Условия залегания горных пород и их инженерно - геологические особенности

Министерство  образования Республики Беларусь

Белорусский Национальный Технический университет

 

 

Кафедра: «Геотехника  и экология в строительстве»

 

 

 

 

 

 

Реферат

по теме:« УСЛОВИЯ ЗАЛЕГАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

И ИХ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕОСОБЕННОСТИ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент гр.312220

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск 201о

Магматические породы

Все магматические породы имеют, с точки зрения  использования  их в строительном деле, много общего.  Общность их физико-механических свойств  обусловлена наличием у магматических  пород структурных кристаллизационных связей между минеральными зернами, возникающих в процессе формирования породы. Все магматические породы в ненарушенном состоянии имеют  высокую прочность, значительно  превосходящую нагрузки, известные  в инженерной практике, не растворяются в воде и практически водонепроницаемы. Поэтому они широко используются в качестве оснований сооружений.

Вместе с тем, ряд обстоятельств  осложняет строительство на магматических породах. В первую очередь к ним относятся трещиноватость и выветрелость массивов.

При инженерно-геологической  характеристике интрузивных пород большое значение имеет размер зерен.

Свойства интрузивных  и эффузивных пород определяются их минеральным составом, структурно - текстурными особенностями и особенно трещиноватостью.

Среди интрузивных пород  наиболее широко распространены граниты, гранодиориты, кварцевые диориты и др. Прочность гранитов на сжатие колеблется в широких пределах. Даже в породах, не затронутых выветриванием, величина временного сопротивления сжатию отдельных образцов изменяется от 48 до 270 МПа. В среднем этот показатель гранитов превышает 100 МПа. Показатели деформационных свойств гранитов в массивах целиком определяются их трещиноватостью. По прочностным показателям и деформационным свойствам гранодиориты и диориты приближаются к гранитам. Водопроницаемость интрузивных пород определяется закономерностями распространения в их массе трещин и зон тектонических нарушений.

Эффузивные породы характеризуются  большим разнообразием состава  и условий залегания. Наиболее распространены среди них базальты и сопутствующие им андезиты. Характерные формы залегания базальтов - покровы и потоки. Физико-механические свойства базальтов и андезитов весьма различны. Это объясняется разнообразием минерального состава, структуры и текстуры пород. Так, базальты микрокристаллической структуры имеют временное сопротивление сжатию до 500 МПа, тогда как в пористых базальтах величина данного показателя может быть менее 20 МПа.

 Метаморфические породы

Среди многообразия проявления метаморфизма наиболее значительны следующие его виды: региональный; контактовый; динамометаморфизм.

Все метаморфические породы в ненарушенном состоянии имеют прочность, значительно превышающую нагрузки, существующие в строительной практике. Метаморфические породы водонепроницаемы, за исключением карбонатных разновидностей.

Среди регионально-метаморфизованных пород широко распространены гнейсы, кварцы, кристаллические сланцы. Реже встречаются мраморы. Наиболее прочными и устойчивыми метаморфическими породами являются кварциты, которые обладают очень высокой механической прочностью. Физико-механические свойства гнейсов в зависимости от их структуры и текстуры изменяются в широких пределах. Кристаллические и метаморфические сланцы образуют группу, представители которой по физико-механическим свойствам наиболее разнятся. Общими признаками, отличающими их от массивных метаморфических пород, являются слоистость и сланцеватость. Сланцеватость способствует соскальзыванию и сползанию сланцев как на природных склонах, так и в искусственных выработках.

В зависимости or состава и степени метаморфизма прочностные свойства сланцев изменяются в широких пределах — от нескольких десятков МПа у кристаллических пород до нескольких МПа у глинистых.

Среди контактово-метаморфизованных наиболее распространенной породой, образующейся при термальном контактовом метаморфизме, являются роговики. Обычно это темные плотные породы, имеющие однородную текстуру и мелкозернистую структуру. В инженерно- геологической практике роговики рассматриваются как весьма благо приятные основания для ответственных сооружений. Характерной породой этой группы также является мрамор. Физические и механические свойства мраморов зависят от их структуры и текстуры. Временное сопротивление сжатию мраморов в среднем составляет 100 МПа.

Динамометаморфизованные это раздробленные, иногда перетертые породы, в различной степени сцементированные. Сопротивление сдвигу этих пород невелико благодаря сланцеватой текстуре, наличию раздробленных прослоев и хлоротизации. Они интенсивно выветриваются, относительно легко размываются, поставляют материал для осыпей и других склоновых процессов. Глинистые брекчии являются слабыми породами, и из оснований ответственных сооружений, особенно плотин, удаляются.

Осадочные сцементированные сильнолитифицированные горные породы

Инженерно-геологические  особенности осадочных сцементированных пород во многом определяются крупностью сцементированных обломков или частиц, характером цемента и степенью литификации породы. Наиболее характерными цементами в терригенных породах являются кварцевый, железистый, карбонатный и глинистый. Наиболее прочные из них - кварцевый и железистый цементы.

Карбонатный цемент также  обладает высокой прочностью, но растворяется в воде. Особенно важно при оценке физико-механических свойств учитывать высокую растворимость гипсового цемента. Глинистый цемент малопрочен. По степени литификации осадочные сцементированные породы подразделяются на сильно- и слаболитифицированные, а также на химические и биохимические (органогенные) различной степени литификации.

Осадочные сцементированные сильнолитифицированные породы:

 -крупнообломочные - конгломераты. Прочность их зависит от многих факторов. Встречаются достаточно прочные (сопротивление сжатию - до 100 МПа) и малопрочные конгломераты;

-мелкообломочные — песчаник. Наибольшей прочностью обладают кварцевые песчаники с кремнистым или железистым цементом. Величина сопротивления сжатию – 150-200 МПа.

Типичными представителями сцементированных пород пылеватого и глинистого состава являются алевролиты и аргиллиты. Они образуются в процессе метаморфизма при окаменении песчано-пылеватых и глинистых пород вследствие их уплотнения, воздействия температуры, кристаллизации коллоидов. Большое влияние на прочностные показатели алевролитов и аргиллитов оказывают состав и тип цемента.

Типичным представителем кремнистых пород являются опоки. Общими инженерно-геологическими особенностями опок являются: высокая пористость (45-60 %); большая влагоемкость; сравнительно высоки прочность в сухом состоянии (25-35 МПа) и значительное ее уменьшение при водонасыщенни; слабая морозоустойчивость.

Химические и биохимические (органогенные) породы

Инженерно-геологическому изучению карбонатных пород уделяется особое внимание в связи с их способностью карстоваться. Детальное изучение закарстованных массивов проводится в связи с гидротехническим, дорожным, промышленно-городским строительством, с разработкой месторождений полезных ископаемых и строительством подземных сооружений. Наиболее широко распространенными представителями карбонатных пород являются известняки и доломиты.

Известняки. Наиболее прочные — мелкозернистые известняки (их временное сопротивление сжатию достигает 100 МПа). Прочность крупнозернистых известняков колеблется в очень широких пределах (от 70 до 25 МПа). Наименее прочные известняки — ракушечники (сопротивление сжатию — 2-3 МПа, а во многих случаях - меньше 1 МПа). Для известняков характерна трещиноватость.

Доломиты являются широко распростра- пенными породами карбонатного комплекса. Состав доломитов оказывает существенное влияние на их прочность. Большое влияние на прочность доломитов оказывает микро- трещиноватость.

Сульфатные породы - это  гипс, который часто встречается с ангидритом (CaS0₄). Ангидрит в соприкосновении с водой легко гидратирует и переходит в гипс, причем это сопровождается значительным увеличением объема, с чем часто связаны механические деформации в соседних породах и кровле.

Галоидные породы (галит (NaCI)) имеют ограниченную возможность их использования в инженерно-строительных целях.

Осадочные сцементированные слаболитифицированные породы

В природе широко распространены осадочные сцементированные слаболитифицированные породы кремнистого и карбонатного состава (диатомиты, мел, мергель и др.), которые характеризуются наличием слабых кристаллизационных связей. Эти связи не прочны, и при их разрушении водонасыщенные породы способны перейти в пластическое состояние.

Несвязные породы

Группа обломочных несцементированных пород делится на две подгруппы: крупнообломочные; песчаные.

Крупнообломочные породы состоят в основном из угловатых или окатанных обломков горных пород размером более 2 мм, имеющих преимущественно полимерный состав. Они могут быть подразделены по крупности и форме обломков на каменистые и валунные, щебенчатые и галечные, дресвяные (хрящеватые) и гравийные грунты. Поры в крупнообломочных грунтах могут быть свободными или заполненными пылеватым или глинистым материалом. Наличие или отсутствие такого заполнителя пор резко сказывается на инженерно-геологических особенностях всех типов крупнообломочных пород. В случае отсутствия мелкозернистого материала они обладают высокой водопроницаемостью, причем движение воды носит часто турбулентный характер. Крупнообломочные грунты с заполнителем могут иметь небольшую водопроницаемость, величина которой определяется составом заполнителя. Присутствие заполнителя также снижает угол внутреннего трения. Поэтому при дальнейшем подразделении крупнообломочных пород необходимо в первую очередь выделить валунные (каменистые), галечные (щебнистые) и гравийные (дресвяные) с заполнителем и грунты без заполнителя.

Форма обломков крупнообломочных пород, размер и характер заполнителя определяются их генезисом. Их инженерно-геологические особенности различны. Например, пролювиальные крупнообломочные породы (и отложения конусов выноса и особенно селевые образования) характеризуются очень слабой отсортированностью и слабой окатанностью обломков. В них наряду с крупным валунником, галечником и гравием содержится песчаный, пылеватый и глинистый материал, заполняющий промежутки между крупными обломками.

Образование морских крупнообломочных пород связано с разрушением берегов в процессе абразии. Постоянное воздействие прибоя обусловливает хорошую отсортированность морских галечников. Как правило, они имеют небольшое количество заполнителя и высокую водопроницаемость. Практически несжимаемые, они вместе с тем могут обладать пониженным сопротивлением сдвигу, вследствие того, что округлые гальки имеют гладкую, отшлифованную поверхность.

Песчаные породы. Инженерно- геологические особенности песков во многом определяются их генезисом. Среди наиболее распространенных аллювиальных песков встречаются различные по гранулометрическому составу разновидности, отличающиеся структурно-текстурными особенностями и инженерно-геологическими свойствами.

Общей характерной чертой русловых песков является закономерное изменение их дисперсности. По продольному профилю реки вниз по течению уменьшаются размеры зерен песка и одновременно с этим повышается его однородность. Невысокая дисперсность русловых песков, их достаточно хорошая отсортированность и окатанность, преобладающее среднее и рыхлое сложение обусловливают значительную водопроницаемость, величина которой в горизонтальном направлении обычно выше, чем в вертикальном.

Пойменные и старинные  пески представлены главным образом  мелко- и тонкозернистыми и пылеватыми песками, горизонтально, косо- или линзовидно-слоистыми, содержащими примесь глинистого и органического материала. Эти пески имеют меньшую величину водопроницаемости по сравнению с русловыми, сжимаемость их значительно выше.

Флювиогляциальные пески  представлены различными по дисперсности разновидностями (преобладают крупно-, средне- и мелкозернистые), содержащими, как правило, то или иное количество грубо-обломочного материала. Среди флювиогляциальных широко развиты зандровые пески, которые представлены всеми разновидностями, причем среди них преобладают мелкие пески и пески средней крупности. Зандровые пески могут слагать площади в сотни тысяч кв. км. Их пористость достаточно высокая: у гравелистых песков — 40-41 % у мелких – 40-46 %, у пылеватых – 42-51 %. Величина коэффициента фильтрации флювиогляциальных песков не превышает 10, у мелких — 2,5, у пылеватых - 1 м/сут.

Морские, эоловые пески  и плывуны. Пески различных генетических типов под влиянием гидродинамического давления могут переходить в плывунное состояние. Истинные плывуны - тип грунтов, для которого характерны плывунные свойства.  Они довольно разнообразны по минеральному и гранулометрическому составу, но для них характерно содержание органического вещества, которое по отношению к глинистой фракции составляет 5-35 %. Несущая способность истинных плывунов, определенная в полевых условиях, исключающих движение и выпирание, достигает 0,8 МПа. Водоудерживающая способность истинных плывунов доходит до 240 %. Их водопроницаемость мала. Большая водоудерживающая способность и малая водопроницаемость истинных плывунов делают невозможным осушение их обычным способом водопонижения. Истинные плывуны обладают наибольшей величиной деформации по сравнению с другими породами. Особенно опасны они при их значительной естественной влажности.