Шпаргалка по "Инженерная геология"

1. Общие понятия о геологии и геологических науках.

Геология – это комплекс наук о составе, строении, истории развития Земли, движениях земной коры и размещении в недрах Земли полезных ископаемых. Минералогия – наука о минералах; петрография – наука о горных породах; динамическая геология – учение о процессах, происходящих на поверхности и в недрах Земли; историческая геология – изучает историю развития Земли; гидрогеология – наука о подземных водах; геоморфология – изучает развитие рельефа поверхности земной коры; инженерная геология – наука, изучающая свойства горных пород (грунтов), природные геологические и техногенно-геологические процессы в верхних горизонтах земной коры в связи со строительной деятельностью человека. Главная цель инженерной геологии – изучение природной геологической обстановки местности до начала строительства, а также прогноз тех изменений, которые произойдут в геологической среде, и в первую очередь в породах, в процессе строительства и при эксплуатации сооружений.

2. Инженерная геология - наука о рациональном использовании природных богатств и охране окружающей среды.

Инженерная геология - наука, изучающая свойства горных пород (грунтов), природные геологические и техногенно-геологические (инженер­но-геологические) процессы в верхних горизонтах земной коры в связи со строительной деятельностью человека.

В современных условиях инженерная геология изучает геологическую среду для целей строительства и для обес­печения ее рационального использования и охраны от неблаго­приятных для человека процессов и явлений.

Инженерная геология в классическом представлении включа­ет три главные самостоятельные, тесно связанные между собой научные направления, изучающие три главных элемента геологи­ческой среды: грунтоведение — горные породы (грунты) и почвы; инженерная геодинамика — природные и антропогенные гео­логические процессы и явления; региональная инженерная геология — строение и свойства геологической среды определенной территории.

В состав современной инженерной геологии входят многие специальные разделы, имеющие уровень самостоятельных наук: механика грунтов; механика скальных пород; инженерная гидрогеология; инженерная геофизика; геокриология (мерзлотове­дение).

Интенсивно развивается морская инженерная геология осно­вой которой является геоэкология как наука об условиях и процес­сах в главнейших жизнеобеспечивающих геосферах: атмосфере, гидросфере, литосфере и их взаимодействиях с биосферой, вклю­чая антропогенное влияние.

Главная цель инженерной геологии — изучение природной геологической обстановки местности до начала строительства, а также прогноз тех изменений, которые произойдут в геологиче­ской среде, и в первую очередь в породах, в процессе строитель­ства и при эксплуатации сооружений.

Задачи, которые стоят перед ин­женерами-геологами в процессе изыскательских работ еще до на­чала проектирования объекта:

1. выбор оптимального (благоприятного) в геологическом отно­шении места (площадки, района) строительства данного объекта;

2. выявление инженерно-геологических условий в целях опреде­ления наиболее рациональных конструкций фундаментов и объекта в целом, а также технологии производства строительных работ;

3. выработка рекомендаций по необходимым мероприятиям и со­оружениям инженерной защиты территорий и охране геологической среды при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.

3. Современные представления о строении земного шара и земной коре.

Земля состоит из нескольких оболочек: внешних – атмосфера, гидросфера, биосфера; и внутренних, которые называют собственно геосферами (ядро, мантия и литосфера). Земная кора представляет собой верхний слой Земли. Поверхность земной коры формируется под воздействием направленных противоположно друг другу процессов: Эндогенных, включающих в себя тектонические и магматические процессы. Которые ведут к вертикальным перемещениям в земной коре – поднятиям и опусканиям, т.е. создают неровности рельефа; Экзогенных, вызывающих выравнивание рельефа за счет выветривания, эрозии различных видов и гравитационных сил; Седиментационных (осадконакопление), как восполняющих осадками все созданные при эндогенезе неровности. Выделяют 2 типа земной коры: «базальтовая» океаническая и «гранитная» континентальная.

4. Общие положения о минералах, происхождение и зависимость свойств от условий образования.

Различают 2 вида минералов: природного; искусственного происхождения, которые возникли в процессе целенаправленной техногенной деятельности человека. Различают 3 вида образования природного минерала: 1) Эндогенный процесс связан с внутренними силами Земли и проявляется в её недрах. Минералы формируются из магмы – силикатного огненно-жидкого расплава. Таким путём формируются кварц и различные силикаты. Эндогенные минералы обычно плотные, с большой твердостью, стойкие к воде, кислотам, щелочам. 2) Экзогенный процесс свойственен поверхности земной коры, при этом процессе минералы формируются на суше и в море. На суше их создание связано с процессом выветривания (глинистые минералы – гидрослюда). На море минералы формируются в процессе выпадения химических осадков из водных растворов, а также за счёт жизнедеятельности различных организмов (опал). Экзогенные минералы имеют низкую твердость, активно взаимодействуют с водой или растворяются в ней. 3) Метаморфический процесс – под воздействием высоких температур и давлений, а также магматических газов и воды на некоторой глубине в земной коре происходит преобразование минералов, ранее образовавшихся в экзогенных процессах. Минералы изменяют своё первоначальное состояние, перекристаллизовываются, приобретают плотность, прочность. Так образуются многие минералы-силикаты (роговая обманка).  Существуют 2 вида искусственных минералов: аналоги – это повторение природных минералов (алмаз, горный хрусталь); и техногенные - вновь созданные с наперед заданными свойствами (алит – вяжущие свойства, муллит – огнеупорность).

5. Генетическая и кристаллографическая классификация природных минералов. Различают 3 вида образования природного минерала: 1) Эндогенный процесс связан с внутренними силами Земли и проявляется в её недрах. Минералы формируются из магмы – силикатного огненно-жидкого расплава. Таким путём формируются кварц и различные силикаты. Эндогенные минералы обычно плотные, с большой твердостью, стойкие к воде, кислотам, щелочам. 2) Экзогенный процесс свойственен поверхности земной коры, при этом процессе минералы формируются на суше и в море. На суше их создание связано с процессом выветривания (глинистые минералы – гидрослюда). На море минералы формируются в процессе выпадения химических осадков из водных растворов, а также за счёт жизнедеятельности различных организмов (опал). Экзогенные минералы имеют низкую твердость, активно взаимодействуют с водой или растворяются в ней. 3) Метаморфический процесс – под воздействием высоких температур и давлений, а также магматических газов и воды на некоторой глубине в земной коре происходит преобразование минералов, ранее образовавшихся в экзогенных процессах. Минералы изменяют своё первоначальное состояние, перекристаллизовываются, приобретают плотность, прочность. Так образуются многие минералы-силикаты (роговая обманка). Кристаллографическая классификация: кубическая (галенит); тетрагональная (рутил); ромбическая (софрин); моноклинная (гипс); тригональная (кальцит); гексагональная (берилл); триклинная (альбит).

6. Диагностические признаки и свойства минералов.

Каждый минерал имеет определенные физические свойства: внешняя форма, оптические характеристики (цвет, прозрачность, блеск), показатели твердости, спайность, излом, плотность. Внешняя форма минералов разнообразна. В природных условиях они чаще всего приобретают неправильные очертания. Хорошо ограненные кристаллы встречаются сравнительно редко. Для многих минералов характерны также формы землистого обли­ка, агрегатных скоплений и др. Цвет для очень многих минералов строго постоянен. Их условно разделяют на светлые (кварц, полевые шпаты, гипс, ка­льцит и др.) и темные (роговая обманка, авгит и др.). Прозрачность - способность минералов пропускать свет. Вы­деляют три группы минералов: прозрачные (кварц, мусковит и др.), полупрозрачные (гипс, халцедон и др.) и непрозрачные (пи­рит, графит и др.). Блеск - способность поверхности минералов отражать в раз­личной степени свет. Блеск может быть металлическим и неме­таллическим, который в свою очередь может быть стеклянным (силикаты), жирным (тальк), шелковистым (асбест) и т.д. Твердость - способность минералов противостоять внешним механическим воздействиям. Спайность - способность минералов раскалываться или рас­щепляться по определенным направлениям с образованием плос­костей раскола. Это свойство обусловлено внутренним строением кристаллов и не зависит от их внешней формы. Излом характеризует поверхность разрыва и раскалывания минералов. Различают излом по спайности (кальцит), ракови­стый (кварц), землистый (каолинит) и др. Плотность минералов различна и колеблется в пределах от 0,6 до 19 г/см3.

Минералы могут обладать рядом других физических свойств: хрупкостью, плавкостью, магнитностью, вкусом, запахом и т. д. Для отдельных минералов эти свойства могут быть характерными признаками, например галит (поваренная соль) — соленый, сера имеет запах при горении и т. д.

7. Характеристика природного минерального сырья для производства стройматериалов.

Магматические: Гранит используют для облицовки монументальных зданий и гидротехнических сооружений, плит для полов, ступеней, материалов для дорог, крупного заполнителя для бетонов. Пемзу и пемзовые пески используют как заполнитель в легких бетонах, при производстве тепло- и звукоизоляционных материалов и в качестве шлифующего материала. В тонкоизмельченном виде эти породы используют в качестве активных добавок к минеральным вяжущим веществам.

Осадочные органические горные породы могут применяться как строительный камень в малоэтажном строительстве. Мел входит в состав строительных растворов, торф – изоляционный материал. Глина при увлажнении приобретает пластические свойства и после обжига переходит в камневидное состояние. Она является основным сырьем в керамической промышленности и при производстве цементов. Гипс применяют для производства вяжущих веществ, а некоторые разновидности – для внутренней облицовки зданий. Мел – порода органогенного происхождения, обычно белого цвета, по химическому составу почти целиком состоит из карбоната кальция, имеет небольшую прочность. Применяют в качестве белого пигмента в красочных составах, приготовлении замазки.

Массивные метаморфические горные породы могут применяться, как строительный камень, а также в дорожном строительстве, как подсыпка под дорожное полотно. Мрамор является ценным отделочным материалом. Гнейс применяется, как строительный камень, наполнитель бетонов и в дорожном строительстве (бордюр). Филлиты или кровельные сланцы применяются как кровельные материалы (могут заменять черепицу).

8. Общие понятия о горных породах и процессах их формирования в земной коре.

По происхождению горные породы делятся на 3 группы: магматические, осадочные, метаморфические. Магматические являются первичными горными породами, т.к. они образовались в результате застывания магмы в недрах Земли - интрузивные (глубинные) или на её поверхности – эффузивные (излившиеся). Осадочные и метаморфические являются вторичными, т.к. они образовались из ранее существовавших горных пород. Осадочные – породы подвергаются выветриванию, т.е. разрушительному воздействию воды, колебаний температур и т.д. Осадочные породы подразделяются на: обломочные, хемогенные, органогенные и смешанные. Большинство осадочных пород залегает в виде пластов, или слоев. Метаморфические - образованные в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) осадочных или магматических горных пород вследствие изменения физико-химических условий. Благодаря движениям земной коры, осадочные горные породы и магматические горные породы подвергаются воздействию высокой температуры, большого давления и различных газовых и водных растворов, при этом они начинают изменяться.

Горные породы всех 3 групп характеризуют по 4 диагностическим признакам: цвету, минеральному составу, структуре, текстуре.

9. Генетическая и инженерно-геологическая классификация горных пород, характеристики по которым оцениваются горные породы.

Горные породы делят на три типа: магматиче­ские, осадочные, метаморфические. В земной коре магматиче­ские и метаморфические породы занимают 95% общей ее массы. Осадочные породы располагаются непосредственно на поверхно­сти Земли, покрывая собой в большинстве случаев магматиче­ские и метаморфические породы. Магматическими (или изверженными) горными породами называют горные породы, которые образовались в результате кристаллизации магмы при ее остыва­нии в недрах Земли или на ее поверхности. Все магматические горные породы имеют высо­кую прочность, нераствори­мые в воде и практически водонепроницаемые. Осадочные породы. Любая находящаяся на зем­ной поверхности порода подвергается выветриванию, т. е. разру­шительному воздействию воды, колебаний температур и т. д. В результате даже самые массивные, прочные магматические поро­ды постепенно разрушаются, образуя обломки разных размеров и распадаясь до мельчайших частиц. Продукты разрушения переносятся ветром, водой и на опре­деленном этапе переноса отлагаются, образуя рыхлые скопления или осадки. Накопление происходит на дне рек, морей, океанов и на поверхности суши. Из рыхлых скоплений (осадков) с тече­нием времени формируются (уплотняются, приобретают структу­ру и т. д.) различные осадочные породы. Осадочные породы слагают самые верхние слои земной коры, покрывая своеобразным чехлом породы магматического и мета­морфического происхождения. Строительство  производится в основном на осадочных породах. Метаморфические горные породы - породы, образованные в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) осадочных или магматических горных пород вследствие изменения физико-химических условий. Благодаря движениям земной коры, осадочные горные породы и магматические горные породы подвергаются воздействию высокой температуры, большого давления и различных газовых и водных растворов, при этом они начинают изменяться.

10. Магматические горные породы - происхождение, состав, строение, особенности залегания в земной коре, физические свойства и применение.

Магматическими (или извер­женными) называют горные породы, которые образовались в результате кристаллизации магмы при ее остыва­нии в недрах Земли или на ее поверхности. В зависимости от условий, в которых происходит ох­лаждение и застывание (потеря подвижности) магмы, горные по­роды делят на интрузивные (глубинные - гранит) и эффузивные (излившие­ся - базальт, диабаз).

Свойства пород зависят от их внутреннего строения и сложе­ния в массиве. Структура - внутреннее строение породы, обусловленное формой, размерами, количественным соотношением ее составных частей - минералов. 1) зернистые, типичные для глубинных пород; 2) полукристаллические (совместное нахождение кристаллов и аморфного стекла); 3) стекловатые, типичные для излившихся пород. Текстура (сложение) характеризует пространственное располо­жение частей породы в ее объеме, «рисунок» породы. Для магма­тических пород характерны следующие текстуры: 1) массивная - равномерное, плотное расположение минералов; 2) полосча­тая - чередование в породе участков различного минерального состава или различной структуры; 3) шлаковая - порода, содержа­щая видимые глазом пустоты. Отдельности - при остывании магмы в связи с изменением объема в породах возникают тончайшие трещины, которые раз­бивают массив на отдельные участки (формы). В зависимости от системы расположения трещин возникают отдельности: столбча­тая (базальт), глыбовая (гранит), шаровая (диабаз) и др.