Донецкой Народной республики

Донецкой Народной республики

Государственное профессиональное образовательное учреждение

«Новоазовский индустральный техникум»

Курс лекций по дисциплине

 МДК.01.01 «Проектирование зданий и сооружений»

Раздел 1. Инженерно-геологический исследования на строительной площадке

по специальности 08.02.01 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»

 

 

Составила: преподаватель Щербакова Н.А.

 

Новоазовск

2021

Содержание

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………………………………………………  3

Тема 1. Геологическое строение и возраст горных пород…………………………………………   4

1.1. Происхождение и строение Земли……………………………………………………………… 4

1.2. Геологическая хронология…………………………………………………………………………..   4

1.3. Возраст горных пород………………………………………………………………………………….. 5

1.4. Условия залегания горных пород………………………………………………………………… 6

1.5. Виды дислокаций горных пород………………………………………………………………….. 6

1.6. Значение дислокаций для инженерной геологии……………………………………….  8

1.7. Понятие о геологической норме и разрезе. Геологическая карта……………… 8

Тема 2. Породообразующие минералы и горные породы………………………………………… 9

2.1. Понятие о минералах…………………………………………………………………………………… 9

2.2. Генезис минералов (происхождение)…………………………………………………………. 9

2.3. Классификация минералов………………………………………………………………………….. 9

2.4. Физические свойства…………………………………………………………………………………… 10

2.5. Понятие о горных породах………………………………………………………………………….. 12

2.6. Классификация горных пород…………………………………………………………………….. 12

2.7. Магматические горные породы………………………………………………………………….. 12

2.8. Осадочные горные породы…………………………………………………………………………. 13

2.9. Метаморфические горные породы…………………………………………………………….. 16

Тема 3. Гидрогеология…………………………………………………………………………………………………  16

3.1. Виды воды в грунтах……………………………………………………………………………………. 16

3.2. Классификация подземных вод…………………………………………………………………… 17

3.3. Водные свойства горных пород…………………………………………………………………… 17

3.4. Закон движения подземных вод…………………………………………………………………. 18

3.5. Определение коэффициента фильтрации………………………………………………….  19

3.6. Грунтовые воды……………………………………………………………………………………………. 19

3.7. Межпластовые подземные воды………………………………………………………………… 20

3.8.Трещиновые и карстовые воды …………………………………………………………………… 20

3.9. Определение направления движения подземных вод……………………………… 21

3.10. Режим подземных вод……………………………………………………………………………… 22

3.11. Понятие деприссионной воронке и радиусе влияния……………………………… 22

3.12. Водопонижение грунтовых вод на строительных площадках…………………. 23

3.13. Химический состав подземных вод………………………………………………………….. 24

Тема 4. Грунты………………………………………………………………………………………………………………. 25

ВВЕДЕНИЕ

Геология как наука.

    Геология - это наука изучающая состав, строение, происхождение и развитие Земли, закономерности и процессы ее формирования, составляющие ее горные породы и минералы, историю развития жизни на планете.

    Основной объект изучения – земная кора (литосфера).

    Геология развивалась и выделила ряд разделов:

1. Минералогия – это наука о минералах, их составе, свойствах и процессах образования.

2. Кристаллография – это наука о кристаллах природных и искусственных, их форме и структуре.

3. Петрография – это наука о горных породах, которые состоят из нескольких минералов, изучает происхождение, состав, свойства, условия залегания.

4. Динамическая геология – это наука о процессах, происходящих в земной коре и на поверхности, преобразующих ее.

5. Историческая геология – это наука, изучающая историю развития коры и населяющих ее растительных и животных организмов.

6. Гидрогеология – это наука о подземных водах, их образовании, залегании, движении и свойствах; использовании в хозяйстве и влиянии на устойчивость инженерных сооружений.

7. Грунтоведение.

Задачи инженерной геологии

 

    Главная цель – изучение природной геологической обстановки местности до начала строительства, прогноз изменений, которые произойдут в геологической среде в процессе строительства и эксплуатации.

    Это определяет основные задачи:

1. Выбор благоприятного в геологическом отношении места строительства данного объекта.

2. Выявление инженерно-геологических условий для того, чтобы выбрать рациональные конструкции фундамента и объекта в целом, а также технологий производства строительных работ.

3. Выработать мероприятия по инженерной защите территории и охране геологической среды.

 

Тема 1. Геологическое строение и возраст горных пород

Геологическая хронология

Дает представление о возрасте Земли и отдельных ее слоев и возрасте горных пород. Все время разделили на отрезки. Так была создана геологическая шкала. Для слоев пород, которые образовались в эти отрезки времени, были предложены свои названия, что позволило создать стратиграфическую шкалу.

геохронологическая шкала	Стратиграфическая шкала слоев пород
Эон Эра Период Эпоха Век Время	Эонотема Эратема Система Отдел Ярус Зона

    Каждый отрезок времени получил свое наименование и обозначение виде индекса, а на геологических картах – свою окраску.

Возраст горных пород

Имеет большое значение, поскольку определяет строение, прочность и деформационные характеристики. Например: породы архейской группы отличаются большей прочностью по сравнению мезозойской группой.

    Различают абсолютный и относительный возрасты.

Абсолютный возраст – продолжительность существования породы, выраженная в годах. Определяется по содержанию в породе радиоактивных элементов. Параметры, время распада и конечный продукт известны.

Относительный возраст – позволяет определить возраст пород относительно друг друга, т.е. устанавливать какие породы древнее, а какие моложе.

Используют два метода определения возраста пород:

1. Палеонтологический метод: определяет возраст независимо от залегания слоев, в основу метода положена история развития органической жизни на Земле. Останки, вымерших организмов, захоронились в тот отрезок времени, когда они жили. Зная последовательность и период жизни вымерших организмов, можно определить возраст пород.

2. Стратиграфический метод: применяют для толщ с ненарушенным горизонтальным залеганием слоев, при этом считают ниже лежащие слои более древними. Этот метод не применяется при залегании слоев в виде складок.

 

Понятие о минералах

Минерал – природное тело однородного состава, представляющее химические элементы и соединения (кварц).

    Наука, занимающая изучением свойств, состава, строение минералов называется минералогией.

    В природе известно более 7000 минералов, чаще всего в породах встречаются 100 минералов, их называют породообразующими.

    Минералы встречаются в трёх состояниях: твёрдые (кварц, графит); жидкие (вода, ртуть); газообразные (метан, сероводород).

Классификация минералов

· По происхождению

· По химическому составу

· По кристаллографическим особенностям

· По растворимости

 

По химическому составу:

1. Самородные элементы: минералы, состоящие из одного химического элемента. Входит около 45 минералов, но в строении земной коры составляет 0,1% по весу (например, самородное золото, серебро, медь, платина, графит, алмаз, сера и др.).

2. Сульфиды: соединения различных элементов с серой около 50. Включает ряд минералов – важнейших руд на свинец, медь, цинк и др. (например: пирит FeS₂).

3. Галоидные соединения: соли голоидно-водородных кислот. Наиболее распространены хлористые и фтористые соединения (например: галит, сильвин, флюорит).

4.  Оксиды и гидрооксиды: минералы – соединения различных элементов с кислородом и соединения с кислородом и гидроксильной группой. Он делится на группы:

· Оксиды и гидрооксиды кремния

· Окислы и гидроокислы металлов

 

5. Карбонаты: кальций и доломит.

6. Сульфаты: минералы, представляющие собой соли серной кислоты: гипс, ангидрит.

7. Силикат: породообразующие минералы.

По кристаллографическим особенностям:

· Минералы с кристаллической структурой

· Аморфные минералы

Физические свойства

    Распознавание минералов осуществляется по их физическим свойствам:

1. Цвет – обуславливается химическим составом и примесями делятся на светлые и тёмные минералы.

2. Твёрдость – сопротивление минерала механическому воздействию. Различают абсолютную и относительную твёрдость. Относительная – определяет в сравнении с другими минералами, твёрдость которых известна и оценивается по десяти – бальной шкале Мооса:

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
тальк	гипс	кальций	флюорит	апатит	ортоклаз	кварц	топаз	корунд	алмаз

 

В полевых условиях используют заменители: твёрдость ногтя = 2 – 2,5; медной монеты =3; стекла = 5 – 5,5; стального ножа = 5,5 – 6.

3. Спайность – способность минерала раскапываться при ударе по определенным направлениям, образуя гладкие плоскости раскола.

Виды спайности:

· Весьма совершенная – легко раскалывает на отдельные пластины (слюда);

· Совершенная – обломки ограниченные правильными плоскостями (каменная соль);

· Несовершенная – местами заметны небольшие гладкие площадки (пирит, апатит);

· Отсутствие спайности (кварц).

 

4. Блеск – обуславливается различным отражением света от поверхности:

· Стеклянный (кварц)

· Жирный (тальк, графит)

· Металлический (пирит)

· Шелковистый

· Матовый

· Перламутровый

 

5. Излом – линия откола, бывает:

· Спайности

· Землистый

· Раковистый

Понятие о горных породах

 Горные породы – минеральные агрегаты различного состава и свойств. Состоит из одного или нескольких минералов, и оцениваются валовым химическим анализом.

Базальт - SiO₂ (49 – 52%), Al₂O₃(10 – 14%), Fe₂O₃(4 – 14%), CaO (8 – 10%) и т. д.

В земной коре обнаружены более 1000 горных пород. Они делятся на:

· Мономинеральные (гипс)

· Полиминеральные (гранит)

Классификация горных пород

По происхождению:

· Изверженные породы – образуется при остывании магмы и лавы;

· Осадочные породы – продукты разрушения других пород и накопление останков организмов;

· Метаморфические породы – породы, образовавшиеся при воздействии на извержение или осадочные высоких температур и давления.

 

По минеральному составу

По степени кислотности

По структуре

 

Структура – строение породы, определяемая различным сочетанием размеров и форм минералов (кристаллическая, скрытокристаллическая, порфировая, стекловатая)

Магматические горные породы

Подразделяются по условиям образования на:

1. Интрузивные (глубинные) – остывание происходит медленно полнокристаллическая равномерно зернистая структура (гранит, диориты, сиениты)

2. Эффузивные (поверхностные) – выходя на поверхность, магма теряет газы и быстро застывает, при этом образуются породы со скрытокристаллической решёткой или стекловидные. В нижней части лавы образуется мелкокристаллические породы, в верхней части – пористые (пуф, пемза и т.д.).

По кислотности SiO ₂ %:

· Ультракислотные (более 75%) – пегматит, обсидиан, туф, пемза, пепел;

· Кислые (65-75%) – гранит, кварцевый порфирит, липарит;

· Средние (55-65%) – сиенит, трахит;

· Основные (45-55%) – габбро, диабаз, базальт;

· Ультраосновные(менее 45%) – пироксениты, перидотит.

 

Разделение пород по SiO₂ имеет практическое значение с уменьшением кислотности возрастает плотность породы, уменьшается температура плавления, и породы лучше поддаются полировке, окраска становится темнее.

Структура пород:

· Кристаллическая (от весьма крупно – зернистой 10 мм до мелко – зернистой менее 1мм)

· Скрытокристаллическая структура (кристаллы не видны)

· Порфировая (выделяются крупные кристаллы)

· Стекловатая (кристаллическая решётка отсутствует, характерен раковистый излом).

Осадочные горные породы

Делятся по происхождению:

· Обломочные – образуются при механическом разрушении и накопление пород (гравий);

· Глинистые – образуются при механическом разрушении химической и физической переработке и осаждении веществ из водных взвесей;

· Химические образуются на суше при химическом выветривании и выпадение из растворов(известняк, гипс);

· Органогенные происходят от жизнедеятельности организмов.

Эти породы занимают 75% площади земной коры, минеральный состав достаточно разнообразен.                                                                                                                      

Обломочные осадочные породы

Название и форма частиц стихии

Размер частиц, мм.

Глинистые осадочные породы

    Это породы с частицами диаметром менее 0,005 мм, имеет форму листочков, чешуек, пластинок. Содержание частиц в глине более 30%.

Разновидность глин:

· Суглинки - количество частиц 10 – 30%

· Супеси - количество частиц менее 10 %

    Свойства глины:

· Пластичность

· Связность

· Набухание

· Водонепроницаемость

· Липкость

 

Химические осадочные породы

Образуется на дне водных бассейнов, в условиях сухого климата в результате интенсивного испарения имеют повышенную концентрацию солей.

    Структура этих пород кристаллическая, иногда эолитовая, землистая. Породы плотные с высокой пористостью, слабослоистые; в основном мономинеральные, что связано с условиями выпадения химических соединений из раствора при его выветривании; растворяются в воде.

Тема 3. Гидрогеология

Виды воды в грунтах

Гидрогеология – наука, изучающая подземные воды, образование, движение и свойства.

Подземные воды – это воды содержащихся в порах и трещинах горной породы ниже поверхности земли. Образуется за счёт просачивания атмосферной воды и конденсации воды.

Типы влаги:

1. Пары воды;

2. Вода в составе минералов(CаSO4 2H2O - гипс);

3. Плёночная вода, обволакивающая молекулы грунта – связная;

4. Капиллярная вода содержится в породах и трещинах пород;

5. Свободная капельножидкая вода, передвигающая под силой тяжести;

6. Вода в твёрдом состоянии.

Классификация подземных вод

 

Подземные воды классифицируют:

1. По характеру их использования:

· Хозяйственно – питьевые воды – это пресные воды, использование в других целях запрещается;

· Технические воды – используется в промышленности и в сельском хозяйстве;

·   Промышленные воды – содержат в растворе полезные элементы, имеющие промышленное значение для добычи данного элемента (бром, йод);

· Минеральные – имеет повышенное содержание биологически активных микро компонентов, газа и т.д. Добываются через скважины или источники;

· Термальные – имеют температуру более 37 градусов С. Выходит на поверхность в виде горячих источников и используется для теплофикации городов.

 

2. По условиям залегания:

· Грунтовые воды и верховодка – это воды залегающие на первом водоупоре;

· Межпластовые воды;

· Карстовые воды;

· Трещиноватые воды.

Межпластовые подземные воды

Межпластовые грунтовые воды – это воды, залегающие в водоносном слое между двумя водоупорами.

Их делят на 2 группы:

1. напорные;

2. безнапорные – слой горизонтальный и заполнен водой.

Режим подземных вод

Режим подземных вод - это изменение во времени их уровня, химического состава, температуры, расхода.

В естественных условиях для подземных вод характерен естественный режим, который формируется под влиянием метеорологических, гидрогеологических и геологических факторов

Метеорологические: осадки, испарения, температура воздуха, атмосферное давление. Они вызывают сезонные и годовые колебания уровня, химического состава, температуры, расхода.

Наибольшие колебания уровней период весеннего снеготаянья и осенних дождей. Наиболее низкий – в конце лета и в конце зимы.

Разность между наивысшим и наименьшим горизонтом называется максимальной амплитудой колебания уровня (2,5*3).

УГВ колеблется в многолетнем цикле 11 лет. Это связано с изменениями климата. Амплитуда колебаний составляет 8 м и более.

       Гидрологические: реки, приливы и отливы.

Геологические -действуют на любом участке земной коры, с глубиной их значение увеличивается. Это тектонические движения, землетрясения, вулканы, оползни, внутренняя теплота.

Техногенное влияние – производственная деятельность человека.

Тема 4. Грунты

Грунтоведение – основное научное направление инженерной геологии и изучает горные по­роды как грунты, где ведётся строительство. Изучает состав, состояние, строение, свойства грун­тов и условие их формирования.

Грунты – это горные породы, почвы и техногенные образование, обладающие определён­ными генетическими признаками рассмотренные как многокомпонентные динамические системы, находящиеся под воздействием инженерной деятельности человека.

Общая инженерно – геологическая классификация грунтов предоставлена в ГОСТ 25100-95, распространяется на все грунты и устанавливает их классификацию, обязательную к применению при производстве инженерно-геологических изеыказаний.

Классификация грунтов включает 6 таксонометрических единиц по следующим группам признаков:

Класс – по характеру структурных связей.

Группа – по происхождению.

Подгруппа – по условиям образованию.

Тип – по петрографическому составу, гранулометрическому составу и степени его неоднород­ности числу пластичности.

Вид – по структуре, текстуре, составу цемента, плоскости сложения, относительному со­держанию и степени уплотнения от собственного веса.

Разновидность – по физическими, химическим свойствам и состоянию.

Тип скальных грунтов

Устанавливается по их петрографическому составу на основании качественных характеристик.

Грунты различают по приделу прочности в водонасыщенном состоянии Rс, мПа:

· очень прочные ………….…………. более 120

· прочные……………………………...... 120-50

· средней прочные…………………… 50-15

· малопрочные…………………………. от 15 до 5

· пониженной прочности…………. от 5 до 3

· низкой прочности ………………..... от3 до 1

· весьма низкой прочности………. менее 1

                                             

Нескальные грунты

    Являются дисперсными, т.е. состоят из обломков различной крупности. Значительный диапазон размеров частиц, разнообразное соотношение компонентного состава, различная природа структурных связей и многообразие структурно – текстурных особенностей нескальных грунтов различного генезиса обуславливают исключительно широкий диапазон свойств этих грунтов, поверхность разнообразным геологическим процессам.

    Важное значение имеет гранулометрический состав дисперсных грунтов, т.е. содержание в них частиц различных размеров.

Наименование фракций	Размер обломков, мм.
Валунная (глыбовая)	Более 200
Галечная (щебенистая)	10-200
Гравинистая (дресвяная)	2-10
Песчаная	0,05-2
Пылеватая	0,005-0,05
Глинистая	Менее 0,005

 

Донецкой Народной республики

Государственное профессиональное образовательное учреждение

«Новоазовский индустральный техникум»

Курс лекций по дисциплине

 МДК.01.01 «Проектирование зданий и сооружений»