Властивості гірських порід Процес внутрішньої динаміки Землі

1. Пояснити значення «Інженерна геологія" для будівництва залізниць та їх експлуатації

Інженерна геологія, галузь геології, що вивчає верхні горизонти земної кори і динаміку останньої в зв'язку з інженерно-будівельною діяльністю людини. Розглядає склад, структуру, текстуру і властивості гірських порід як грунтів; розробляє прогнози процесів і явищ, які виникають при взаємодії споруд з природного обстановкою, і шляхи можливого впливу на процеси з метою усунення їх шкідливого впливу. Інженерна геологія зародилася в 19 ст. У Росії перші інженерно-геологічні роботи були пов'язані з будівництвом залізниць (1842-1914). У них брали участь А.П. Карпінський, Ф.Ю. Левінсон-Лессінг, І.В. Мушкетів, А.П. Павлов, В.А. Обручов та ін Як наука І. оформилася в СРСР до кінця 1930-х рр.. в результаті досліджень, пов'язаних головним чином з гідротехнічним будівництвом. У її розвитку велика роль належить Ф.П. Саваренський, І.В. Попову, М.М. Маслову, В.А. Приклонського, М.П. Семенову та ін Інженерна геологія підрозділяється на: грунтознавство, що вивчає гірські породи і грунти, досліджувані в якості підстав, природних матеріалів і середовища для інженерних споруд; інженерної геодинаміки, яка розглядає поряд з природними геологічними процесами процеси, що виникають під впливом інженерної діяльності людини, і регіональну інженерну геологію, яка вивчає регіональний і зональний характер поширення інженерно-геологічних процесів і явищ; оцінює стосовно даної території геологічні чинники, що визначають умови будівництва та експлуатації інженерних споруд; дає прогноз зміни інженерно-геологічних умов в результаті будівництва.

При комплексному вивченні інженерно-геологічних умов території обраної траси виділяють у плані і по глибині інженерно-геологічні елементи з визначенням для них лабораторними методами міцнісних і деформаційних характеристик грунтів, їх нормативних і розрахункових значень, а також встановлюють гідрогеологічні параметри, кількісні показники інтенсивності розвитку геологічних і інженерно-геологічних процесів, агресивності підземних вод до бетону і корозійної активності до металів у сфері взаємодії проектованого об'єкта з геологічним середовищем.

1. Опис мінералу мусковіт і породи андезит, глина, крейда

Мусковіт - мінерал з групи слюд, хімічний склад KAl2 (AlSi3O10) · (OH) 2. Кристали таблітчатиє моноклінної системи. Спайність по базису вельми досконала. Мусковіт легко розщеплюється на найтонші листочки, що обумовлюється його кристалічної структурою, складеною 3-шаровим пакетами з 2 аркушів кремені - і алюмокисневі тетраедрів, з'єднаних через шар, складений з октаедрів, у центрі яких розташовані іони Al, оточені 4 іонами кисню і 2 групами OH ; 1 / 3 октаедрів не заповнена іонами Al. Пакети з'єднані між собою іонами калію. Твердість за мінералогічною шкалою 2,5-3; щільність 2760-3100 кг/м3. Мусковіт зазвичай безбарвний, рідше ясно-бурого, блідо-зеленого та ін квітів; блиск скляний, на площинах спайності - перламутровий і сріблястий. Приховано-лускаті маси з шовковистим блиском називаються серициту. Широко поширений; є складовою частиною магматогенних, а також метаморфічних порід: гранітів і гранітних пегматитів, сієнітів, грейзенах, кристалічних сланців, гнейсів. У пегматитових жилах зустрічається у вигляді великих кристалів і скупчень до 1-2 м у поперечнику, що мають промислове значення. Найбільш важливе практичне властивість мусковіту полягає в його високих електроізоляційних якостях. У промисловості мусковіт застосовується у вигляді листової слюди (для ізоляторів, конденсаторів, телефонів і т. п.), слюдяного порошку (при виготовленні покрівельного толю, слюдяного картону, вогнетривких фарб тощо) і слюдяного фабриката (для електроізоляційних прокладок в електроприладах). Родовища в Росії - на Кольському півострові і в Східному Сибіру (Мамско, Канські); за кордоном - в Індії, в Малагасийской Республіці, Канаді, США, Бразилії.

Андезит - ефузивна гірська порода, темнофарбовані (темно-сіра, бура, чорна і т. д.). Структура порфірова або гіалопілітовая (в останньому випадку мікроліти нагадують повсть, просочений склом). Утворюється в результаті застигання на денній поверхні або поблизу неї лав вулканів, містять 56-60% кремнекислоти, багато магнію, кальцію і заліза. Мінеральний склад: Плагіоклаз, вкрапленнікі польових шпатів, рогової обманки, біотиту Колір: темно-сірий або майже чорний. Неполнокрісталліческая (порфірова), дрібнозернистий. Для основної маси характерна пілотаксітовая структура, утворена субпараллельно лейсти плагіоклазу. Текстура: Щільна або пориста, часто флюідальності. Питома вага: 2,5. Залягає у вулканічних потоках і екструзивних куполів. Столбчатая, у разі підводних виливів - подушкові. Ефузивний аналог кварцового діориту. Кайнотіпная (незмінена) порода. Андезити характерні для зрілих, енсіаліческіх острівних дуг і активних континентальних околиць андійських типу. Метаандезіти зустрічаються в постархейскіх зеленокам'яних поясах. Андезит - зазвичай свіжа порода, що складається з кристалів середнього плагіоклазу, андезин, піроксену і рідше магнетиту, рогової обманки і інших мінералів, занурених у скло. Андезит широко поширені в районах сучасного і древнього вулканізму (Камчатка, Кавказ, Середня Азія, Примор'я). Разом з базальтами складають головну масу ефузивних порід. Застосовується як кислотостойкий матеріал і для спеціальних облицювань. За складом темноцветних мінералів у вкрапленниках розрізняють авгітових, гіперстеновие, роговообманкові і біотитові андезити. Андезити пов'язані безперервними переходами з вулканічними породами близького складу - базальтами, дацитами, трахіту. Макроскопічно визначити вид вулканічної породи не завжди можливо. На відміну від базальтів для андезитів не характерні вкрапленнікі піроксену, досить рідко зустрічаються афіровие різниці. Як правило, вкрапленнікі в андезиту представлені плагіоклазом.

Глина - дрібнозерниста осадова гірська порода, пилоподібна в сухому стані, пластична при зволоженні. Глина - це вторинний продукт земної кори, осадова гірська порода, що утворилася в результаті руйнування скельних порід у процесі вивітрювання. Глина складається з одного або декількох мінералів групи каолініту (походить від назви місцевості Каолін у Китаї), монтморилоніту або інших шаруватих алюмосилікатів (глинисті мінерали), але може містити й піщані і карбонатні частинки. Як правило породоутворюючих мінералів в глині ​​є каолініт, його склад: 47% (мас) оксиду кремнію (IV) (SiO2), 39% оксиду алюмінію (Al2О3) і 14% води (Н20). Al2O3 і SiO2 - складають значну частину хімічного складу глиноутворюючих мінералів. Діаметр частинок глин менше 0,005 мм; породи, що складаються з більш великих часток, прийнято класифікувати як лес. Більшість глин - сірого кольору, але зустрічаються глини білого, червоного, жовтого, коричневого, синього, зеленого, лілового і навіть чорного кольорів. Забарвлення обумовлена ​​домішками іонів - хромофорів, в основному заліза в валентності 3 (червоний, жовтий колір) або 2 (зелений, синюватий). Основним джерелом глинистих порід служить польовий шпат, при розпаді якого під впливом атмосферних явищ утворюються каолініт і інші гідрати алюмінієвих силікатів. Деякі глини осадового походження утворюються в процесі місцевого накопичення згаданих мінералів, але більшість з них представляють собою наноси водних потоків, що випали на дно озер і морів. Розрізняють декілька різновидів глини. Кожна з них використовується по-своєму. Велику частину видобуваються і надходять у продаж глин складає каолін, який застосовується в целюлозно-паперовій промисловості та у виробництві фарфору і вогнетривких виробів. Другими за важливістю матеріалами є звичайна будівельна глина і глинистий сланець. Вогнетривка глина йде на виготовлення вогнетривкої цегли та інших жароміцних виробів.

Мел - біла гірська порода, м'яка і розсипчаста, складається майже виключно з найдрібніших зерен прихованокрісталлічеського мінералу кальциту (природного карбонату кальцію), що становить до 99% від загальної маси. Мел не розчиняється у воді. У складі крейди зазвичай знаходиться незначна домішка найдрібніших зерен кварцу і мікроскопічні псевдоморфози кальциту по викопних морських організмів (радіолярії і ін) Нерідко зустрічаються крупні скам'янілості крейдяного періоду: белемніти, амоніти і ін Його елементи відносяться до сімейства лужноземельних металів, які складають підгрупу періодичної системи елементів. Мел - необхідний компонент «крейдованого паперу», використовуваної в поліграфії для друку якісних ілюстрованих видань. Мелена крейда широко застосовується в якості дешевого матеріалу (пігменту) для побілки, фарбування парканів, стін, бордюрів, для захисту стовбурів дерев від сонячних опіків. Мел застосовують у лакофарбовій промисловості (білий пігмент), гумової, паперової, в цукровій промисловості - для очищення бурякового соку, для виробництва в'яжучих речовин (вапно, портландцемент), у скляній промисловості, для виробництва сірників. У цих випадках зазвичай використовують т. н. Мел осаджений, отриманий хімічним шляхом з кальційвмісних мінералів. Крейда використовується для напису на великих дошках для загального огляду (наприклад, у школах) (формований шкільний крейда на 40% складається з крейди (карбонат кальцію) і на 60% з гіпсу (сульфат кальцію)). При нестачі кальцію медичний крейда може бути прописаний як добавка до їжі. Мел так само використовують при рентгенівському обстеженні шлунку.

Таблиця 1 - Фізичні показники мінералу

1. Основні фізико-механічні властивості гірських порід, необхідних для проектування та будівництва. Умови утворення та будівельні властивості техногенних грунтових відкладів

Показники фізичних і механічних властивостей скельних і нескельних грунтів між собою досить значно різняться, особливо фізичні. Характеристики фізичних властивостей висловлюють фізичний стан грунтів (щільність, вологість тощо) і дозволяють їх класифікувати за типом, видом і різновидам. Під механічними увазі такі властивості, які з'являються в грунтах під впливом зовнішніх зусиль (тиску, удару). Основні фізико-механічні властивості гірських порід:

• Твердість характеризує здатність гірської породи чинити опір впровадженню в неї різця, пуансона або іншого індентора (твердого тіла). Твердість породи в цілому (агрегатна твердість) відрізняється від твердості складають її мінералів.

• Абразивність гірських порід - це особлива властивість порід, що виражається у здатності зношувати породоразрушающий інструмент в процесі буріння.

• Пружність гірських порід - здатність породи відновлювати первинну форму і об'єм після припинення дії зовнішніх зусиль.

• Крихкість гірських порід - здатність гірської породи руйнуватися без помітної пластичної деформації під впливом зовнішніх зусиль.

• Пластичність гірських порід - здатність породи необоротно змінювати, без порушення суцільності, свою форму і розміри під дією зовнішніх зусиль; найчастіше проявляється в умовах всебічного стиснення породи.

• Встановлено, що гірські породи, що володіють високими упругопластічнимі властивостями, разбурівается повільніше, ніж пружно-крихкі породи.

• Стійкість гірських порід - здатність породи тривалий час зберігати початковий стан при розтині її в масиві (при бурінні свердловин, проходки шахт та інших гірських виробок); залежить від умов залягання, характеру зв'язку між частинками породи, тріщинуватості і ступеня вивітрювання.

• Тріщинуватість гірських порід - сукупність в породі тріщин різного походження та різних розмірів. Наявність тріщинуватості зменшує міцність породи, але збільшує її абразивність.

• Вологоємність гірських порід - здатність породи утримувати ту чи іншу кількість вологи.

• Водопроникність гірських порід - здатність породи пропускати воду при наявності перепаду тисків.

• Водопоглинання гірських порід - здатність сухої породи вбирати воду при витримуванні її у воді при атмосферному тиску і кімнатній температурі; визначається як відношення різниці в масах свободнонасищенного і сухого зразка породи до маси сухого зразка.

• Зернистість гірських порід - сукупність розташування частинок у породі, які можуть різнитися за своєю внутрішньою будовою, формою або розміром. Розрізняються породи дрібно-, середньо-і грубозернисті.

• Каверхность гірських порід - наявність в породі порожнин (каверн).

• Сланцеватость гірських порід - складання гірських порід, що діляться на тонкі плоскі паралельні шари, плоскі плитки або платівки.

• Шаруватість гірських порід - повторювана в розрізі неоднорідність опадів: за складом, крупності зерна, забарвленні та інших особливостей.

Вологість гірських порід - ступінь насиченості водою (плівковою, капілярної, гравітаційної) пор, тріщин та інших порожнин у природних умовах. Така вологість називається природною вологістю. Вона виражається у відсотках за вагою до абсолютно сухої породі і визначається формулою:

Пористість гірської породи - відношення обсягу всіх порожнин у гірській породі до загального об'єму породи.

Щільністю породи називають відношення маси твердих частинок до їх об'єму.

Окрему групу становлять - техногенні відклади, створювані людиною (відвали гірських розробок, насипи, дамби тощо). За способом накопичення розрізняють такі види близькі до різних генетичних типів четвертинних відкладень. Відвали гірничих виробок багато в чому нагадують гравітаційні освіти і т.п.

4. Перерахувати методи визначення абсолютного і відносного віку порід. За даними таблиці № 4 і № 5. Назвати ери і періоди геологічної історії землі

Визначення відносного віку порід - це встановлення, які породи утворилися раніше, а які - пізніше.

Відносний вік осадових г.п. встановлюється за допомогою геолого-стратиграфічних (стратиграфічного, літологічного, тектонічного, геофізичних) і біостратиграфічних методів.

Абсолютна геохронологія встановлює вік гірських порід в одиницях часу. Визначення абсолютного віку необхідно для кореляції і зіставлення біостратиграфічних підрозділів різних ділянок Землі, а також встановлення віку ліщенних палеонтологічних залишків фанерозойських і долембрійскіх порід.

До методів визначення абсолютного віку порід відносяться методи ядерної (або ізотопної геохронології) і не радіологічні методи (Соляний метод, седиментаційних метод, біологічний метод, метод підрахунку верств стрічкових глин, що накопичуються на периферії танучих льодовиків)

Розроблена велика кількість радіоактивних методів визначення абсолютного віку: свинцевий, калієво-аргоновий, рубідіевим-стронцієвий, радіовуглецевий та інші (вище встановлений вік Землі 4,6 млрд. років не встановлений із застосуванням свинцевого методу).

Таблиця 2 - Ери і періоди геологічної історії

До ₂ - мезозойська ера, крейдяний період, верхньокрейдяними відділ.

О ₁ - Палеозойська ера, ордовикский період, нижнеордовикских відділ.

S ₂ - Палеозойська ера, силурийский період, верхньосилурійськими.

D ₁ - Палеозойська ера, девонський період, нижньодевонські відділ.

5. Описати сутність процесів внутрішньої динаміки землі (ендогенних процесів). Привести схему ступеневої скидання і підкидання. Показати залежність сили землетрусу від геоморфологічної будови ділянки, складу та обводіенності порід

1. Опис суті процесів внутрішньої динаміки землі (ендогенних процесів).

Ендогенними (внутрішніми) процесами називаються такі геологічні процеси, походження яких пов'язане з глибокими надрами Землі. Речовина земної кулі розвивається в усіх своїх частинах, в тому числі і в глибинних. У надрах Землі під зовнішніми її оболонками відбуваються складні фізико-механічні та фізико-хімічні перетворення речовини, в результаті яких виникають потужні сили, які впливають на земну кору і корінним чином змінюють останню. Ось ці-то перетворюють процеси і називаються ендогенними процесами. Найбільш виразно ендогенні процеси виражаються в явищах вулканізму, під якими розуміються процеси, пов'язані з переміщенням магми як у верхні шари земної кори, так і на її поверхню. Другим видом ендогенних процесів є землетруси, які у певних ділянках земної поверхні у вигляді короткочасних поштовхів або ударів.

Тектоніка плит - сучасна геологічна теорія про рух літосфери. Вона стверджує, що земна кора складається з відносно цілісних блоків - плит, які знаходяться в постійному русі один щодо одного. При цьому в зонах розширення (серединно-океанічних хребтах і континентальних рифтах) в результаті спредінга утворюється нова океанічна кора, а стара поглинається в зонах субдукції. Теорія пояснює землетрусу, вулканічну діяльність і горотворення, велика частина яких присвячена до кордонів плит.

Вертикальні рухи земної кори - рухи земної кори, що викликають переміщення земної поверхні в перпендикулярному напрямку до неї, тобто паралельному радіусу Землі (тому вони іноді ще називаються радіальними).

Магнетизм - форма взаємодії рухомих електричних зарядів, здійснювана на відстані за допомогою магнітного поля.

Метаморфізм - процес твердофазної мінеральної і структурної зміни гірських порід під впливом температури і тиску в присутності флюїду.

1. Показати залежність сили землетрусу від геоморфологічної будови ділянки, складу та обводіенності порід. Явища землетрусів, так само як і вулканізм, завжди вражали уяву людини. У тих випадках, коли поштовхи припадали на населені пункти, землетрусу приносили людству значні лиха: загибель багатьох людей, руйнування будівель і т.д. Одним з найяскравіших проявів внутрішніх сил є складчасті і розривні деформації земної кори. Ці явища, в більшості випадків недоступні безпосередньому спостереженню, добре закарбувалися в характері залягання осадових порід, що складають земну кору. Опади морів і океанів випадаючи з води, лягають зазвичай рівними горизонтальними пластами. Внаслідок ж складкоутворення ці горизонтально залягають пласти виявляються зібраними у різного виду складки, а іноді розірваними або насунутими один на одного.

Сейсмічність - статистичний розподіл інтенсивності землетрусу на виділеній території залежно від його повторюваності та наявності можливих вогнищ; вона встановлюється відомчими картами сейсмічного районування, а також сейсмічного мікрорайонування майданчиків будівництва.

Вплив складу порід пояснюється тим, що швидкість поширення землетрусу залежить від нього; у твердих породах швидкість набагато більше, ніж у рихлих. В могутній товщі пухких порід, наприклад наносів (алювій долин), хвиля слабшає і може навіть зовсім згаснути, але невелика товща, що лежить на твердих корінних породах, що не встигає пом'якшити удар, а підкидається на своїй підставі. У цих умовах руйнування буде сильніше, ніж прямо на корінних породах.

Обводіенності. Причина: маса води надає надмірне навантаження земної кори, а також відбувається зниження міцнісних властивостей гірських порід через проникнення по тріщинах води.

6. Описати сутність зовнішньої динаміки Землі (екзогенних процесів). Описати процес посадки лісу та обвалу, і можливі захисні заходи

Екзогенні процеси виникають в результаті взаємодії кам'яної оболонки з зовнішніми сферами: атмосферою, гідросферою і біосферою.

Екзогенні процеси в поділяються на три великі групи: процеси вивітрювання, процеси денудації і процеси акумуляції, або осадконакопичення.

Вивітрювання являє собою процес зміни (руйнування) гірських порід та мінералів внаслідок пристосування їх до умов земної поверхні. Воно полягає в зміні фізичних властивостей мінералів та гірських порід, головним чином зводиться до їх механічного руйнування, розпушуванню і зміни хімічних властивостей під впливом води, кисню і вуглекислого газу атмосфери і життєдіяльності організмів.

Денудація і акумуляція (або опадонакопичення) тісно взаємопов'язані. Під денудацією розуміється сукупність процесу зносу продуктів руйнування гірських порід, що створюються в основному вивітрюванням. Вона проявляється головним чином у межах суші і зводиться до переміщення роздробленого або хімічно розчиненого матеріалу з височин у депресії рельєфу - долини, улоговини, озерні і морські басейни. Головними її агентами є сила тяжіння, текучі води, вітер і рухомі льоди льодовиків. Денудація (від латинського слова «денудо» - відкриваю) призводить до руйнування цілих гірських систем, крок за кроком порівнюючи їх з землею і перетворюючи в рівнини.

Акумуляція - це сума всіх процесів накопичення опадів, що виникають у зниженнях рельєфу Землі за рахунок принесених денудацією продуктів вивітрювання. Вона є першою стадією утворення нових осадових гірських порід.

Посадка лісу - є найбільш поширеним в даний час способом створення насаджень, як при відновленні рубок, так і при розведенні лісу знову. Для посадки звичайно користуються цілими молодими рослинами, так зв. сіянцями і саджанцями, але деякі породи (верби, тополі) можна з успіхом розводити і посадка живців і колів, що представляють шматки гілок або стволиков. Для зручності робіт і для полегшення догляду за посадкою - висаджуються рослини розташовують правильними рядами. Відстань між рядами коливається, звичайно, в межах від 1 аршина до 1 саж. У ряді рослини мають більш густо, іноді на відстані до 1 фута. При відстані в 1 сажень, між рядами і між рослинами в рядах отримують квадратну Посадка при якій на десятину поміщається 2400 рослин; таке рідкісне розміщення застосовується лише при П. великих, перешколенних рослин. Основне захисне захід - ліс сприятливо впливає на - насипні спорудження при будівництві ж / д, оскільки запобігає їх руйнування.

Обвал - відрив і падіння великих мас гірських порід на крутих і обривистих схилах гір, річкових долин і морських узбереж. Обвали відбуваються в результаті ослаблення зв'язності (цілісності) гірських порід, головним чином під впливом процесів вивітрювання, діяльності поверхневих і підземних вод. Обсяг найбільшого обвалу - Усойского (1911) на річці Мургаб (Памір) склав близько 2,2 млрд. м ^3. У результаті цього обвалу утворилися природна гребля і Сарезьке озеро. Основне захисне захід - встановлення спеціалізованих укріплень запобігають обвал, так само його зміцнення.

7. Привести класифікацію підземних вод. Описати різні фази стану води в породах, а також умови залягання та утворення підземних вод

За умовами залягання виділяють три типи підземних вод:

• Верховодка називаються підземні води, що залягають поблизу поверхні землі і відрізняються непостійністю розповсюдження і дебіту. Зазвичай верховодка приурочена до лінз водотривких або слабко проникних гірських порід, що перекриваються водопроникними товщами. Верховодка займає обмежені території, це явище - тимчасове, і відбувається воно в період достатнього зволоження; в посушливий час голи верховодка зникає. Верховодка приурочена до першого від поверхні землі водотривкому пласту. У тих випадках, коли водотривкий пласт залягає поблизу поверхні або виходить на поверхню, в дощові сезони розвивається заболочування. До верховодка нерідко відносять грунтові води, або води грунтового шару. Грунтові води представлені майже зв'язаною водою. Крапельно-рідка вода в грунтах присутня тільки в період надмірного зволоження.

• Грунтові води - грунтовими називаються води, що залягають на першому водотривкому горизонті нижче верховодки. Зазвичай вони приурочені до витриманому водонепроникному пласту і характеризуються більш-менш постійним дебітом. Грунтові води можуть накопичуватися як у пухких пористих породах, так і в твердих тріщинуватих колекторах. Рівень грунтових вод являє собою нерівну поверхню, що повторює, як правило, нерівності рельєфу в згладженої формі: на височинах він нижчий, у знижених місцях - вище. Грунтові води переміщаються в бік пониження рельєфу. Рівень грунтових вод піддається постійним коливанням. Як зазначалося вище, на нього впливають різні чинники: кількість і якість випадаючих опадів, клімат, рельєф, наявність рослинного покриву, господарська діяльність людини та багато іншого. Грунтові води, що накопичуються в алювіальних відкладах - одне з джерел водопостачання. Вони використовуються як питна вода, для поливу. Виходи підземних вод на поверхню називаються джерелами, або ключами. Грунтові води укладена в пухких і в слабосцементірованних породах (вода пластового типу) чи заповнює тріщини в корі вивітрювання (вода тріщинного типу). Область живлення грунтових вод зазвичай збігається з областю її поширення. Для останніх характерні зональності широтна на рівнинних і вертикальна на високогірних областях. Режим грунтових вод формується під впливом фізико-геогрфіческіх факторів (клімату, рельєфу, поверхневих вод та ін.)

• Напірні, або артезіанські води. Напірними називають такі води, які знаходяться у водоносному шарі, укладеному між водотривкими шарами, і відчувають гідростатичний тиск, обумовлений різницею рівнів у місці харчування та виходу води на поверхню. Область харчування у артезіанських вод зазвичай лежить вище області стоку води і вище виходу напірних вод на поверхню Землі. Якщо в центрі такої чаші, або мульди, закласти артезіанську свердловину, то вода з неї буде витікати у вигляді фонтану за законом сполучених посудин. Розміри артезіанських басейнів бувають досить значними - до сотень і навіть тисячі кілометрів. Області живлення таких басейнів найчастіше значно віддалені від місць вилучення води. Так, воду, що випала у вигляді опадів на території Німеччини та Польщі, отримують в артезіанських свердловинах, пробурених в Москві, а в деяких оазисах Сахари одержують воду, що випала у вигляді опадів над Європою. Артезіанські води характеризуються сталістю дебіту і гарною якістю, що важливо для її практичного використання.

В даний час запропоновано наступний підрозділ видів води в породах:

• Вода у формі пари.

• Фізично зв'язана вода:

1) прочносвязанная (гігроскопічна) вода;

2) слабкозв'язаного (плівкова) вода.

• Вільна вода:

1) капілярна вода;

2) гравітаційна вода.

• Вода в твердому стані.

• Кристаллизационная вода і хімічно зв'язана вода.

8. Сформулювати основні закони фільтрації і витрати плоского потоку підземних вод. Назвати вимоги до питної води. Пояснити причини агресивності води до бетону та металу

Закон Дарсі (Анрі Дарсі, 1856) - закон фільтрації рідин і газів в пористому середовищі. Отримано експериментально. Висловлює залежність швидкості фільтрації флюїду від градієнта напору:

де: - Швидкість фільтрації, K - коефіцієнт фільтрації, - градієнт напору.

Закон Дарсі пов'язаний з декількома системами вимірювань. Середа з проникністю 1 Дарсі (Д) дозволяє протікати 1 см ³ / с рідини чи газу з в'язкістю 1 сп (мПа · с) під градієнтом тиску 1 атм / см, чинного на площу 1 см ². 1 міллідарсі (мД) дорівнює 0,001 Дарсі. У системі СІ, 1 Дарсі еквівалентний 9,869233 · 10-13м ² або 0,9869233 мкм ². Таке перетворення зазвичай апроксимується як 1 мкм ². Слід зауважити, що це число, протилежне до 1,013250 - коефіцієнт перетворення з атмосфер у бари.

Питна вода - це вода, яка призначена для споживання людьми та іншими істотами. Нижче наведено перелік нормативно-технічних документів, які регламентують якість питної води.

• СП 2.1.5.1059 «Гігієнічні вимоги до охорони підземних вод від забруднення»

• СанПіН 2.1.4.1074-01 «Питна вода. Гігієнічні вимоги до якості води централізованих систем питного водопостачання. Контроль якості »

• ГН 2.1.5.1315-03 «Гранично допустимі концентрації (ГДК) хімічних речовин у воді водних об'єктів господарсько-питного та культурно-побутового водокористування».

• ГН 2.1.5.2280-07 «Гранично допустимі концентрації (ГДК) хімічних речовин у воді водних об'єктів господарсько-питного та культурно-побутового водокористування. Доповнення та зміни № 1 до ГН 2.1.5.1315-03 ».

• ГН 2.1.5.2307-07 «Орієнтовні допустимі рівні (ОДР) хімічних речовин у воді водних об'єктів господарсько-питного та культурно-побутового водокористування».

• Питна вода повинна бути безпечна в епідемічному й радіаційному відношенні, нешкідлива за хімічним складом і мати сприятливі органолептичні властивості.

• Якість питної води повинна відповідати гігієнічним нормативам перед її надходженням у розподільну мережу, а також в точках водорозбору зовнішньої і внутрішньої водопровідної мережі.

• Безпека питної води в епідемічному відношенні визначається її відповідністю нормативам за мікробіологічними та паразитологічні показниками.

• Сприятливі органолептичні властивості води визначаються її відповідністю нормативам, а також нормативами вмісту речовин, що впливають на органолептичні властивості води.

• Не допускається присутність у питній воді помітних неозброєним оком водних організмів і поверхневої плівки.

• Радіаційна безпека питної води визначається її відповідністю нормативам за показниками загальної х - і Р-активності.

Агресивну дію води на бетон обумовлено капілярно-пористою структурою. Проникаюча в бетонні споруди знизу грунтова вода містить домішки солей: хлоридів, сульфатів і гідрокарбонатів. Кристалізуючись і гидратируясь в порах, солі багато разів збільшуються в обсязі, що веде в підсумку до деструкції матеріалу.

Грунтові води, мігруючи по капілярах стін, можуть вимивати водорозчинні солі з бетону, що містить хлориди і сульфати вже у вихідній сировині. Це призводить до подальшого розгалуження капілярно-пористої мережі і передчасного руйнування.

Вода проникає і зверху, з боку атмосферних опадів. Цей вплив крім механічних руйнувань, пов'язаних з процесами заморожування-розморожування, має ще й хімічні наслідки. Дощові потоки захоплюють з атмосфери велику кількість газоподібних про-виробничих викидів, таких як оксиди вуглецю, сірки, азоту та фосфору, таких як аміак, хлор та хлористий водень. Ці гази, розчиняючись частково у воді, перетворюють дощ у кислотний розчин, руйнівно діє на бетон. При цьому збільшується кількість пір, капілярів і мікротріщин, що є всі новими вогнищами агресії, і ступінь руйнування матеріалу істотно зростає. Крім того, вміст у повітрі кислотних оксидів сірки і азоту, а також хлористого водню здатне викликати зсув такого екологічного параметра атмосфери як вуглекислотне рівновагу. При цьому істотний-але підвищується вміст у повітрі вільної вуглекислоти, званої в такому випадку "агресивною". Агресивним вуглекислий газ є по відношенню до бетону, перетворюючи нерозчинний кальцит СаСО3 у водорозчинний гідрокарбонат кальцію Са (НСО _{3) 2:}

СаСО ₃ + СО ₂ + Н ₂ О = Са (НСО _{3) 2}

Де:

- Ca - кальцій, Co - кобальт, H ₂ O - вода

У результаті під дією дощу йде поступове вимивання розчинної солі.

Агресивну дію води до металів зумовлено обробкою води хлором або процесами коагуляції і флокуляції, що відбуваються у воді безпосередньо на станції водопідготовки. Агресивність може бути обумовлена ​​вмістом у воді кисню, хлору, карбонатів і бікарбонатів. Агресивність зменшується при зростанні рівня кислотності і жорсткості і зростає при підвищенні температури та зміст розчинених повітря і вуглекислого газу. Для будь-якого металу є деяка критична відносна вологість, нижче якої він не піддається атмосферної корозії. Для заліза, міді, нікелю, цинку вона становить 50-70%. Іноді для збереження виробів, що мають історичну цінність, їх температуру штучно підтримують вище точки роси. У закритих просторах (наприклад, в пакувальних коробках) вологість знижують за допомогою силікагелю або інших адсорбентів. Агресивність промислової атмосфери визначається, в основному продуктами згоряння палива. Зменшенню втрат від корозії сприяє запобігання кислотних дощів і усунення шкідливих газових викидів. Причиною корозії служить термодинамічна нестійкість конструкційних матеріалів до впливу речовин, що знаходяться в контактує з ними воді. Приклад (киснева корозія заліза в воді):

4Fe + 2Н ₂ О + ЗО ₂ = 2 (Fe ₂ O ₃ • Н ₂ О)

Де: Fe заліза, H ₂ O - вода, O - кисень, Fe ₂ O ₃ - оксиди заліза

Сонячна радіація - електромагнітне і корпускулярне випромінювання Сонця. Електромагнітна складова сонячної радіації поширюється зі швидкістю світла і проникає в земну атмосферу. До земної поверхні сонячна радіація доходить у вигляді прямої і розсіяної радіації. Всього Земля одержує від Сонця менше однієї двохмільярдний його випромінювання. Спектральний діапазон електромагнітного випромінювання Сонця дуже широкий - від радіохвиль до рентгенівських променів - проте максимум його інтенсивності припадає на видиму (жовто-зелену) частину спектру. Сонячна радіація сильно впливає на Землю тільки в денний час, безумовно - коли Сонце знаходиться над горизонтом. Також сонячна радіація дуже сильна поблизу полюсів, в період полярних днів, коли Сонце навіть опівночі знаходиться над горизонтом. Проте взимку в тих же місцях Сонці взагалі не піднімається над обрієм, і тому не впливає на регіон. Сонячна радіація не блокується хмарами, і тому все одно надходить на Землю (при безпосередньому перебуванні Сонця над горизонтом). Сонячна радіація - це поєднання яскраво-жовтого кольору Сонця і тепла, тепло проходить і крізь хмари. Сонячна радіація передається на Землю за допомогою випромінювання, а не методом теплопровідності.

9. Описати методи інженерно-геологічні дослідження

У всіх випадках дослідження повинні починатися зі збору наявних матеріалів про природні умови району (геологічну будову, гідрогеологічних умовах, кліматі, гідрології, грунтовому покрові, топографії). Інженерно-геологічні роботи зазвичай виконують у три етапи:

1) підготовчий;

2) польовий;

3) камеральний.

Цю роботу виконують в підготовчий період до початку польових робіт; вивчають матеріали, що зберігаються в геологічних фондах та інших організаціях, опубліковані праці, збирають дані про досвід будівництва і експлуатації аналогічних споруд у місцевих природних умовах. Ретельний збір та аналіз наявних матеріалів, додатковий у ряді випадків рекогносцирувальна обстеженням району, дозволяє цілеспрямовано скласти програму досліджень і значно скоротити обсяг їхніх робіт. Після проведення необхідних організаційно-господарських заходів вишукувальний загін і приступає до робіт (зйомка, бурові, геофізичні та інші роботи). Остаточна обробка польових матеріалів і результатів лабораторних аналізів проводиться в стаціонарних умовах протягом камерального періоду. Камеральна обробка матеріалів завершується складанням інженерно-геологічного та гідрогеологічного звітів. Обсяг виконуваних інженерно-геологічних досліджень буває різний.

Підготовчі роботи включають вивчення району за архівними, фондовим і літературним матеріалам. Здійснюється підготовка до польових робіт.

У польовий період проводять всі інженерно-геологічні роботи, передбачені проектом для даної ділянки:

- Інженерно-геологічна зйомка;

- Розвідувальні роботи та геофізичні дослідження;

- Досвідчені польові дослідження грунтів;

- Вивчення підземних вод;

- Аналіз досвіду місцевого будівництва і т. д.

Протягом камерального періоду роблять обробку польових матеріалів і результатів лабораторних аналізів, складають інженерно геологічний звіт з відповідними графічними додатками у вигляді карт, розрізів і. т.д.

Інженерно-геологічний звіт є підсумком інженерно-геологічних вишукувань. У загальному вигляді звіт складається з вступу, загальної та спеціальної частин, висновків та додатків. У вступі зазначають місце проведення вишукувальних робіт і пору року, виконавці та мета робіт. У загальній частині, в її окремих розділах дається опис:

- Рельєфу, клімату, населення, рослинності;

- Геології з додатком геологічних карт і розрізів;

- Карт необхідні для виконання робіт.

У спеціальних розділах велика увага приділяється грунтів і підземних вод. Грунти є основним об'єктом досліджень. Тому вказуються, які грунти, їх властивості, виражені в цифрах, що необхідно для визначення розрахункових характеристик, придатність грунту для будівництва об'єкта. Підземні види оцінюються в двох напрямках: як джерела водопостачання при будівництві та експлуатації об'єкта та як вони можуть перешкодити будівництву. У заключній частині звіту дається загальна інженерно-геологічна оцінка ділянки за придатністю для даного будівництва, вказуються найбільш прийнятні шляхи освоєння території, загострюється увага на питаннях охорони навколишнього середовища. Звіт обов'язково повинен мати програму, де дається різний графічний матеріал (карти, розрізи, колонки свердловин тощо), а також таблиці властивостей грунтів, хімічних аналізів води, каталог геологічних виробок та ін

Інженерно-геологічні ув'язнення. У практиці інженерно-геологічних досліджень дуже часто замість великих звітів доводитися складати інженерно-геологічні ув'язнення. Виділяється три види висновків:

1) за умовами будівництва об'єкта;

2) про причини деформації будівель споруд;

3) експертиза.

У першому випадку висновок носить характер інженерно-геологічного звіту. Такий висновок може бути виконано для будівництва окремого будинку.

Інженерно-геологічна експертиза проводиться, головним чином, за проектами великих споруд. Основою для експертизи є наявність спірних і суперечливих оцінок природних умов (у процесі вишукувань) або аварій споруд (у процесі їх експлуатації).

Експертиза силами великих спеціалістів встановлює:

- Правильність прийомів досліджень;

- Достатність обсягів робіт;

- Правомірність висновків і рекомендацій;

- Причини аварій і т.д.

Інженерно-геологічна зйомка представляє собою комплексне вивчення геології, гідрогеології, геоморфології та інших природно-історичних умов району будівництва. Ця робота дає можливість оцінити територію з будівельної точки зору. Масштаб інженерно-геологічної зйомки визначається детальністю інженерно-геологічних досліджень і коливається від 1:200000 до 1:10000 і крупніше. Основою для проведення зйомки служить геологічна карта даної території.

Геоморфологічні дослідження уточнюють характер рельєфу, його вік і походження. При геологічних роботах визначають умови залягання порід, їх потужність, вік, тектонічні особливості, ступінь вивітрілості і т. д. Для цієї мети вивчають природні оголення, що представляють собою виходи на поверхню шарів гірських порід на схилах гір, ярів, річкових долин. Для кожного шару записують найменування породи, забарвлення, склад, домішки, вимірюють видиму потужність і елементи залягання. На карті вказується місце знаходження оголення. Найбільш характерні для даного району оголення замальовують і фотографують.

Аерокосмічні методи. Для прискорення термінів знімальних робіт та підвищення їх якості використовують аерометоди, які особливо ефективні в районах, важкодоступних для наземного вивчення (заболочені низовини, пустелі і т. д.). Широке поширення в сучасних умовах отримали методи космічної зйомки, для яких розроблена спеціальна апаратура, методики дешифрування знімків, що дозволяють отримувати високоточну та достовірну інформацію.

Список літератури

1. Ананьєв В.П., Потапов А.Д. Інженерна геологія: Підручник для будівельних спеціальностей вузів - 5-е видання - М.: Вища школа, 2007 - 263 с.

2. Гальперін А.М., Зайцев В.С. Геологія: Ч. IV. Інженерна геологія: Підручник для вузів - 2009. - 556 с.

3. Каздим А.А. Техногенні відкладення стародавніх і сучасних урбанізованих територій - М.: Наука, 2006. - 158 с.

4. Пендіном В. В. Інженерна геодинаміка. (Інженерна геологія) Підручник для студентів Втузов .- Гриф МО. КДУ, 2007. - 440 с.

5. Платонов М.О., Основи інженерної геології: підручник - М.: ИНФРА, 2007. - 192с.