы:
1. водопроницаемые — галечники, гравий, песок, рыхлые песчаники и все сильно трещиноватые породы;
2. полупроницаемые — глинистые пески, лёсс, известняки, песчаники и слабо трещиноватые метаморфические и магматические породы;
3. практически непроницаемые — глины, суглинки и все массивные кристаллические и осадочные породы, если они не трещиноватые.

Водопроницаемые и полупроницаемые породы образуют в земной коре систему водоносных горизонтов
!!! С глубиной, по мере роста давления, пористость и проницаемость горных пород, как правило, уменьшаются, что приводит к меньшему различию водоносных горизонтов и водоупоров !!!
ВОДОНОСНЫМ ГОРИЗОНТОМ (ВГ) называется водопроницаемый пласт, насыщенный водой, находящейся в постоянном движении благодаря гидравлической связи и перепаду давления, существующих во всем пласте, и ограниченный водонепроницаемыми породами снизу и сверху или только снизу.

ПОДОШВА ВГ – пласт, подстилающий водоносный горизонт. КРОВЛЯ ВГ – пласт, перекрывающий водоносный горизонт.
ЗЕРКАЛО ПОДЗЕМНЫХ ВОД – поверхность, образованная подземными водами.
ЗОНА АЭРАЦИИ – это буферный слой между атмосферой и подземной гидросферой, через которую происходит вертикальное просачивание (инфильтрация) атмосферных осадков или поверхностных вод
ЗОНА НАСЫЩЕНИЯ – сама подземная гидросфера
ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ – это свободные
воды первого от поверхности постоянно
существующего водоносного горизонта,
залегающего в зоне полного насыщения
АРТЕЗИАНСКИЕ ВОДЫ – это все
подземные воды, кроме первого от
поверхности водоносного горизонта,
заполняющие водоносный пласт на всю
его мощность, ограниченные сверху и
снизу водоупорными слоями и имеющие
напор.

Различают:
• безнапорные водоносные горизонты
• напорные водоносные горизонты
Особенности безнапорных водоносных горизонтов:
1. не имеют перекрывающих непроницаемых горных
пород
2. питание атмосферными осадками происходит по всей
площади их распространения
3. подземные воды испытывают только атмосферное
давление
Напорные водоносные горизонты, наоборот:
перекрыты трудно проницаемыми горными породами, характеризуются давлениями, превышающими атмосферное
2. питание этих горизонтов атмосферными осадками может осуществляться только на отдельных участках, где отсутствуют перекрывающие слабо проницаемые породы
3. часто напорные водоносные горизонты могут переходить в безнапорные и наоборот

Для напорных водоносных горизонтов, кроме реально
существующей поверхности подземных вод, различают
еще пьезометрическую поверхность.
ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКАЯ ПОВЕРХНОСТЬ – это
поверхность, на уровне которой гидростатическое
давление становится равно атмосферному или
поверхность, на которой установится уровень воды
после достижения водоносного горизонта скважиной или
другой горной выработкой.

На картах зеркало подземных вод изображается с
помощью гидроизогипс, а пьезометрическая
поверхность - гидроизопьез.
ГИДРОИЗОГИПСЫ – это линии равных отметок
реально существующей поверхности водоносного
горизонта.
ГИДРОИЗОПЬЕЗЫ – это линии равных напоров или
отметок пьезометрической поверхности.

Вода в грунтах. Классификация видов воды в грунтах. В зависимости от того, в каком состоянии в грунтах находится вода, она классифицируется следующим образом: парообразная; связанная — прочносвя-занная (гигроскопическая), рыхлосвязанная; свободная—капиллярная, гравитационная. В твердом состоянии (лед); кристаллизационная и химически связанная.

Негативное влияние подземных вод:
• при строительстве гидротехнических сооружений,
• тоннелей,
• метрополитенов,
• при разработке месторождений полезных ископаемых подземные воды часто осложняют ведение работ и требуются значительные капиталовложения для борьбы с ними.

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
Цель инженерно-геологических исследований — получить необходимые для проектирования объекта инженерно-геологические материалы,
так как ни один объект нельзя построить без этих данных.
Задача исследований — изучение геологического строения, геоморфологии, гидрогеологических условий, природных геологических и
инженерно-геологических процессов, свойств горных пород и прогноз их
изменений при строительстве и эксплуатации различных сооружений.
Ведение инженерно-геологических изысканий регламентируется
«Строительными нормами и правилами» СНиП 11-02—96 «Инженерные изыскания для строительства». Данный документ определяет порядок, состав, объем и виды выполняемых работ изысканий для различных этапов проектирования, строительства и эксплуатации объектов и различных геологических обстановках, а также состав документации по результатам изысканий, порядок их предоставления и приемки, а также ответственность исполнителей и заказчиков (проектировщиков). Состав исследований определяется программой, согласованной нормативным документом в строительстве .

В полевой период производят все инженерно-геологические работы,
предусмотренные проектом для данного участка:
• инженерно-геологическая съемка;
• разведочные работы и геофизические исследования;
• опытные полевые исследования грунтов;
• изучение подземных вод;
• анализ опыта местного строительства и т. д.
Состав и объем инженерно-геологических изысканий определяется
тремя основными факторами:
• характером проектируемого сооружения;
• стадией проектирования;
• сложностью геологических условий района строительства.

ЛИТЕРАТУРА
1. Алексеев Н.А. Стихийные явления в природе.— М.: Мысль, 1988.
2. Ананьев В.П., Коробкян В.И. Инженерная геология.— М.: Высшая
школа, 1973.
3. Ананьев В.П., Передельский Л.В. Инженерная геология и
гидрогеология.—М.: Высшая школа, 1980.
4. Ананьев В.П., Потапов А.Д. Основы геологии, минералогии и
петрографии.— М.: Высшая школа, 1999.
5. Белый Л.Д. Инженерная геология.— М.: Высшая школа, 1985.
6. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее
окружения.— М.: Наука, 1965.
7. Вернадский В.И. Биосфера.— М.: Мысль, 1967.
8. Всеволожский В.А. Основы гидрогеологии.— М.: изд-во МГУ, 1991.
9. Вильяме В.Р. Почвоведение с основами земледелия.— М.:
Сельхозгиз, 1936.
10. Горькова И.М. Теоретические основы оценки осадочных пород в
инженерно-геологических целях.— М.: Наука, 1966.
11. Денисов Н.Я. Инженерная геология и гидрогеология.— М.:
Госстройиздат, 1957.
12. Денисов Н.Я Инженерная геология.— М.: Высшая школа, 1960.
13. Дудлер И.В. Классификация грунтов.— М.: изд-во МГСУ, 1995.
14. Коробкия В.И., Передельский Л.В. Инженерная геология и охрана
окружающей среды. Ростов-на-Дону: изд-во РГУ, 1993.
15. Коломенский Н.В., Якушева А.Ф. Основы геологии.— М.: Высшая
школа, 1991.
16. Маслов Н.Н. Инженерная геология.—-М : Госстройиздат, 1957.
17. Попов И.В. Естественная инженерно-геологическая классификация
пород как основа выбора характеристик их физико-технических свойств.—
Ж-л «Проблемы советской геологии», № 12, 1937.
18. Потапов А.Д., Паушкин Г.А. Основы генетического
грунтоведения.— М.: изд-во МГСУ, 1995.
19 Потапов А.Д., Паушкин Г.А Специальные вопросы инженерной
геологии.— М.: изд-во МГСУ, 1995.
20. Некоторые вопросы экологии атмосферы и защиты ее от
разрушения/Потапов АД., Пермяков Б.А.. Орлова Н.Ю. и др. —М.: МИСИ,
1991.
21. Потапов А.Д., Ревелис И.Л, Инженерно-геологические понятия