Минералогический состав, строение и формы залегания магматических пород

Последний этап развития жизни  на Земле известен под названием  кайнозойской эры. Он продолжался около 65 млн. лет и имеет принципиальное значение, так как именно в это  время из насекомоядных развились  приматы, от которых происходит человек. В начале кайнозоя процессы альпийской складчатости достигают кульминационного пункта, в последующие эпохи земная поверхность постепенно приобретает современные очертания. Геологи подразделяют кайнозой на два периода: третичный и четвертичный. Из них первый гораздо продолжительней второго, зато второй - четвертичный - имеет ряд уникальных черт; это время ледниковых периодов и окончательного формирования современного лика Земли. Продолжительность третичного периода оценивается специалистами в 63 млн. лет; он подразделяется на пять эпох: палеоцен, эоцен, олигоцен, миоцен и плиоцен. Как и большинство других, этот период начался мощными тектоническими движениями, связанными с альпийской складчатостью. Одновременно с формированием новых горных с  истем обширные области опустились под уровень моря и были поглощены волнами. Эта судьба постигла часть Европы до Среднерусской возвышенности, периферию Северной и Южной Америки, значительные территории Африки. В конце олигоцена на дневную поверхность выходят новые участки морского дна, вновь изменяются очертания морей и материков, приобретшие в итоге почти современный вид. В миоцене формируются новые горные гряды; Альпы, Пиренеи, Карпаты и Гималаи приобретают знакомый нам вид. Конец третичного периода не оставил четкого <водораздела> в осадочных породах. Характеристикой этого водораздела является изменение климатической обстановки - резкое похолодание и начало оледенения.

Ледниковый период начался  по оценкам разных специалистов от 1,5 до 3,5 миллиона лет назад. (Чаще всего  указывают среднюю дату - 2 млн лет назад). Геологи называют этот этап в истории планеты четвертичным периодом. А иногда его называют Антропоген, от греческого слова “антропос”, что означает “человек”.Это название появилось потому, что именно в этот период на Земле происходило становление человека.

 

29. Аллювиальные отложения.

 

Аллювиальные отложения - отложения, формирующиеся постоянными водными потоками в речных долинах. Гранулометрический и минеральный состав и структурно-текстурные особенности их сильно варьируют в зависимости от гидрологического режима рек, характера размываемых пород водосбора и геоморфологических условий. Различается аллювиал горных и равнинных рек. Для первого характерны: грубообломочный материал с преобладанием галечника, полимиктовый состав с очень непостоянным соотношением основных породообразующих компонентов, слабая сортировка материала, отсутствие четкой слоистости. Для аллювиала равнинных рек характерны: значительно более однородный минеральный состав, вплоть до олигомиктового, когда размываются осадочных пород, крупная косая слоистость, сменяющаяся в верхних горизонтах мелкой косой. В долинах рек вниз по течению крупность материала уменьшается и повышается степень сортировки песчаных осадков; одновременно может ухудшаться сортировка алевритовых и тонкопесчаных осадков, выпадающих из взвеси. Различают три основные фации аллювиала: русловую пойменную и старичную. Русловым аллювиала образованы отмети острова и косы. Они сложены хорошо промытым ритмично сортированным песчаным материалом с крупной косой слоистостью; в меженное время обычно перекрываются более тонким материалом (прослои заиления). Пойменные отложения формируются в половодья. Для них характерна меньшая сортировка песчано-алевритовых осадков со слоистостью ряби волнений и течений и текстурами взмучивания. Старичные отложения формируются в отмерших руслах рек и по своим особенностям весьма близки к озерным отложениям.

 

 

 

39. Основной закон фильтрации. Способы определения коэффициентафильтрации.

 

Основной закон фильтрации подземных вод. Современная теория движения подземных вод основывается на применении закона Дарси:

Q=k_фF∆H/l= k_фFI         (1)

Где Q – расход воды или  количество фильтрующей воды в единицу  времени, м3/сут; kф – коэффициент  фильтрации, м/сут; F – площадь поперечного  сечения потока воды, м2; ∆H – разность напоров, м; I – длина пути фильтрации, м.

Выведено это выражение  для пород с ламинарным (параллельно, струйчатым, без пульсации) характером движения подземных вод, которое  имеет место в песках, песчаниках и других породах. Позднее Н.Н. Павловским, Т.Н. Каменским и Н.К. Гиринским  доказана правомерность этого закона и для гравелистых пород, где  скорости достигают 125 м/сут.

 Эту скорость фильтрации  называют кажущейся, поскольку  расход потока отнесен ко всей  площади поперечного сечения  фильтрующей породы. Если принять  напорный градиент за единицу,  то коэффициент фильтрации можно  рассматривать как кажущуюся  скорость движения воды.

В глинистых породах, где  много физически влаги, не участвующей  в гравитационном движении воды и  заполняющей поры, различают активную пористость (П_акт), показывающую какая часть сечения породы способна пропускать движущуюся воду

П_акт=П – W_ММВ . γ_ск                         (2)

Где W_ММВ максимальная молекулярная влагоёмкость в долях единицы, γ_ск - объемный вес скелета породы .

Расчетным путем коэффициент  фильтрации определяется преимущественно  для песков и гравелистых пород. Эти методы являются приближенными и рекомендуются на начальных этапах исследования. Для расчетов используют одну из многочисленных эмпирических формул, связывающих коэффициент фильтрации грунта с его гранулометрическим составом, пористостью степенью однородности

Лабораторные методы основаны на изучении скорости движения воды через  образец грунта при различных  градиентах напора. Все приборы для  лабораторного определения коэффициента фильтрации могут быть подразделены на два типа: с постоянным напором  и с переменным.

Принцип работы приборов: В  цилиндрический сосуд с двумя  боковыми пьезометрами П1 и П2 помещают испытуемый грунт, через него фильтруют  воду под напором. Зная диаметр цилиндра F, напорный градиент (I = ΔH/L) и измеряя  расход профильтровавшейся воды Q, находим  коэффициент фильтрации по формуле:

k_ф = QL/F(h₁-h₂)                   (3)

Где h₁ и h₂ – показатели пьезометров; L – расстояние между точками их соединения.

Приборы, моделирующие постоянство  напорного градиента, т. е. установившееся движение, применимы в основном для  грунтов с высокой водопроницаемостью, например для песков. Для суглинков  и супесей применяют приборы  типа ПВГ, позволяющие определять коэффициент  фильтрации образцов с нарушенной и  ненарушенной структурой. Для глинистых  пород наибольшее значение имеет  определение коэффициента фильтрации в образцах с ненарушенной структурой, обжатых нагрузкой, под которой  грунт будет находиться в основаниях зданий и сооружений.

Приборы, моделирующие переменный напор, характеризующий неустановившееся движение, обычно используют для определения  коэффициента фильтрации связных грунтов  с малой водопроницаемостью.

Простота и дешевизна  лабораторных методов позволяет  широко их использовать для массовых определений коэффициента фильтрации.

Полевые методы позволяют  определить коэффициент фильтрации в условиях естественного залегания  пород и циркуляции подземных  вод, что обеспечивает наиболее достоверные  результаты.

Коэффициент фильтрации водоносных пород определяют с помощью откачек  воды из скважин, а в случае неводоносных грунтов – методом налива воды в шурфы и нагнетанием воды в скважины.

 

49. Техногенные воздействия на геологическую среду при строительстве и эксплуатации железных дорог.

 

Железные дороги, непосредственно  вторгаясь в геологическую среду  на значительном протяжении, оказывают  существенное воздействие на развитие естественных экзогенных геологических  процессов, без учета которого возможны глубокие и трудно-исправимые негативные последствия для экосистемы. В  ряде случаев они могут быть причиной возникновения, интенсификации или  затухания экзогенных процессов  путем прямого или вторичного воздействия ряда факторов на геологическую  среду. При проектировании земляного  полотна на слабых грунтах следует  учитывать изменение, напряженного состояния грунтовой толщи в  естественном основании, которое приводит к дополнительному уплотнению и  снижению водопроницаемости грунта. Последствиями этих воздействий  может быть изменение системы  движения грунтовых вод в приповерхностных слоях, что особенно характерно при  прохождении трассы по пойменным  террасам.

Повышение уровня грунтовых  вод и переувлажнение прилегающей  территории с верховой стороны приводит к ее заболачиванию, а с низовой - к осушению.

При неблагоприятном сочетании  грунтовых условий названные  воздействия могут вызвать поперечные деформации земляного полотна.

При пересечении дорогой  естественного стока особое внимание следует уделять планировке прилегающей  территории с верховой стороны, обеспечивающей минимальный допустимый уклон для  стока вод в зависимости от вида поверхности, а также их отводу и выпуску с низовой стороны  по системе водоотводных и водопропускных сооружений, исключающих застаивание  поверхностных вод. При невозможности  обеспечения указанных условий  насыпь или ее нижнюю часть следует  устраивать из дренирующего грунта.

Большое влияние на гидрологический  режим местности оказывают выемки. При пересечении водоносного  горизонта дорожная выемка оказывает  мощное осушающее воздействие. При  этом может прекратиться полностью  или частично поступление грунтовой  воды в водоносный слой, расположенный  с низовой (по направлению движения грунтовой воды) стороны выемки. В зависимости от вида и состояния  грунта зона действия выемки распространяется на десятки и сотни метров в  каждую сторону. На прилегающей территории резко меняются условия произрастания  растений, создаются благоприятные  условия для эрозии почвы.

Для предотвращения негативного  воздействия выемки трассу дороги следует  располагать таким образом, чтобы  количество выемок и их глубина были минимальными. Предпочтение следует  отдавать проложению трассы по водоразделу.

Наиболее опасным проявлением  процесса естественного сглаживания  резких форм рельефа, возникающим при  строительстве железных дорог, являются оползни. Оползни на дорогах происходят в «мокрых» выемках при устройстве насыпей на неустойчивых склонах, при  подрезке аллювиального чехла на склонах из коренных пород и т.д.

Проектирование железных дорог на оползневых участках следует  осуществлять в соответствии с комплексом требований, который включает в себя:

·       обеспечение устойчивости откосов и склонов;

·       сохранение и защиту геологической среды;

·       согласование с ландшафтом;

·       эстетические требования.

При проектирования земляного полотна в оползнеопасных районах с целью предотвращения возникновения или активизации оползневых процессов рекомендуется:

·       не располагать  высокие насыпи в верхней и  средней частях оползневого склона, т.к. это связано со значительной его пригрузкой и снижением устойчивости.

·       отдавать при проектировании предпочтение устройству насыпи в подошве оползневого  массива, что оказывает положительное  влияние на устойчивость и стабилизацию оползня;

·       не допускать  устройства, выемок в нижней и средней  частях оползневого склона. При необходимости  устройства выемок в верхней части  оползневого склона следует уделять  повышенное внимание обеспечению устойчивости откосов и низовой части склона.

Для обеспечения устойчивости земляного полотна и оползневого  склона следует применять комплекс противооползневых мероприятий, который  состоит из конструктивных, технологических  и эксплуатационных решений.

Строительство железных  дорог на закарстованных территориях нередко приводит к нарушению естественного природного равновесия и к активизации карстовых процессов. Непосредственной причиной этого может быть вырубка леса, снятие плодородного слоя почвы, устройство выемок, разработка карьеров и резервов, нарушение естественной системы поверхностного и подземного стока, изменение условий газообмена и др. К активизации карстовых процессов приводит концентрация поверхностного стока вдоль земляного полотна и у водопропускных сооружений, что вызывает повышение скорости фильтрации воды.

При проектировании железных дорог на закарстованных территориях необходимо оценить как устойчивость самой дорожной конструкции, так и стабильность карстовых полостей, являющихся одним из наиболее опасных геологических проявлений.

Применяемые методы оценки устойчивости дорожной конструкции  на различных этапах проектно-изыскательских работ зависят от полноты исходной инженерно-геологической информации, целей и задач оценки.