Характеристика экзогенных геологических процессов и их геологических результатов. Физико-механические свойства гранита, кварцевого порфира, вулканического стекла. Инженерно-геологическая классификация кислых пород. Определение плотности частиц грунта.
Указать к какой группе грунтов по инженерно-геологической классификации относятся кислые породы: гранит, кварцевый порфир, риолит, вулканическое стекло и охарактеризовать их физико-механические свойства Построить карту гидроизогипс по данным замеров в 12 скважинах, заложенных на участке в виде квадратной сетки.
План
Содержание
Список литературы
Охарактеризовать экзогенные процессы и их геологические результаты
Геологические процессы, которые происходят на поверхности Земли (ветер, выветривание, реки, моря, ледники, подземные воды) называют экзогенными, продукт деятельности которых осадочные горные породы и осадочные полезные ископаемые. Экзогенные геологические процессы являются выражением атмосферных и гидросферных геологических процессов, то есть процессов, происходящих на поверхности Земли. Важность их объясняется тем, что они являются главной причиной образования одной из трех важнейших групп горных пород - пород осадочных, сформированных из первично накопленного осадка. Сам осадок в зависимости от способа его получения может быть обломочным (состоящим из обломков), хемогенным (образованным в качестве нерастворимого осадка при химическом взаимодействии различных веществ) или органогенным (биогенным, состоящим из остатков живых организмов или продуктов их жизнедеятельности). В случае одновременного накопления разных типов осадков образуются смешанные осадочные горные породы. С ними связано огромное количество разнообразных полезных ископаемых: газообразных, жидких и твердых.
Одной из важнейших особенностей экзогенных геологических процессов является стадийность их работы, приводящая к образованию горных пород. Начальной стадией является разрушительная, которая сменяется транспортировочной и завершается накопительной- аккумулятивной. Поскольку экзогенные геологические процессы являются выражением деятельности атмосферы и гидросферы, рассмотрим некоторые общие особенности этих наружных оболочек Земли.
Осадочные горные породы образуются из осадка на поверхности литосферы в результате деятельности экзогенных геологических процессов. На интенсивность и направленность геологических экзогенных процессов прямое влияние оказывают температура и влажность воздуха, его перемещение над поверхностью Земли. Состояние этих трех факторов в определенной местности в данный момент и определяет погоду. Погода характеризуется большой изменчивостью в течение суток или даже дня или ночи: дождливая погода может быстро смениться солнечной. Изменение погоды во времени для определенных участков земной поверхности создает климат - закономерную последовательность метеорологических процессов, определяемую географическими условиями участка и выражающую многолетний режим погоды. Климат конкретного района является всегда постоянной характеристикой, являющейся выражением закономерности смены погодных условий. В связи с этим климат является одним их важнейших условий и факторов, которые обусловливают характер и основные закономерности направленности экзогенных геологических процессов.
Наиболее характерным для экзогенных геологических процессов, связанных с гидросферой, являются большая химическая активность вод (растворов), способность в процессе транспортировки огромных масс обломочного материала дифференцировать его по размерам обломков и удельному весу минералов, максимально сглаживать острые края обломков и аккумулировать многокилометровые толщи осадков. Некоторыми специфическими особенностями при этом обладают подземные воды, не обладающие, в отличие от поверхностных вод, свободной поверхностью и отличающиеся высокой химической активностью.
Ветер - это перемещение массы воздуха под действием неравномерного распределения температур на поверхности Земли. Он является одним из важнейших экзогенных геологических процессов, непосредственно связанных с атмосферой. Наиболее активно и беспрепятственно ветер действует в районах Земли, с бедным растительным покровом или лишенным его. Такими районами являются пустыни и полупустыни, побережья морей и океанов, долины крупных рек.
Как и все экзогенные геологические процессы, ветер производит свою геологическую деятельность в три стадии: разрушительную, транспортировочную и накопительную (аккумулятивную).
Разрушительная работа определяется в значительной мере скоростью ветра и массой переносимого воздуха. Разрушение горных пород происходит только физическим (механическим) способом за счет ветровой энергии, т. е. их разрушает масса воздуха, переносимого с определенной скоростью. Чем выше скорость ветра и больше масса переносимого воздуха, тем сильнее разрушение. Ветер выбивает частицы из встреченных на своем пути горных пород. Разрушительная сила его значительно увеличивается за счет песка и пыли, за счет постоянных ударов ими происходит вытачивание ветром углублений в породах, а также штриховка и полировка поверхности обрабатываемых ветром скальных выходов
Различия в разрушительной работе разных экзогенных геологических процессов заключаются не только в терминологии, но и в самой сути разрушительного процесса. Ветер, физическое выветривание, река, море, ледник производят эту работу механическим способом, путем превращения монолитной массивной горной породы в обломки разных размеров. При этом море и реки в значительной степени разрушают горные породы химическим способом, в результате растворения минералов. Физической или механической разрушительной силой выступают массы воздуха, воды или льда, во много раз увеличивающиеся за счет массы переносимых ими обломочного материала. В результате продолжительной деятельности экзогенных геологических процессов в морях близи берегов накапливаются более крупные обломки и тяжелые минералы (галька, россыпные концентрации золота, платины и др.), а в глубоководных частях бассейнов осаждаются мелкие глинистые частицы. Образуется характерная зональность в распределении обломочного материала, ориентированная параллельно береговой линии. Волнения моря постоянно нарушают эту зональность, но общая закономерность сохраняется.
В реках постоянные изменения течения и колебания уровня воды, связанные с атмосферными осадками, создают сложную картину в распределении обломочного материала, но часто общую закономерность их распределения установить возможно. Изменения направления течения рек и скорости течения приводят к образованию косой слоистости, являющейся одним из наиболее характерных черт аллювиальных отложений. Ледники транспортируют обломочный материал в «законсервированном» виде, внутри толщи льда, поэтому моренные отложения не отсортированы и не окатаны. Часть отложений, связанных с деятельностью ледника, подвергается окатыванию, сортировке, хотя и не до очень высокой степени - это относится к флювиогляциальным отложениям, в транспортировке которых принимают участие талые воды, образованные при таянии ледника [4] [5]
Указать к какой группе грунтов по инженерно-геологической классификации относятся кислые породы: гранит, кварцевый порфир, липарит, риолит, вулканическое стекло и охарактеризовать их физико-механические свойства.
По инженерно-геологической классификации кислые породы (гранит, кварцевый порфир, липарит, риолит, вулканическое стекло) относятся к группе скальных грунтов.
Граниты - явнокристаллические интрузивные породы в которых отмечается повышенное содержание SIO2, небольшое количество Fe203, FEO и MGO и преобладание щелочных металлов над щелочноземельными. Полевые шпаты представлены микроклином. ортоклазом и кислым, плагиоклазами олигоклазандезинового ряда. Среди цветных минералов преобладают слюды, реже встречаются амфиболы и пироксены.
Различают нормальные и плагиоклазовые граниты. Нормальные граниты характеризуются светлой (розовой) окраской средне- и крупнозернистой структурой, высоким содержанием кварца (30 - 35%), небольшим количеством цветных минералов (~10%), преобладанием калиевого полевого шпата (~40%) над плагиоклазом ( 10-20%). Плагиоклазовые граниты отличаются темно-серой окраской, содержат кварца 25-30%. плагиоклаза 50% цветных минералов (биотита, роговой обманки) 20-25%
Для структуры гранитов типичны хорошо развитые кристаллы полевых шпатов с расположенными между ними зернами кварца и слюды. Структура и химический состав гранитов выдерживаются на большом протяжении. Текстура - массивнокристалическая. Физическое выветривание проникает на глубину 10-15 метров (редко до 40-60 м) и вызывает распад гранитов на крупные плиты и обломки, которые при дальнейшем выветривании образуют скопления щебня и аркозовых песков. Из минералов, составляющих гранит, наиболее устойчивы к химическому выветриванию кварц и мусковит, устойчивы - калиевый полевой шпат и кислые плагиоклазы, в меньшей мере - амфибопы и пироксены, наиболее подвержен выветриванию биотит. При химическом выветривании полевых шпатов и слюд происходят реакции гидролиза и гидратации, приводящие к образованию коалинита. О некторой выветрелости гранитов свидетельствует помутнение полевых шпатов.Плотность гранитов составляет в среднем 2660-2710 кг/м3, объемная масса - 2640-2700 кг/м3, пористость- 0,07-1,81% (обычно менее 1%), предел прочности (в МПА): на сжатие -214-281, на изгиб - 14,0-19,4, на разрыв - 4,2-8,2, на скалывание- 10,1-13,5, коэффициент размягчения - 73-100%, модуль упругости - (332,5-1034) • 102 МПА, потеря при истирании - 150-290 кг/м2, число ударов на копре -8-12; водонасыщение -0,17-0,37%. Повышенное содержание слюды понижает прочность и увеличивает упругость гранитов.
Граниты складчатых областей подвергались деформациям, они микротрещиноваты, более пористы и менее прочны, чем граниты древних кристаллических щитов. Так, граниты Украинского и Балтийского кристаллических щитов характеризуются пористостью 0.07-0.29%, пределом прочности в водонасыщенном состоянии - 227,5-328,5 МПА, а граниты осевой части Кавказского хребта имеют следующие показатели этих свойств: 0,42-0,89% и 136,6-212,4 МПА.
Прочность грунтов, затронутых процессом выветривания, существенно понижается. Выветрелый микроклиновый крупнозернистый гранит Украинского щита характеризуется объемной массой 2540 кг/м3, пористостью -3,07%, пределом прочности на сжатие- 113 МПА, тогда как невыветрелый гранит имеет следующие показатели этих свойств: 2610-2670 кг/м3, 0,63-0,98% и 239-240 МПА. В районе Красноярской ГЭС предел прочности гранитов широко колеблется в зависимости от степени каолинизации, для некаолинизованного гранита он составляет в среднем 130,4 МПА.
Граниты часто разбиты трещинами. Тектоническая трещиноватость выражается системами параллельных или взаимно пересекающихся трещин. Чаще встречаются трещины выветривания, они меньше по размерам, чем тектонические, и не ориентированы.
Граниты и их аналоги составляют 47,8% от общей массы зверженных пород. Распространены они широко (Кольский полуостров, Карелия, Украина, Северный Кавказ, Памир, Алтай, Тянь-Шань).
К вулканическим аналогам гранитов относятся липариты и кварцевые порфиры - аналоги щелочноземельных гранитов; липариты - кайнотипные, малоизмененные разности, кварцевые порфиры - кайнотипные, сильно измененные.
Липариты - плотные мелкокристаллические породы, содержащие стекловатую массу. Кварцевые порфиры обладают порфировой структурой и содержат небольшое количество стекла. Продукты выветривания те же, что и у гранитов. Объемная масса кварцевых порфиров и липаритов составляет в среднем 2500-2650 кг/м3. предел прочности на сжатие - 250-270 МПА, водопоглощение- 0,1 - 1%.
Вулканические аналоги гранитов распространены значительно меньше, чем собственно граниты. Липариты встречаются на Северном Кавказе (Пятигорск), в Крыму, на Камчатке; кварцевые порфиры - на Кавказе, Среднем н Полярном Урале.
Физико-механические свойства вулканического стекла
Плотность стекла зависит от его химического состава. Считается, что минимальная плотность имеет кварцевое стекло - 2203 кг/м3. Наименьшую плотность имеет боросиликатное стекло, и, наоборот, плотность стекла, содержащие оксиды свинца, висмута, тантала достигает 7500 кг/м3. Увеличение плотности при введении модификаторов вызвано заполнением полостей пространственного металло-силикатного каркаса, в результате чего увеличивается величина массы единицы объема. Плотность обычных натрий-кальций-силикатных видов стекла, в том числе оконных, колеблется в пределах 2500 ... 2600 кг/м3. При повышении температуры с комнатной до 1300 C плотность большинства видов стекла уменьшается на 6 ... 12%, т.е. в среднем на каждые 100 C плотность уменьшается на 15 кг/м3. Табличные значения плотности стекла находятся в диапазоне от 2400 до 2800 кг/м3. Значение плотности закаленных и отожженных образцов стекла различаются на 0,08 ... 0,09 кг/м3 единиц второго знака после запятой. В закаленном стекле зафиксировано структуру расплава, которая имеет больший объем по сравнению со структурой отожженного стекла.
Упругость стекла также зависит от химического состава и модуль Юнга для силикатного стекла может изменяться от 48 ГПА до 83 ГПА, модуль сдвига - 22 ... 32 ГПА, коэффициент Пуассона - 0,17 ... 0,3. Например, у кварцевого прозрачного стекла модуль Юнга составляет 71,4 ГПА. Зависимость модулей упругости от химического состава стекла является неоднозначной. При увеличении в составе стекла содержания оксидов щелочных металлов модули упругости уменьшаются, так как прочность связей МЕО значительно меньше прочности связи SIO. Введение в состав до 12% CAO или B2O3, а также окислов щелочноземельных элементов Al 2O3 и PBO способствует росту модуля Юнга. Модуль упругости стекла после закалки возрастает на 8 ... 10%.
Прочность. Изделия из стекла способны выдерживать гораздо выше напряжение на сжатие, чем на растяжение. Для обычного стекла предел прочности на сжатие составляет в зависимости от состава от 500 до 2500 МПА (у оконного стекла около 1000 МПА), на изгиб - 0,03 ... 0,12 МПА. Путем закалки стекла удается повысить его прочность в 3 - 4 раза. Также значительно повышает прочность стекла обработка его поверхности химическими реагентами с целью удаления дефектов поверхности (мельчайших трещин, царапин и т.д.).
Твердость стекла, как и многие другие свойства, зависят от вида и содержания примесей. По шкале Мооса твердость стекла составляет 6-7 ед., что находится между твердостью апатита и кварца. Твердыми является кварцевое стекло, малолужне боросиликатное стекло с содержанием Al 2O3 до 10 ... 12% и алюмосиликатные стекла с высоким содержанием Al2O3. С увеличением содержания щелочных оксидов твердость стекла уменьшается. Мягким будет свинцовое стекло.
Хрупкость. В диапазоне относительно низких температур (ниже температуры плавления) стекло разрушается от механического воздействия без заметной пластической деформации и поэтому относится к идеально хрупких материалов (наряду с алмазом и кварцем). Данное свойство может быть охарактеризована удельной ударной вязкостью. Как и в предыдущих случаях, изменение химического состава позволяет регулировать и это свойство: например, введение брома повышает прочность на удар почти вдвое. Силикатные виды стекла имеют ударную вязкость в пределах 1,5 ... 2,0 КН / м, чем в 100 раз уступают железу.
Теплопроводность стекла весьма незначительна и составляет 0,0017 ... 0,032 кал / (см с град) или от 0,711 до 13,39 Вт/(м К). У оконного стекла эта цифра равна 0,0023 кал / (см с град) или 0,96 Вт / (м К). [2,3]
Построить карту гидроизогипс по данным замеров в 12 скважинах, заложенных на участке в виде квадратной сетки. Расстояние между скважинами 25 метров. Масштаб 1:500. На карте покажите направление потока и выделите участки с глубиной вод менее 2 метров инженерный геологический грунт гранит
Сечение гидроизогипс выбрать самостоятельно, что бы на карте было не более 10 гидроизогипс. Рельеф земли считать горизонтальным
Таблица 1
Номер скважины 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Глубина залегания уровня грунтовых вод 2,4 3,8 5,2 5,5 4,0 2,4 2,9 3,2 0,9 1,2 3,7 3,3
В лабораторных условиях определены: плотность частиц грунта ?S = 2,75 г/см3, естественная влажность w = 0,24, плотность грунта ? = 2,03 г/см3. Вычислите е и Sr
