Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Физические свойства горных пород. Плотность. Плотность сложения.



Инженерная геология

  1. Инженерная геология, задачи. Инженерная геология как наука о рациональном использовании и охране геологической среды.

 

  1. Понятие минерал. Химический состав и физические свойства минералов. Минералы осадочных горных пород.
  2. Понятие горная порода. Их происхождение, классификация и свойства. Эндогенный и экзогенный процессы их образования.
  3. Осадочные горные породы: происхождение, классификация.
  4. Обломочные горные породы, их наименования, размер и форма слагающих их частиц, характер связей между зернами. Главнейшие инженерно-геологические особенности обломочных горных пород.
  5. Осадочные горные хемогенные и органогенные: классификация по происхождению, особенности состава. Главнейшие инженерно-геологические особенности хемогенных и органогенных горных пород.
  6. Грунты и их классификация (характеристика классов скальных, дисперсных, мерзлотных и техногенных грунтов). Классификация грунтов по ГОСТ 25100.
  7. Класс природных скальных грунтов. Главнейшие инженерно-геологические особенности.
  8. Класс природных дисперсных грунтов. Главнейшие инженерно-геологические особенности.
  9. Класс природных мерзлых и техногенных грунтов. Главнейшие инженерно-геологические особенности
  10. Физические свойства грунтов.
  11. Механические характеристики грунтов.
  12. Влияние физических и механических характеристик на свойства грунтов.
  13. Осыпи, обвалы, оползни. Меры борьбы с ними.

 

  1. Суффозия и карст. Способы борьбы с ними.

 

  1. Плывуны. Способы борьбы с плывунами.

 

  1. Просадочные явления в лессовых породах. Борьба с просадочностью.

 

  1. Техническая мелиорация грунтов.

 

  1. Инженерно-геологические исследования, их задачи и этапы.

 

 

1 Инженерно-хозяйственная деятельность человека влияет на геологическую среду, поэтому основной задачей инженерной геологии всегда был прогноз изменения природных условий в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека. Инженерная геология включает в себя три главные, самостоятельные направления, изучающие три главных элемента геологической среды:

-грунтоведение - изучает свойства горных пород (грунтов) и почв в зависимости от их состава и структурно-текстурных особенностей. Указанная зависимость является основным положением отечественной школы грунтоведения.

-инженерная геодинамика - природные и антропогенные геологические процессы явления;

-региональная инженерная геология-строение и свойства. геологической среды определенной территории.

Все три основных раздела инженерной геологии имеют один и тот же объект изучения - динамику земной коры под влиянием инженерной деятельности человека.

 

2 Минералы - однородные по составу и строению кристаллические вещества, образовавшиеся в результате природных физико-химических процессов.

Изучению минералов посвящена одна из ветвей геологии - минералогия.

Образование минералов вблизи поверхности и на поверхности Земли происходит при участии воды, кислорода, воздуха, углекислоты, а также в результате жизнедеятельности организмов. Среди минералов, образованных в этих условиях, различают осадочные (возникают в процессе осаждения солей и других соединений в водных бассейнах) - кальцит.

Среди свойств минералов можно выделить:

n Механические (твёрдость, спайность)

n Оптические (цвет, прозрачность, блеск)

n Физические (форма, морфология кристаллов)

n Химические.

n К важнейшим породообразующим минералам осадочных пород относятся следующие.

n Кремнезем в осадочных породах встречается в виде кварца (кварцевые пески и песчаники) или водного кремнезема Si02-«H20 — опала (трепел и диатомиты).

n Каолинит—водный алюмосиликат, продукт выветривания полевых шпатов и слюд; жирен на ощупь; легко рассыпается в порошок; плотность 2, 4—2, 6 г/см3. Каолинит— один из основных минералов, образующих глины.

n Кальцит СаСОз имеет плотность 2, 7 г/см3, раскалывается по плоскостям спайности по трем направлениям. 11од денс твием соляной кислоты бурно выделяется углекислый газ С02 (вскипание). Из кальцита в основном состоят залежи чистых известняков и мела.

n Доломит СаСОз-MgC03 по физическим свойствам близок к кальциту, но тверже и прочнее, хуже растворяется в соляной кислоте. Доломит образует породу того же названия.

n Гипс CaS04-2H20 — минерал с кристаллической структурой. Кристаллы гипса бывают пластинчатые, столбчатые, игольчатые и волокнистые. Гипс встречается в виде сплошных плотных пород. Плотность гипса 2, 3 г/см3. Гипс образует породу того же названия.

n Ангидрит CaS04 имеет плотность 2, 8—3 г/см3, по внешнему виду напоминает гипс. Ангидрит встречается пластами вместе с гипсом и каменной солью.

 

3 Горными породами называются естественные ассоциации минералов, образовавшиеся на поверхности или под поверхностью Земли в результате различных эндогенных или экзогенных процессов.

Горные породы в зависимости от того, как они образовались, делятся на три большие группы:

1) изверженные (или магматические) например: гранит, базальт;

2) осадочные, например: известняк, песчаник, глина;

3) метаморфические, например: сланцы, гнейсы, мраморы.

Классификация горных пород

Согласно генетической классификации, горные породы подразделяются на три большие группы: изверженные, осадочные и метаморфические.

Изверженные горные породы образовались из расплавленной магмы, поднявшейся из глубин Земли и отвердевшей при остывании. Различные условия охлаждения магмы привели к образованию изверженных пород с различным строением и свойствами. Глубинные породы, образование которых происходило под значительным давлением верхних слоев, остывали медленно и сравнительно равномерно. Такие условия были благоприятны для кристаллизации минералов, составляющих горную породу. В связи с этим глубинные породы массивны, плотны и состоят из тесно сросшихся более или менее крупных кристаллов; они обладают большой плотностью, высокими прочностью на сжатие и морозостойкостью, малым водопоглощением и большой теплопроводностью. Глубинные породы имеют зернистое кристаллическое строение, называемое еще гранитным — от названия наиболее распространенного представителя этих пород — гранита.

Излившиеся породы образовались на поверхности земли при отсутствии давления и при быстром охлаждении магмы. Некоторая часть магмы, излившаяся на поверхность, уже содержала кристаллы отдельных минералов. Поэтому в большинстве случаев излившиеся породы состоят из отдельных хорошо сформированных кристаллов, вкрапленных в основную скрытокристаллическую массу; такое строение называют порфировым по аналогии с широко распространенными среди этой группы пород порфирами. В тех случаях, когда излившиеся породы застывали мощным слоем, их строение было сходно с глубинными породами. Если же слой был сравнительно тонок, то охлаждение происходило быстро и масса их оказывалась стекловатой, а верхние слои излившейся лавы становились пористыми вследствие энергичного выделения газов из магмы при уменьшении давления. Обломочные породы образовались при быстром охлаждении раздробленной, выбрасываемой при извержении вулканов лавы (пемза, вулканический пепел). Часть обломочных пород (вулканического пепла) подверглась цементированию, образуя вулканические туфы.

Осадочные горные породы образовались при осаждении веществ из какой-либо среды, главным образом водной. Осаждение происходило периодами в виде отдельных слоев и пластов. По характеру образования и составу осадочные горные породы делят на три группы: химические, органогенные и механические.

Химические осадки представляют собой горные породы, образовавшиеся при осаждении минеральных веществ из водных растворов с последующим их уплотнением и цементацией (гипс, ангидрит, известковые туфы и др.).

Органогенные породы образовались в результате отложения остатков некоторых водорослей и животных организмов с последующим их уплотнением и цементацией (большинство известняков, мел, диатомиты и др.).

Механические отложения образовались в результате осаждения или накопления рыхлых продуктов при физическом и химическом распаде горных пород. Часть из них подвергалась в дальнейшем цементированию глинистым веществом, железистыми соединениями, карбонатами или другими углеродными цементами, образуя цементированные осадочные породы — конгломераты, брекчии.

Метаморфические (видоизмененные) горные породы образовались в результате более или менее глубокого преобразования изверженных или осадочных горных пород под влиянием высоких температуры и давления, а иногда и химических воздействий.

В этих условиях может происходить перекристаллизация минералов без их плавления; получающиеся при этом породы обычно более плотны, чем исходные осадочные. В процессе метаморфизма происходило изменение структуры горных пород. В большинстве случаев метаморфические породы отличаются сланцеватой структурой.

 

Текстуры осадочных пород

Основной критерий выделения текстур осадочных пород – слоистость (накопление осадка во время изменения материала в направлении, параллельном или перпендикулярном поверхности напластования). Слой (пласт) – это плоское геологическое тело, сложенное относительно однородной породой. Оно ограничено поверхностями напластования, расположенными сверху и снизу. Соответственно, слоистость характеризует перемещение в рамках поверхности наслоения.

Выделяются следующие типы слоистости:

1. Градационная (образуется в условиях достаточной глубины залегания породы под водой; формирование текстуры происходит при массовой подаче разнозернистого осадочного материала в верхние слои воды. При осаживании этого материала более крупные и тяжелые частицы оказываются на дне первыми; они формируют базальный слой градационной серии пород. Более мелкие частицы оседают выше).

2. Прослоевая (возникает в прослоях воды, отличных от основной водной массы. К таким прослоям относятся глинистые примазки или микрослоечки алеврита и песка в глине, а также микрослоечки планктонных форм).

3. Переслаивательная (возникает при определенной толщине прослоя; происходит переход от текстуры породы к текстуре толщи. Меняется окраска слоев. Так, например, темно-серые глины в породе могут чередоваться со светлыми песками.

 

 

7 ПРИРОДНЫЕ СКАЛЬНЫЕ ГРУНТЫ

На равнинах скальные фунты обычно располагаются на неко­торой глубине под толщей осадочных пород, на поверхность земли они выходят редко. Широкое развитие эти фунты имеют в горных районах, где располагаются на поверхности земной коры.

Скальные фунты обладают монолитностью и состоят из кри­сталлов минералов и их обломков, либо из обломков тех или иных горных пород. Эти фунты всегда находятся в плотном со­стоянии и имеют высокую прочность за счет кристаллических структурных связей. В массивах скальные фунты имеют трещи­ны, возникающие в процессе генезиса этих пород и в результате тектонических движений земной коры.

Верхняя часть массивов, контактирующая с атмосферой, обыч­но бывает разрушена вследствие воздействия процесса выветрива­ния. Эта разрушенная зона называется корой выветривания и ха­рактеризуется величиной Азе — степенью выветрелости, которая определяется сопоставлением плотности выветрелого скального фунта с «материнской» (невыветрелой) частью скального массива.

Скальные фунты в силу глубокого залегания в земной коре редко служат основанием зданий и сооружений. Когда это про­исходит, то объекты лучше опирать на «материнский» скальный фунт, т. е. фундаменты должны прорезать кору выветривания. Фундаменты можно опирать и на кору выветривания, но для этого ее следует упрочнять каким-либо методом технической ме­лиорации фунтов.

При строительстве на скальных фунтах следует учитывать, что:

• в целом скальные фунты по своим свойствам довольно одно­типны, но между ними имеются определенные различия (табл. 20). Различия в свойствах скальных фунтов можно видеть на примере максимальных значений временных сопротивлений сжатию Д., МПа: фанит — до 400, кварцит — до 570, хемогенный извест­няк — до 200, мергель — до 42, кремнистый песчаник — до 17, глинистый песчаник — до 1, 6;

• скальные фунты при небольших нафузках, например от фажданских зданий, практически не сжимаются, но под воздейст­вием очень больших нафузок и в течение длительного времени они могут проявлять реологические свойства;

• для скальных фунтов, которые способны к растворению в воде, необходимо устанавливать степень растворимости. По рас­творимости их разделяют на три фуппы: труднорастворимые — из­вестняки, доломиты, известковые конгломераты и песчаники; среднерастворимые — гипс, ангидрит, гипсоносные конгломераты; легкорастворимые — каменная соль.

Таблица 20 Свойства скальных грунтов
Характеристика свойств Состояние грунтов Показатели характеристик
Временное сопротив­ление одноосному сжа­тию Rf., МПа Очень прочные Прочные Средней прочности Малопрочные Полускальные *, -> 120 120 г> Л, - > 50 50 г> Лс > 15 15г> Лс> 5 Ц< 5
Коэффициент размяг­чаемое™ в воде & „з Неразмягчаемые Размягчаемые 0, 75 С < 0, 75
Степень выветрелости ^вс Невыветрелые (моно­литные) Грунты залегают в виде сплошного массива, k^. = 1
Слабовыветрелые (тре­щиноватые) Грунты залегают в виде глыб, 1 г> кье г> 0, 9
Выветрелые Грунты залегают в виде кур­ков с переходом в трещинова­тую скалу, 0, 9 ^ ^вс ^ 0, 8
Сильнотрещиноватые Грунты во всем массиве зале­гают в виде кусков, к^. < 0, 8

Примечание. Значения Rc даны в мегапаскалях.

 

В полускальных фунтах достаточно высокими прочностными качествами обладают вулканический туф, мергели, аргиллиты, алевролиты. Другие полускальные фунты, такие, как мел, трепе­лы, гипсы, основное назначение имеют как сырье для получения строительных материалов и изделий.

ПРИРОДНЫЕ ДИСПЕРСНЫЕ ГРУНТЫ

Грунты этого класса имеют самое широкое распространение на поверхности земной коры, именно с ними практически по­стоянно связано строительство самых разнообразных объектов.

Дисперсные грунты обладают механическими и водноколло­идными связями. Обломки и частицы дисперсных грунтов нахо­дятся в механическом взаимодействии, например, как в сухом песке, или связаны друг с другом с помощью пленок воды, как в мокром песке или глине. В этот класс входят две группы:

• несвязные грунты (с «механическими связями») — обломоч­ные осадочные породы в виде крупнообломочных образований и песков;

• связные грунты (с водноколлоидными связями) — осадочные породы в виде минеральных (глинистых), органоминеральных и органических образований.

Ниже дается общая характеристика дисперсных грунтов по гранулометрическому и фазовому составу, и далее показываются свойства типов этих грунтов и свойства разновидностей, из кото­рых в качестве примера покажем только засоленные грунты.

Гранулометрический состав определяется специальными мето­дами. Так, крупнообломочные и песчаные грунты анализируются с помощью набора стандартных сит, имеющих различные отвер­стия. После рассева фракции взвешиваются и устанавливается их процентное соотношение. Гранулометрический анализ глинистых грунтов проводят с помощью специальных и достаточно сложных методов. Это позволяет установить литологические типы глини­стых грунтов (супеси, суглинки, глины) и их разновидности, на­пример, суглинки легкие, средние и тяжелые.

Гранулометрический состав широко используется при реше­нии многих вопросов при улучшении свойств грунтов.

Фазовый состав. Дисперсные грунты как мерзлые, так и тех­ногенные состоят из твердой части (обломки горных пород и ча­стицы минералов), газообразной (воздух атмосферы), жидкой (вода) и органической массы. Твердая часть является скелетом грунта. В его порах, т. е. в промежутках между частицами (об­ломками), размещаются воздух, вода и органическое вещество. В органоминеральных грунтах картина иная. В них основной мас­сой является органический материал, который представляет со­бой «скелетную» часть грунта. В этом скелете размещаются вода, отдельные минералы и отчасти воздух.

Грунты имеют различный фазовый состав. Так, сухой песок представляет собой сочетание двух фаз — твердой и газообразной, мокрый песок — три фазы (твердая, воздух, вода), почвы — четы­ре фазы (твердая, воздух, вода, гумус).

Свойства дисперсных грунтов, особенно песчаных и глини­стых, в значительной мере зависят от фазового состава и количе­ственных взаимоотношений фаз. Так, глинистый грунт обычно состоит из трех фаз. В слабовлажной глине вода представлена


малым количеством, а в глине текучего состояния воды очень много и она придает глине другие свойства. Значение фазового состава широко используется при выборе методов улучшения свойств фунтов.

 

ПРИРОДНЫЕ МЕРЗЛЫЕ ГРУНТЫ

Мерзлые грунты в технической литературе часто именуют «криогенными» (криос, гр. — холод, лед). Для грунтов этого клас­са характерны структуры с криогенными связями, т. е. структуры, скрепленные ледяным цементом. Мерзлое состояние грунтов, т. е. в условиях отрицательных температур, бывает временным и по­стоянным (вечным).

Временное мерзлое состояние. На территориях, где бывает зима с отрицательными температурами, грунты у поверхности земли промерзают. Это так называемая «сезонная» мерзлота. Скальные грунты при этом получают отрицательную температуру, а диспер­сные и техногенные замерзают за счет перехода в порах грунтов жидкой воды в твердое состояние (лед). В скальных грунтах вода замерзает в трещинах и активно их разрушает за счет расклини­вающего действия образующегося льда (увеличение объема льда достигает 9, 1 %).

В процессе сезонного промерзания дисперсные связные и не­связные грунты за счет ледяного цемента приобретают повышен­ную прочность, несколько увеличивают объем и становятся водо­непроницаемыми. Предел прочности при сжатии мерзлых суглинков и глин достигает 6 МПа и более, что создает большие трудности при механической разработке. При небольшой влаж­ности, что может быть в песках, свойства грунтов при переходе от положительной к отрицательной температуре практически ма­ло меняются.

В весеннее время года лед в грунтах растаивает. Дисперсные грунты теряют прочность, становятся водонасыщенными. Осо­бенно сильно это сказывается на органоминеральных и органи­ческих грунтах, которые могут переходить в разжиженное состоя­ние с весьма малой несущей способностью. Такие грунты могут выдавливаться из-под зданий и фундаментов сооружений.

В строительстве сезонное промерзание грунтов всегда учиты­вается, определяется глубина промерзания df, которая зависит от климата и литологических особенностей грунтов. Величина df ко­леблется от нескольких сантиметров до 2—3 м и определяется:

• по карте соответствующего СНиПа, где показывается среднее значение по каждой местности;

• по расчетным формулам;

• по итогам многолетних наблюдений (более 10 лет) за глуби­ной промерзания в данной местности; искомое значение исполь­зуют при проектировании зданий и сооружений.

Вечная мерзлота. Иногда грунты постоянно (тысячи лет) нахо­дятся в мерзлом состоянии. Их изучает наука «Геокриология». Тер­риторию, которую они занимают, именуют криолитозоной. Проис­хождение вечной мерзлоты связывают с периодом оледенений северного полушария Земли, последнее из них было 10—15 тыс. лет назад.

Вечная мерзлота в России занимает ряд территорий на севере Европейской части России и особенно большие площади в Си­бири, где в многолетнемерзлом состоянии находятся грунты ска­льные, полускальные, дисперсные. К классу мерзлых грунтов от­носят также чистые льды, входящие в грунтовые толщи в виде прослоев и линз, также льды подземных пещер. Кроме России вечномерзлые грунты распространены на Аляске, в Гренландии, Северной Монголии.

В России территорию вечномерзлых грунтов делят на три зо­ны: сплошную; с таликом; островную (рис. 58).

Сплошная мерзлота занимает крайний север Сибири, мощность мерзлой толщи сотни метров, температура грунтов минус 7—12 °С.

Зона с таликами располагается южнее. Отдельные участки зо­ны представляют собой талые грунты; мощность мерзлых толщ 20—60 м при температуре 0, 2—2 °С.

Зона островной мерзлоты занимает территорию юга Сибири; мерзлые грунты встречаются в виде отдельных участков; мощ­ность толщ 10—30 м; температура от 0 до —0, 3 °С.

Вечномерзлая толща по вертикали разделяется на две части: 1) деятельный слой; 2) собственно мерзлая толща.

Деятельный слой — это верхняя часть толщи вечной мерзлоты, которая в летний период оттаивает и промерзает зимой, т. е. в определенной мере — это сезонная мерзлота. Мощность этого слоя зависит от климата и литологического состава грунтов и ко­леблется от 0, 3 до 4 м. На Севере мощность минимальная, на Юге — наибольшая. В одном и том же месте в торфе или глине мощность слоя может быть 0, 2—1 м, в то же время как в песках и гравии, имеющих открытые поры, — 2—4 м.


Север

Северный

Рис. 58. Зоны многомерзлых грунтов в Сибири (схема):

 

I— сплошная; II— с таликами; III — островная

Деятельные слои бывают двух видов: сливающиеся (типичные северным районам); несливающиеся (рис. 59). В первом случае дея­тельный слой в зимнее время полностью промерзает и сливается с вечной мерзлотой, на которой лежит. При несливающемся деяте­льном слое между ним и вечномерзлой толщей остается слой неза­мерзшего грунта. Это бывает связано либо с теплой зимой, либо с характером деятельного слоя.

Для решения строительных задач важно знать мощность дея­тельного слоя. Эту мощность можно определить:

• при инженерно-геологических изысканиях;

• по многолетним (более 10 лет) наблюдениям за данным рай­оном;

• расчетным способом, при котором учитывается тепловое вли­яние будущего здания или сооружения.

В деятельном слое располагается надмерзлотная вода (грунто­вая), залегающая на вечной мерзлоте, как на водоупоре (подзем­ные воды вечной мерзлоты подробно рассматриваются в разделе «Гидрогеология»).

Строительство в области вечной мерзлоты во многом зависит от характера деятельного слоя — мощности, физических и физи­ко-механических характеристик грунтов, поведения надмерзлот- ной воды. С этим слоем связаны земляные работы и многие не­гативные процессы, приводящие к деформации объектов.

Вечномерзлая толща по своему строению бывает двух видов: 1) непрерывная, т. е. в виде сплошного массива из мерзлого

грунта; 2) слоистая — в виде чередова­ния мерзлых слоев со слоями (просло­ями) талых грунтов или чистого льда. Наличие талых грунтов связано с цир­куляцией межмерзлотных (межпласто- вых) напорных подземных вод. В до­линах рек Лены, Енисея и других мерзлота отсутствует. Это объясняется притоком тепла от речных вод. В юж­ной зоне мерзлота постепенно оттаи­вает за счет теплого климата и в на­стоящее время сохраняется только на отдельных участках («островная» мерз­лота). В мерзлых толщах очень часто содержится чистый лед (слои, про­слои, линзы). Наибольшие мощности льда (до 20 м) отмечены на севере Сибири. Такой лед называется «погре­бенным».

Состоянию вечной мерзлоты подвержены все виды грунтов. Грунты скального класса занимают незначительное место. Основ­ную массу мерзлых толщ составляют дисперсные грунты (супеси, суглинки, глины, пески и т. д.).

По физическому состоянию вечномерзлые грунты разделяют на три вида:

• твердомерзлые, например сцементированный («смерзшийся») песок, который ведет себя как скальный грунт;

• пластично-мерзлые, примером могут быть сцементированные льдом глинистые грунты, которые содержат также воду в жидком состоянии; эти грунты могут под нагрузкой сжиматься;

• сыпучемерзлые — в виде песка, гравия и им подобным, в ко­торых обломки и частицы льдом не сцементированы и грунты на­ходятся в рыхлом состоянии.

Физико-механические свойства мерзлых грунтов существенно зависят от характера распределения в них льда и формы льда. Это обусловливает три текстуры мерзлых толщ:

• массивная —лед в грунте распределен равномерно;

• сложная — лед кроме кристаллов присутствует в виде слоев (прослоев, линз);

• сетчатая — слои и прослои льда пересекаются в разных на­правлениях.

При оценке свойств большое значение имеет общее количест­во льда в объеме грунта. Для этого введено понятие льдистость. Суммарная льдистость обозначается Jlol.

Для вечномерзлых территорий характерен ряд криогенных про­цессов — морозное пучение, бугры пучения, термокарст, солиф- люкция и наледи и др.

Морозное пучение проявляется зимой в виде локальных подня­тий дорожных одежд (на 0, 2—0, 5) в силу промерзания деятельно­го слоя. Весной грунт оттаивает и на месте пучения образуется яма. Морозное пучение, которое оценивается коэффициентом kh, предупреждается рядом мероприятий, отраженных в проектной документации.

Бугры пучения образуются в результате подъема проморожен­ного деятельного слоя за счет давления снизу межпластовых на­порных подземных вод. Бугор растет несколько лет и достигает больших размеров по высоте и ширине. После оттаивания бугров образуются небольшие западины или даже озера.

Термокарст представляет собой процесс вытаивания льда в мерзлой толще за счет поступления тепла с поверхности земли. В результате поверхность земли начинает проседать, а иногда просто образует провалы.

Солифлюкция — оплывание оттаивающих в летнее время грун­тов, которые залегают на обогреваемых солнцем склонах рельефа (с уклоном 7—10°). Оплывание происходит по мерзлым грунтам. Солифлюкционные потоки мощностью до 3—5 м способны пере­носить валуны (глыбы) массой до 5 т.

Наледи представляют собой образование льда за счет прорыва на поверхность земли надмерзлотных (грунтовых) вод или выхо­да речных вод на свой ледяной покров. Вода заливает подвалы, и здания разрушаются. На рис. 60 показана наледь на берегу реки.

Строительство и эксплуатация объектов на территории вечной мерзлоты представляет собой сложную работу и осуществляется по специальным нормативам. При земляных работах строителям приходится разрабатывать вечную мерзлоту, как скальный грунт. Поэтому при строительстве стремятся не делать выемок.

Деформации зданий и сооружений связаны с оттаиванием вечномерзлых грунтов. В целом строительство в районах вечно­мерзлых грунтов осуществляется по трем принципам:

• без учета мерзлого состояния мерзлых грунтов, например при наличии скального основания;

• при сохранении мерзлого состояния грунтов на весь период эксплуатации объектов;

• с предварительным (до строительства) оттаиванием мерзлых грунтов и последующим их укреплением или заменой на другие грунты, например глинистые грунты на щебеночные.

Выбор варианта или их комплексное применение зависит от геологии строительной площадки, состава и состояния мерзлых

Рис. 60. Наледь на берегу реки

 

Рис. 61. Возведение зданий на вечномерзлых грунтах: а — на скальном основании; б — с сохранением мерзлоты; в — с заменой мерзлого грунта на слой гравия; / — деятельный слой; 2— вечная мерзлота; 3 — гравий; 4 — здания

 

грунтов, технических возможностей строительной организации (рис. 61).

Эксплуатация зданий и сооружений в районах вечной мерзло­ты требует непрерывного контроля за состоянием грунтов осно­ваний, постоянных профилактических и ремонтно-восстановите­льных работ.

В условиях развивающегося экологического кризиса серьезной проблемой становится нарастающая тенденция к деградации веч­ной мерзлоты, что влечет за собой деформации сооружений. Проблема является геоэкологической и может быть разрешена ее методами.

ТЕХНОГЕННЫЕ ГРУНТЫ

Выше, при описании горных пород, мы уже останавливались на искусственных, в том числе и техногенных, образованиях. Здесь же мы сосредоточимся на грунтоведческой характеристике техногенных грунтов.

На поверхности литосферы при проведении различных строи­тельных и горных работ, в результате производственной деятель­ности человека образуется достаточно большое количество отло­жений, представляющих собой или отходы хозяйственной деятельности человека (отвалы шахт, заводов, городские свалки и т. д.), или отложения, специально созданные человеком в строите­льных и производственных целях (намывные грунты, грунты об­ратной засыпки, насыпи дорог и т. д.). Эти образования получили название техногенных грунтов, иногда именуемых антропогенными.

В настоящее время именно под техногенными грунтами пони­мают естественные грунты и почвы, измененные и перемещен­ные в результате производственной и хозяйственной деятельно­сти человека, и антропогенные образования. Под антропогенными образованиями следует понимать твердые отходы производствен­ной и хозяйственной деятельности человека, в результате кото­рой произошли коренные изменения состава, структуры и тек­стуры природного минерального и органического сырья.

Наибольшая часть искусственных грунтов на Земле приуроче­на к промышленным и городским территориям. Особое беспо­койство при этом у человечества вызывают бытовые и производ­ственные отходы, которые занимают очень большие, непрерывно расширяющиеся площади и уже наносят серьезный вред жизнен­ной среде человека.

Большое количество искусственных грунтов образуется также в результате военных действий, что тоже значительно изменяет облик земной поверхности, существенно нарушает природные массивы горных пород, создает искусственные грунтовые накоп­ления как из природных минеральных масс, так и за счет разру­шенных зданий и сооружений.

Техногенные грунты используются в качестве оснований зда­ний и сооружений, а также материала для строительства различ­ных инженерных сооружений (земляных плотин, насыпей авто­мобильных и железных дорог и пр.). Глобальный объем техногенных отложений в различных сооружениях измеряется сотнями миллиардов кубических метров. Только при добыче, пе­реработке и сжигании твердого топлива каждые 5 лет в отвалах размещается около 40 млрд м3 пустых (для открытых разрабо­ток — вскрышных) пород и 2 млрд м3 золошлаков.

Нелишним будет указать на установленный факт: из 100 кг извлекаемого человеком для своих нужд сырья в окружающую среду возвращается 99 кг, но уже в виде отходов!

Классификация техногенных грунтов. Инженерно-геологические свойства техногенных грунтов определяются составом материн­ское породы или отходов производственной и хозяйственной де­ятельности и характером воздействия на них человека. По пет­рографическому составу техногенные грунты могут быть самыми различными. В соответствии с общепринятой классификацией грунтов ГОСТ 25100—95 «Грунты. Классификация» техногенные грунты выделены в отдельный класс.

Классификация техногенных грунтов (табл. 26) включает шесть таксономических единиц, выделяемых по следующим группам признаков:

• класс — по общему характеру структурных связей;


                                   
   
Классификация техногенных грунтов по ГОСТ 25100—95
 
   
Класс
 
Группа
 
Подгруппа
 
Тип
           
Вид
 
Разновидности
 
 
 
 
   

 

 


       
 
Кремни­ стые
 
Опоки, трепела, диатомиты
 


     
 
 
 


 
 


           
   
Железистые
 
 
Кремни­ стые
 
   
Сульфатные
 
   
Галоидные

 

 

Класс Группа Подгруппа Thn Вид Разновидности
Дис­ персные Связ­ ные Природные образования, измененные в условиях естественно­го залегания Измененные физическим воз­действием Минераль­ные: силикат­ные, желези­стые, полими- неральные Глинистые грунты Выделяются по: 1) гранулометрическому составу (крупнообломочные грунты и пес­ки); 2) числу пластичности и грануло­метрическому составу (глинистые грунты и илы); 3) степени неоднородности гра­нулометрического состава (пески); 4) показателю текучести (глини­стые грунты); 5) относительной деформации набухания без нагрузки (глинистые грунты); 6) относительной деформации просадочности (глинистые грунты); 7) коэффициенту водонасыщения (крупнообломочные грунты и пес­ки); 8) коэффициенту пористости; 9) степени плотности (пески и крупнообломочные грунты); 10) коэффициенту выветрелости; 11) коэффициенту растворимости; 12) относительному содержанию органического вещества (пески и глинистые грунты, торфы); 13) степени разложения; 14) степени зольности; 15) степени засоленности; 16) относительной деформации пучения; 17) температуре
Измененные физико-химиче­ским воздействи­ем Органоми­ неральные Илы, сапропели, заторфованны е грунты
Органиче­ ские Торфы и др.
Не­ связные Природные перемещен­ные образо­вания Насыпные, на­мывные Минераль­ные: силикат­ные, карбо­натные, по- лиминераль- ные Крупнообломоч­ные грунты, пески

 


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2017-05-05; Просмотров: 89; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.077 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь