Основы общей геологии и гидрологии.

1. Схема строения земного шара и земной коры. Указать мощность оболочек геоида* и слоев коры.

Твердое тело Земли имеет три основные геосферы: ядро, промежуточную оболочку (мантию) и земную кору. Земная кора (литосфера) – верхняя твердая оболочка Земли ( толщиной 15…70 км. ) состоит из двух оболочек – верхней и нижней. Мощность верхней оболочки состоящей из двух слоев ( осадочный чехол и кристаллический фундамент ) – 15..40 км, мощность нижней – около 30 км. Однако мощность земной коры в разных частях земного шара не остается постоянной. Наибольшая мощность кора достигает на континентах, а под океанами мощность зем. коры не превышает 6..8 км. Далее идет мантия – промежуточная оболочка земли ( Толщина – ок. 2900 км ) Подразделяется верхнюю ( мощностью ок. 900 км. ) и нижнюю ( мощностью ок. 1900 км. ). И дальше – ядро. Делится на внешнее и внутренне. Первое из них ( Внешнее ядро ) начинается примерно на глубине 2900 км. и имеет мощность ок. 2100-2200 км. Внутренне ядро имеет радиус ок. 1200-1300 км.

*Геоид – тело, образованное поверхность океанов, мысленно продолженной под материками. От этой пов-ти в любой точке Земли отсчитываются так называемые высоты над уровнем моря.

2. На какие виды делятся горные породы по условиям образования? Методы определения возраста горных пород.

Магматические горные породы– Горные породы, образованные путем застывания огненно-дикой магмы. (Магма – вязкий по консистенции расплав сложного силикатного состава, обогащенный парами воды и различными газами).

Осадочные горные породы– Горные породы, образующиеся при осаждении и накоплении в той или иной среде ( водной, воздушной ) продуктов физ. или хим. разрушения ( выветривания ) исходных пород с последующим уплотнением и ( нередко ) цементацией осадка.

Метаморфические горные породы– Горные породы, образованные из пород магматического или осадочного происхождения под влиянием высокой температуры и давления и сопровождающих их химических процессов.

Методы определения возраста горных пород:

1. Стратиграфический. Метод исходит из вполне ясных и логичных представлений, что каждый пласт осадочных пород образовался раньше того пласта, который его перекрывает, то есть чем выше залегает в геологическом разрезе пласт, тем он моложе. Однако применять этот метод можно лишь при наличии горизонтально залегающих или слабо нарушенных пластов осадочных пород.

2. Палеонтологический.Метод позволяет установить относительный возраст пород и произвести их сопоставление в геологических разрезах, относящихся к разным районам или регионам. Установление производится по характеру обнаруживаемых в пластах различных органических остатков (окаменелые морские раковины, кости животных, отпечатки листьев и т.д.) При этом сходство найденной фауны и флоры рассматривается как указание на одновременность образования данных пластов, а различие, наоборот, - на возможную их разность в возрасте.

3. Дать схемы различных форм залегания магматических горных пород.

По происхождению и условиям образования и залегания магматические горные породы подразделяются на интрузивные (глубинные), эффузивные (излившиеся) и жильные.

Интрузивные породы образуются при силовом внедрении и остывании магмы в толще отложений горных пород земной коры без выхода на пов-ть земли.

Магма затвердевает, образуя различные по форме магматические тела: батолиты и лакколиты.

Батолит– значительный по площади (сотни тысяч км²) неправильных очертаний массив глубинных магматических пород, обнажающийся на пов-ти земли лишь в результате размыва покровной толщи. У батолитов отсутствует нижняя граница из-за большого углубления в земную кору.

Лакколит– выпуклые интрузии, обычно с плоской подошвой. В отличие от батолитов они образуются на значительно меньших глубинах от пов-ти земли и намного меньше по размерам (от сотен метров до нескольких км.). При внедрении магматических масс в толщу горных пород происходит раздвигание смежных слоев и их подъем.

Жильные образования связаны с заполнением магматических трещин, образующихся обычно в толще осадочных пород при внедрении магмы. Жилы подразделяются на пластовые и секущие. Большинство жильных интрузий являются секущими, т.е. пересекающими осадочные слоистые толщи под тем или иным углом. Реже встречаются пластовые жильные интрузии, приуроченные к контактам между слоями. Это интрузивные тела, залегающие между пластами горных пород. В отличие от жильных, занимают большие площади (сотни, тысячи км²) Жилы, ограниченные вертикальными стенками – дайки.

Эффузивные породы образуются при излиянии с последующим остыванием и затвердеванием магмы уже не в толще пород земной коры, а на пов-ти земли.

4. Стадии формирования обломочных осадочных горных пород и их разновидности.

Образование осадочных горных в общем случае происходит в четыре стадии:

1) Физическое и химическое разрушение (выветривание) исходных горных пород;

2) Перенос водой или воздухом продуктов разрушения в виде обломков пород различной крупности или раствора;

3) Отложение продуктов;

4) Формирование пород из рыхлого осадка (диагенез) под действием собственной массы осадков и различны физико-химических процессов, приводящих либо к цементации пород, либо к их выщелачиванию грунтовыми водами (эпигенез).

Разновидности обломочных осадочных горных пород:

Обломочные Зернистые (песок, щебень, галька)

Сцементированные (песчаники, конгломераты)

Обл. осад. гор. Породы Глинистые Мягкие (глины, суглинки, супеси)

Сцементированные (аргиллиты, алевролиты)

5. Схемы ненарушенного залегания осадочных горных пород.

Донные осадки в морях и озерах, представленные продуктами разрушениями горных пород или останками живых организмов, как правило, накапливаются в виде горизонтальных или почти горизонтальных слоев. Горизонтальное положение не меняется даже в том случае, если имеют место колебательные движения земной коры. Такое залегание пластов осадочных пород называется ненарушенным залеганием.

6. Схемы нарушенного залегания осадочных горных пород. Элементы пликативных и дизъюнктивных дислокаций.

Нарушенное залегание - Залегание, которое приобрели слои горных пород после своего образования под воздействием тектонических движений или под влиянием деятельности ледника, в результате оползней и т. д.

Нарушения в залегании осадочных горных пород подразделяют на две группы: нарушения без разрыва сплошности пластов (пликативные дислокации) и нарушения с разрывом сплошности слоев (дизъюнктивные дислокации).

Среди пликативных дислокаций наиболее простым видом является моноклинальное залегание – наклон слоев в одну сторону. Для определения положения пласта в пространстве необходимо знать элементы его залегания, т.е. простирание, падение и угол падения.

Простиранием пласта называется направление линии пересечения пласта с горизонтальной пло-тью. Положение линии простирания определяется горным компасом и выражается в градусах.

Падение пласта – линия, перпендикулярная линии простирания, указывающая направление падения пласта. Так же, как и линия простирания, положение линии падения относительно сторон света проще всего определяется в азимутах или румбах горным компасом.

Угол падения пласта – наклон пласта к горизонтальной плоскости. Если пласты пород стоят вертикально или близко к вертикальному положению, то говорят, что они поставлены на голову.

Складки – волнообразные изгибы пластов горных пород различной формы и величины. В общем случае различают два типа складок: синклинальные (расположенные выпуклостью вниз) и антиклинальные (расположенные выпуклостью вверх).

Дизъюнктивные дислокации.

Разрывные нарушения возникают в различных природных условиях и имеют самые разнообразные формы, однако наиболее часто встречаются сбросы и надвиги.

Сброс – разрывное нарушение, сопровождающееся более или менее вертикальным перемещением масс горных пород по пов-тям разрыва.

Надвиг – разрывное нарушение сопровождающееся надвиганием одной части горны пород на другую по пов-ти надвига.

7. Как образуются метаморфические горные породы и примеры их разновидностей.

Метаморфические горные породы- Горные породы, образованные из пород магматического или осадочного происхождения под влиянием высокой температуры и давления и сопровождающих их химических процессов.

Породы регионально гометаморфизма- это наиболее распространенный тип метаморфических пород. Обычно они обладают очень большой мощностью, значительной протяженностью и вследствие этого обусловливают однородность инженерно-геологической обстановки на обширных площадях. ( Гнейсы, кристаллические сланцы, слюдяные сланцы и т.д.)

Породы динамометаморфизма -Под динамометаморфизмом понимают изменение структуры породы под действием давления, чаще всего в результате проявления горообразовательных процессов без участия высоких температур и магмы. Наиболее распространенным типом пород динамометаморфизма в складчатых горных сооружениях являются глинистые сланцы – продукт различной степени метаморфизации глин. (Катаклазиты, милониты).

Породы контактного метаморфизма.Контактный метаморфизм проявляется на контакте магмы с вмещающими ее породами.

8. Как образуются органогенные осадочные породы? Их разновидности.

Органогенные (биохимические) осадочные породы. Образуются в результате жизнедеятельности тех или иных организмов. Органогенные породы подразделяются на зоогенные, происхождение которых связано с деятельностью организмов (большинство известняков, мел, мергель, фломиты, опока, трепел и др.), и фитогенные, образованные растительным веществом (ил, сапропель, торф, бурый и каменный уголь, антрациты и др.).

9. Какие разновидности осадочных пород относятся к химическим осадкам?

Химические осадочные породы представляют собой твердые осадки, выпавшие из концентрированных водных растворов солей, и являются продуктами физико-химического выветривания исходных горных пород. Породы этой группы образовались путем осаждения из морских и озерных соленых вод растворенных в них солей. К числу наиболее распространенных химических осадочных пород относят гипс (CaSO₄ • 2H₂O); ангидрит (безводный сернокислый кальций – CaSO₄); каменная соль, состоящая в основном из минерала – галита (хлористый натрий – NaCl).

10. Перечислить разновидности подземных вод и указать источники их происхождения.

К подземным относятся воды, которые находятся в порах, трещинах или пустотах, горных пород, обладающих способностью отдавать воду при ее откачке.

По своему происхождению подземные воды подразделяются на:

1) Остаточные – воды бывших морских водоемов. Эти воды находятся в морских донных осадках и сохраняются в них после отступления моря. Их отличительными особенностями являются повышенная минерализация (часто представляют собой рассолы) и залегание на очень больших глубинах.

2) Ювенильные – воды, проникающие в пов-ные горизонты земной коры из недр Земли в результате конденсации паров воды, выделяемых магмой. В чистом виде ювенильные воды не встречаются. Смешиваясь с пресными подземными водами, они дают начало минеральным водам, отличающимися повышенной температурой.

3) Инфильтрационные – эти воды образуются в результате инфильтрации (просачивания) выпадающих на пов-ть земли атмосферных осадков в глубь земной коры.

11. Грунтовые воды и их связь с атмосферными осадками, испарением, стоком, рельефом местности.

Грунтовыми водами называются воды первого от пов-ти земли постоянно существующего водоносного горизонта в различных водопроницаемых пористых породах (песок, гравий, галька).

Грунтовые воды имеют следующие особенности.

Во-первых, они безнапорны, т.е. имеют свободную пов-ть воды.

Во-вторых, область их питания за счет инфильтрующихся в грунт атмосферных осадков совпадает с областью их распространения. Этот фактор имеет важное практическое значение, особенно при проектировании дренажных устройств, как с точки зрения определения величины возможного понижения уровня грунтовых вод, так и с точки зрения расчета их водопропускной способности.

В-третьих, режим грунтовых вод зависит от географических условий местности, в первую очередь от метеорологических факторов. Поэтому колебания уровня грунтовых вод, их дебит и химический состав воды носят сезонный характер.

В-четвертых, грунтовые воды связаны с поверхностными водами, поскольку они либо питают пов-ные воды, либо, наоборот, питаются за счет инфильтрации в грунт пов-ых вод.

12. Напорные ( артезианские ) воды. Условия образования. Зоны питания и разгрузки.

Напорными, или артезианскими, называют напорные воды, приуроченные к водоносному пласту, залегающему между двумя водоупорными пластами. Артезианские бассейны обычно связаны с различного рода тектоническими структурами, но чаще всего с тектоническими впадинами платформ – синеклизами и разрывными нарушениями горных пород. Если вскрыть такой водоносный горизонт, пробурив скважину, то вода поднимется выше кровли пласта, а при большом напоре будет изливаться на пов-ть земли.

В каждом водоносном горизонте артезианского типа различают следующие элементы:

1) Область питания – зона, в пределах которой происходит инфильтрация атмосферных осадков в грунт. Просочившаяся вода идет на формирование или на пополнение запаса воды артезианского водоносного горизонта; часто артезианские воды формируются за счет грунтовых вод.

2) Область разгрузки, где артезианская вода выходит (изливается) на пов-ть земли в виде восходящих ключей.

13. Метаморфические горные породы. Виды метаморфизма. Условия преобразования горных пород( 7 вопрос).

Под действием высоких температур происходит перекристаллизация и обжиг пород. Высокие давления приводят к уплотнению пород, а если это направленное давление, то породы приобретают, кроме того, сланцеватую структуру.

14. Почему происходит сменяемость пластов в толще континентальных и морских отложений осадочных пород?

Сменяемость пластов континентальных отложений обусловливается преимущественно вековым или сезонным изменением климатической обстановки. Например, речные отложения изменяют свой вещественный состав в зависимости от гидрологического режима реки (половодье, межень)

Для морских отложений изменение условий осадконакопления и, следовательно, сменяемость пластов является следствием проявления главным образом колебательных движений земной коры, приводящих к многократной смене поднятия и опускания, т. е. к периодическим изменениям положения береговой линии.

15. Сейсмические явления. Чем обусловлены. Шкала бальности.

Землетрясения — подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами) или искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушением подземных полостей горных выработок).

Непосредственным источником колебаний, возникающих в очаге при тектонических землетрясениях, является механический процесс внезапного смещения земных масс под влиянием сил упругости при напряжениях, превышающих предел прочности пород. При этом тектонические напряжения накапливаются постепенно и постоянно, прерываясь внезапными изменениями в распределении сил в момент освобождения энергии, т.е. непосредственно в момент землетрясения. Эта энергия в форме упругих волн распространяется во все стороны от разрыва (очага землетрясения), достигает пов-ти земли, где ощущается в форме подземного толчка или колебаний почвы.

Землетрясение:

В 1 балл – неощутимое. Сотрясения почвы обнаруживаются и регистрируются только сейсмографами.

В 2 балла – едва ощутимое. Колебания ощущаются только отдельными людьми, находящимися в покое внутри помещений, особенно на верхних этажах.

В 3 балла – слабое. Ощущается немногими людьми, находящимися внутри помещений; под открытым небом – только в благоприятных условиях.

В 4 балла – заметное. Ощущается внутри зданий многими людьми, под открытым небом – немногими. Спящие просыпаются, но никто не пугается.

В 5 баллов – пробуждение. Ощущается всеми внутри здании, немногими под открытым небом. Висячие предметы сильно качаются.

В 6 баллов – испуг. Ощущается всеми независимо от места. Немногие люди теряют равновесие. В некоторых случаях может разбиться посуда и другие стеклянные изделия, падают книги.

В 7 баллов – повреждение зданий. Большинство людей испуганы и выбегают из зданий. Не могут устоять на ногах

В 8 баллов – сильные повреждения зданий. Общий испуг, паника. Испытывают беспокойство водители. Часть висячих ламп повреждается.

В 9 баллов – повсеместное повреждение зданий. Всеобщая паника, сильные повреждения мебели. Животные мечутся и кричат.

В 10 баллов – всеобщее разрушение зданий.

В 11 баллов – катастрофа.

В 12 баллов – изменение рельефа местности.

16. Виды тектонических движений Земной коры.

Под тектоническими явлениями подразумеваются всякого рода перемещения материала земной коры, вызванные внутренними (эндогенными) силами, возникающими в недрах Земли. Такого рода перемещения земной коры, приводящие к ее деформации и изменению ее строения, называются тектоническими движениями.

Различают два основных вида тектонических движений:

1) Радиальные перемещения – это поднятия или опускания (погружения) отдельных участков земной коры. Радиальные перемещения захватывают в первую очередь наиболее жесткие участки земной коры, которыми являются континентальные плиты, или платформы.

2) Тангенциальные перемещения в отличие от радиальных представляют собой горизонтальные движения отдельных участков земной коры, развивающиеся по касательной к пов-ти земного шара. Т. Перемещения обычно связаны с процессами растяжения или сжатия земной коры. В первом случае деформации сопровождаются разрывами земной коры (разрывание движения), во втором – происходит ее смятие. Смятие земной коры приводит, в свою очередь, к сладкообразованию.

17. Формы и элементы ненарушенного залегания осадочных горных пород. Почему происходит сменяемость пластов в толще континентальных и морских отложений осадочных пород?

Часть толщи или пласта, выделившаяся вследствие изменившихся условий отложения осадка и ограниченная снизу и сверху пов-тью осаждения или размыва, называется слоем. Если слой имеет более или менее постоянную мощность и занимает сравнительно большую площадь, то он называется пластом. Комплекс слоев или один слой более или менее значительной мощности формирует толщу пород. Если в слое горной породы проходит тонкий слой другой породы, то он называется прослоем, или пропластком. Если слой или прослоек уменьшает свою толщину в ту или другую стороны, вплоть до полного исчезновения, то это явление называется выклиниванием. Если слой выклинивается в обе стороны на сравнительно небольшом расстоянии, то он называется линзой.

Сменяемость пластов континентальных отложений обусловливается преимущественно вековым или сезонным изменением климатической обстановки. Например, речные отложения изменяют свой вещественный состав в зависимости от гидрологического режима реки (половодье, межень)

18. Условия формирования нарушенного залегания осадочных горных пород. Схемы пликативных и дизъюнктивных дислокаций.

Под влиянием глубинных процессов происходят колебательные, складчатые и разрывные движения земной коры. Вследствие колебательных движений нарушается горизонтальное положение пластов осадочных горных пород.

Дизъюнктивные дислокации.

19. Общие сведения о строении земного шара и Земной коры.

Твердое тело Земли имеет три основные геосферы: ядро, промежуточную оболочку (мантию) и земную кору. Земная кора (литосфера) (верхняя, нижняя), мантия (верхняя, нижняя), ядро (внешнее, внутреннее).

20. Горные породы и их главнейшие типы по условиям образования(2 вопрос).

Горные породы представляют собой плотные или рыхлые, слагающие земную кору агрегаты тех или иных минералов, а также обломков других пород. Горные породы подразделяются на:

Магматические горные породы – Горные породы, образованные путем застывания огненно-дикой магмы. (Магма – вязкий по консистенции расплав сложного силикатного состава, обогащенный парами воды и различными газами).

Осадочные горные породы – Горные породы, образующиеся при осаждении и накоплении в той или иной среде ( водной, воздушной ) продуктов физ. или хим. разрушения ( выветривания ) исходных пород с последующим уплотнением и ( нередко ) цементацией осадка.

Метаморфические горные породы – Горные породы, образованные из пород магматического или осадочного происхождения под влиянием высокой температуры и давления и сопровождающих их химических процессов.

21. Магматические горные породы. Условия образования, формы залегания. Классификация по условия остывания и содержанию SiO₂. Примеры.

Магма затвердевает, образуя различные по форме магматические тела: батолиты и лакколиты.

Происходит раздвигание смежных слоев и их подъем.

В зависимости от скорости остывания магмы и условий выделения из ней газов образуются пористая, стекловатая и порфировая структуры эффузивных пород. Примеры некоторых магматических пород с учетом разделения их на интрузивные и эффузивные разновидности.

Граниты – интрузивные породы полнокристаллической структуры.

Липариты – эффузивные аналоги гранитов. Структура пород – порфировая.

Обсидиан ( вулканическое стекло) – стекловидная порода с раковистым изломом серого ( до черного ) и бурого цветов. Эффузивный аналог гранитов.

Сиениты – интрузивные породы. По внешнему виду они напоминают гранит, но в изломе отсутствуют зерна кварца, хорошо просматриваются цветные минералы (роговая обманка, авгит, биотит) и полевой шпат.

И прочие породы.

22. Сейсмические явления. Область распространения. Чем определяется сила землетрясения.

Разрушительная сила землетрясений зависит от кол-ва освобождаемой энергии и глубины расположения очага. Очаги землетрясений, как правило, залегают до глубины 700 км от пов-ти земли. Все землетрясения по глубине очагов подразделяются на нормальные (с глубиной очага до 70 км), промежуточные (с глубиной очага от 70 до 300 км) и глубокие, или глубокофокусные (с глубиной очага более 300 км.)

Интенсивность (силу) землетрясений принято выражать в баллах. Для этого сначала использовалась 10-балльная шкала Росси–Фореля, а затем 12-балльная шкала Меркалли-Канканьи–Зиберга. Так же для более объективно оценки силового воздействия сейсмической волны на инженерные сооружения используются данные показателей сейсмографов (Применяя уже известную шкалу Рихтера (1-9.5) которая снимает показатели с сейсмографоф и определяет силу землетрясения в магнитудах) и акселерометров, измеряющих соответственно сейсмические колебания и ускорения.

23. Геохронология. Методы определения возраста горных пород.

Термин «геохронология», принятый в геологии, используется для обозначения времени и последовательности тех или иных событий в жизни Земли, а также процессов образования горных пород различного возраста, слагающих земную кору. Различают относительную и абсолютную геохронологию.

Относительная геохронология – определение относительного возраста горных пород.

Абсолютная – определение истинной продолжительности отдельных периодов и эпох а жизни Земли, а также ее геологического возраста в целом.

Методы определения возраста горных пород (2 вопрос):

24. Виды тектонических движений и их роль в образовании осадочных и метаморфических горных пород ( морских и континентальных ).

Различают два основных вида тектонических движений:

Формирование осадочных горных пород — сложный природный процесс, происходящий в различных условиях, которые определяются разнообразными факторами и силами земной и космической природы. Среди них ведущую роль играют тектонические процессы.

Тектонические колебательные движения способствуют трансгрессии и регрессии морских водоемов и, следовательно, перемещение береговых линий. Это отражается на составе и строении отлагающихся осадков. В общем случае регрессия сопровождается укрупнением размера обломочных частиц, трансгрессия ведет к накоплению более тонкозернистых осадков. В ряде случаев в результате регрессии могут образоваться обширные мелководные водоемы, имеющие ограниченную связь с открытым морем. В условиях жаркого засушливого климата соленость вод таких бассейнов существенно возрастает, что может вызвать осаждение различных солей.

Вследствие тектонических движений изменяются положение областей сноса осадочного материала на континентах, рельеф поверхности, скорость течения рек и временных потоков, что сказывается на минеральном составе и размере обломочного материала. Тектонические колебательные движения являются одной из основных причин слоистого строения осадочных толщ и периодичности осадконакопления, что выражается в неоднократной повторяемости в геологическом разрезе слоев пород одинакового или близкого литологического состава.

При погружении больших территорий на глубину под воздействием тектонических процессов проявляется региональный метаморфизм регионально на больших площадях в подвижных частях земной коры.

25. Осадочные горные породы. Стадии и условия (фации) образования. Разновидности. Роль тектонических процессов.

Образование осадочных горных в общем случае происходит в четыре стадии:

1) Физическое и химическое разрушение (выветривание) исходных горных пород;

2) Перенос водой или воздухом продуктов разрушения в виде обломков пород различной крупности или раствора;

3) Отложение продуктов;

Совокупность природных условий, при которых происходило образование породы, определяется той или иной фацией (морской, лагунной, континентальной и др.). Осадочные породы могут быть морского или континентального происхождения.

Осадочные горные породы делятся на: обломочные горные породы, органогенные (биохимические) и химические осадочные породы.

Формирование осадочных горных пород — сложный природный процесс, происходящий в различных условиях, которые определяются разнообразными факторами и силами земной и космической природы. Среди них ведущую роль играют тектонические процессы.

26. Трещиноватость горных пород. Классификация трещин.

Трещиноватость - свойство горных пород, нарушенность монолитности породы трещинами; этим термином также называется совокупность трещин в породном массиве любого происхождения, всех размеров и направлений.

Трещины могут быть заполнены трещинными водами (грунтовыми безнапорными или напорными, что может быть опасно для горняков), газами (к примеру, метаном или углекислым газом, что также потенциально опасно), разными минеральными и органическими веществами.

Трещины разделяют на закрытые (с плотно сомкнутыми стенками) и открытые.

Существует классификация трещин на:

- Чрезвычайно трещиноватые (мелкоблочные)

- Сильнотрещиноватые (среднеблочные)

- Среднетрещиноватые (крупноблочные)

- Малотрещиноватые (весьма крупноблочные)

- Практически монолитные (исключительно крупноблочные)

27. Континентальные отложения. Их разновидности.

Континентальные отложения - отложения, образующиеся на суше, включая и внутриматериковые водоёмы (озёра, реки).

Континентальные отложения различают собственно на наземные (субаэральные), подводные (субаквальные, в пределах водоемов суши) и подледные (субгляциальные) континентальные отложения.

Инженерное грунтоведение.

1. Какие показатели характеризуют состав грунтов?

Основными показателями состава дисперсных грунтов являются:

· Петрографический, минералогический и химический составы;

· Гранулометрический состав;

· Плотность частиц грунта;

· Показатели пластичности (для связных грунтов): предел текучести (граница текучести), предел пластичности (граница раскатывания), число пластичности.

2. Какие характеристики относятся к показателям состояния грунтов?

К основным показателям состояния дисперсных грунтов относятся:

· Влажность;

· Пористость;

· Коэффициент пористости;

· Плотность сухого и влажного грунта;

· Показатель консистенции глинистых пород.

3. Какими методами определяется гранулометрический состав грунтов и условия их применения.

Методы, применяемые для определения гранулометрического состава, подразделяют на прямые (ситовой, пипеточный и т.д.) и косвенные (визуальный и ареометрический).

Прямые методы позволяют непосредственно выделять необходимые фракции, определять их массу и процентное содержание в грунте.

Косвенные методыоснованы на изучении некоторых свойств исследуемых грунтов, по изменению которых можно судить о содержании в породе тех или иных фракций.

Ситовой метод используют для определения гранулометрического состава песчано-гравелистых грунтов (с размером частиц более 0,1 мм).

Пипеточный метод используют главным образом для определения гранулометрического состава глинистых пород.

Ареометрический метод используется для определения гранулометрического состава грунтов, содержащих фракции диаметром менее 0,25 мм, и основан на измерении плотности суспензии в процессе ее отстаивания.

Метод Рутковского дает приближенное представление о гранулометрическом составе и часто используется в полевых условиях.

В основе метода лежат:

· Способность глинистых частиц набухать в воде;

· Различная скорость падения частиц в воде в зависимости от их размера (на основе формулы Стокса).( где r – радиус частиц, см; _s – плотность частиц, г/см³; _w–плотность воды, г/см³; g – ускорение свободного падения, см/с²; – коэффициент вязкости воды.)

4. Показатели состояния грунтов. Методы их определения.

К основным показателям состояния дисперсных грунтов относятся:

· Влажность; (6 вопрос)

· Пористость; (10 вопрос)

· Коэффициент пористости; (10 вопрос)

· Плотность сухого и влажного грунта; (19 вопрос)

· Показатель консистенции глинистых пород.

5. Схема (?) определения капиллярных явлений в грунтах. Физическая их природа и влияние гранулометрического состава на высоту капиллярного поднятия.

Грунты обладают способностью поднимать воду по капиллярным порам снизу вверх вследствие воздействия капиллярных сил, которые возникают на границах раздела различных компонентов грунта.

Капиллярные свойства грунтов обычно характеризуются максимальной величиной капиллярного поднятия и скоростью капиллярного поднятия.

Высота и скорость капиллярного поднятия сильно зависят от гранулометрического состава грунтов, поскольку он в первую очередь определяет размер и характер пор. С возрастанием дисперсности грунтов размер пор в них уменьшается, а в соответствии с этим увеличивается высота капиллярного поднятия и, наоборот, уменьшается скорость подъема воды. Эти капиллярные свойства грунта связаны между собой обратной зависимостью.

6. Метод определения и расчета влажности грунтов. Характерные влажности. Зачем определяются.

Влажность грунта– это отношение массы воды m_в,заключенной в порах грунта, к массе сухого грунта m_ск

W = m_В/m_скиногда ее выражают в процентах.

Влажность грунтов в лаборатории принято определять высушиванием образцов до постоянной массы при температуре 105..107 градусов. Влажность грунтов может изменяться от нескольких процентов для скальных грунтов до сотен процентов для илов или торфов.

В полевых условия природную влажность (без отбора образцов) можно определить с помощью нейтронного влагометра.

Пластичность – способность грунта под внешним воздействием изменять форму без разрушения или разрыва сплошности и сохранять приданную ему форму после устранения действия внешней силы. Влажности, ограничивающие интервал появления пластических свойств грунтов, называют пределами пластичности, или характерными влажностями. Они нужны для определения числа пластичности грунтов.

7. Плотность грунтов. Методы определения плотности сыпучих и связных грунтов.

Плотностью грунта называют массу единицы объема грунта в его природном состоянии, т.е. ненарушенной структуры с естественной пористостью и влажностью. Она численно равна отношению массы грунта m_гр к его объему V_гр.

= m_гр/ V_гр.

Для связного (глинистого) грунта применяют методы режущего кольца и гидростатического взвешивания. Последний метод используется в тех случаях, когда нельзя изготовить образцы правильной геометрической формы, а образцы глинистого грунта перед взвешиванием в воде парафинируют.

Плотность сыпучих грунтов нарушенной структуры определяется в двух состояниях: рыхлом и плотном, что необходимо для оценки их строительных свойств и состояния.

8. Схема определения коэффициента фильтрации грунтов. От чего он зависит?

Коэффициент фильтрации К_Ф характеризует способность грунта пропускать воду, т.е. его водопроницаемость, и представляет собой скорость движения потока воды в грунте при единичном градиенте напора.

Определение коэффициента фильтрации проводится при трех различных, но постоянных значениях гидравлического градиента в трубке Каменского по методу Дарси.

В трубку с песчаным грунтов наливают воду до определенного уровня h_i, который затем поддерживают постоянным в течение 2…3 мин, подливая воду из мерного цилиндра, что позволяет определить объем профильтровавшейся воды за отрезов времени. На основе полученных данных определяют значение коэффициента фильтрации по формуле Дарси

К_Ф = Q/FI

Где К_Ф– коэффициент фильтрации, см/с;

Q – количество воды, профильтровавшейся за единицу времени, см³/с, т.е. Q= V/t;

F – площадь сечения трубки, см²;

I – напорный (гидравлический) градиент, равный отношению разности напоров к длине пути фильтрации, т.е. I = (h₁-h₂)/L

Величина К_Ф зависит от гранулометрического состава, структуры и пористости грунта, формы грунтовых частиц (т.е. их окатанности), температуры воды и содержания в ней растворенных веществ, в том числе и воздуха (газов).

9. Как определяется число пластичности грунта и как они классифицируются по этому показателю?

Интервал влажности между пределами пластичности характеризуется числом пластичности и используется как классификационный показатель грунта: I_P = W_L – W_P.

Для определения наименования глинистого грунта используют следующую классификацию:

Разновидность глинистых грунтов Число пластичности

Супесь 1…7

Суглинок 7…17

Глина >17

10. Что такое пористость и коэффициент пористости? Как эти характеристики определяются?

Между твердыми частицами грунта в результате их неплотного прилегания одна к другой образуются промежутки различной величины, которые называются порами. Поры могут быть заполнены воздухом или водой.

Пористостью грунта n называют отношение объема пустот (пор) в грунте к общему объему грунта, выраженное в процентах или в долях единицы,

n = V_пор/V_грунта

Вычисление пористости грунта производится по данным определения плотности частиц грунта и плотности сухого грунта.

n = _s – _d/ _s

Часто пористость грунта характеризуют отношением объема пор к объему, занимаемому твердой фазой (скелетом) грунта. Эта величина называется коэффициентом пористости, или приведенной пористостью

е = V_пор/V_грунта

Коэффициент пористости может быть вычислен по плотности частиц грунта _s и плотности сухого _d (_ск) грунта

е = _s – _d/ _d

11. Метод определения коэффициента фильтрации грунтов.

К_Ф = Q/FI

Где К_Ф– коэффициент фильтрации, см/с;

Q – количество воды, профильтровавшейся за единицу времени, см³/с, т.е. Q= V/t;

F – площадь сечения трубки, см²;

12. Гранулометрический состав грунтов. Методы определения. Назначение.

Гранулометрический состав характеризует содержание в грунте частиц (фракций) определенных размеров, взятых по отношению к массе абсолютно сухой породы в процентах. Размер фракций, слагающих тот или иной грунт, выражают обычно в миллиметрах.

Методы, применяемые для определения гранулометрического состава, подразделяют на прямые (ситовой, пипеточный и т.д.) и косвенные (визуальный и ареометрический).

Прямые методы позволяют непосредственно выделять необходимые фракции, определять их массу и процентное содержание в грунте.

Косвенные методыоснованы на изучении некоторых свойств исследуемых грунтов, по изменению которых можно судить о содержании в породе тех или иных фракций.

Ситовой метод используют для определения гранулометрического состава песчано-гравелистых грунтов (с размером частиц более 0,1 мм).Суть ситового метода состоит в разделении средней пробы на фракции с помощью набора сит с различным диаметром ячеек – от 10 до 0,1 мм.

Пипеточный метод используют главным образом для определения гранулометрического состава глинистых пород. Этим методом с достаточной точностью определяют содержание в породе фракций диаметром менее 0,1 мм. При наличии в грунте более крупных частиц пипеточный метод применяется в комбинации с ситовым методом.

Ареометрический метод используется для определения гранулометрического состава грунтов, содержащих фракции диаметром менее 0,25 мм, и основан на измерении плотности суспензии в процессе ее отстаивания. Так, если во взмученную суспензию опустить ареометр, то в процессе отстаивания плотность ее будет изменяться (в связи с выпадением из неё частиц грунта) и ареометр будет погружаться в суспензию. Через определенные отрезки времени снимаем отсчеты по глубине погружения ареометра и далее рассчитываем содержание каждой фракции, меньшей 0,25 мм.

Метод Рутковского дает приближенное представление о гранулометрическом составе и часто используется в полевых условиях.

В основе метода лежат:

· Способность глинистых частиц набухать в воде;

· Различная скорость падения частиц в воде в зависимости от их размера (на основе формулы Стокса).

При производстве массовых определений гранулометрического состава грунтов в полевых условиях часто выделяют только три основные группы фракций: глинистую (по набуханию), песчаную (по скорости падения частиц в воде) и пылеватую (вычитая из 100% суммарное содержание глинистых и песчаных частиц в процентах).

13. Приведите примеры показателей и состава и состояния грунтов.(?)

Основными показателями состава дисперсных грунтов являются:

· Петрографический, минералогический и химический составы;

· Гранулометрический состав;

· Плотность частиц грунта;

· Показатели пластичности (для связных грунтов): предел текучести (граница текучести), предел пластичности (граница раскатывания), число пластичности.

К основным показателям состояния дисперсных грунтов относятся:

· Влажность;

· Пористость;

· Коэффициент пористости;

· Удельный вес сухого и влажного грунта плотность;

· Показатель консистенции глинистых пород.

Примеры (?)

14. Определение оптимальной влажности ( W_опт ) и максимальной плотности ( _dmax) методом стандартного уплотнения.

Оптимальной влажностью W_опт называется влажность, при которой достигается наибольшая плотность сухого грунта при затрате стандартной работы на уплотнение, а достигнутая при этом плотность _dmax называется максимальной плотностью грунта. В лабораторных условиях определение W_опти соответствующей ей _dmax производят на приборе стандартного уплотнения.

Метод заключается в последовательном уплотнении в приборе стандартного уплотнения (СоюздорНИИ) при одинаковых условиях пробы грунта с постоянным увеличением его влажности.

Испытания грунта на уплотнение с наращиванием влажности проводят до тех пор, пока плотность сухого грунта _d не станет уменьшаться. По полученным при каждом уплотнении значениям _d и W_i строят график _d = (W_i).

За максимальную плотность грунта _dmax принимают наибольшее значение _d, а за оптимальную влажность W_опт – влажность, соответствующую максимальной плотности сухого грунта.

15. Показатели состава грунтов. Их характеристика. Методы определения.(4 вопрос)

16. Капиллярные явления в грунтах. Метод определения. Физическая природа. Величина поднятия в различных грунтах.

Поднятие воды в грунте по капиллярам можно представить как результат действия подъемной силы вогнутых менисков, которая по формуле Лапласа выражается как:

Q= 2a/R где a – поверхностное натяжение жидкости;

R – радиус кривизны мениска, который связан прямой зависимостью с диаметром капилляра

R = d/2cos;

d, r – соответственно диаметр и радиус капилляра;

– краевой угол смачивания.

17. Число пластичности. Классификация грунтов по числу пластичности. Показатель консистенции глинистого грунта.

Влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее, называют верхним пределом пластичности или границей текучести. В текучем состоянии грунт может рассматриваться как тяжелая вязкая жидкость.

Влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в твердое, называют нижним пределом пластичности или границей раскатывания. В твердом состоянии изменение формы грунта сопровождается появлением в нем разрывов.

Определение границы текучести W_L производится методом балансирного конуса, а границы раскатывания W_P – путем раскатывания грунтового теста в жгут.

Интервал влажности между пределами пластичности характеризуется числом пластичности и используется как классификационный показатель грунта: I_P = W_L – W_P.

Для определения наименования глинистого грунта используют следующую классификацию:

Разновидность глинистых грунтов	Число пластичности
Супесь	1…7
Суглинок	7…17
Глина	>17

Для определения состояния глинистых грунтов вычисляют показатель консистенции

I_L = W – W_P/W_L - W_P

Где W – природная влажность грунта.

18. Влажность грунтов. Метод определения. Характерные влажности. Показатель консистенции глинистого грунта.

Влажность грунта– это отношение массы воды m_в,заключенной в порах грунта, к массе сухого грунта m_ск

W = m_В/m_скиногда ее выражают в процентах.

Для определения состояния глинистых грунтов вычисляют показатель консистенции

I_L = W – W_P/W_L - W_P

Где W – природная влажность грунта.

19. Плотность частиц грунта, влажного грунта, сухого грунта.

Плотность частиц грунта _sпредставляет собой отношение массы твердой части сухого грунта m_s (исключая массу воды в его порах) к его объему V_s: _s= m_s/V_s.

Плотность влажного грунта _w представляет собой отношение массы влажного грунта m_w к его объему V_w: _w = m_w/V_w.

Плотность сухого грунта _dпредставляет собой отношение массы сухого грунта m_d (исключая массу воды в его порах) к занимаемому этим грунтов объему, который включает в себя объем имеющихся в этом грунте пор: _d = m_d/V_w.

20. Коэффициент водонасыщения. Классификация грунтов по степени водонасыщения.

Для характеристики физического состояния породы знания одной природной влажности недостаточно, необходимо еще установить степень заполнения пор грунта водой, т.е. коэффициент водонасыщения.

Коэффициент водонасыщения обычно определяют по выражению

S_r= W/W_sat,

Где W – природная влажность грунта;

W_sat – предельная влажность грунта, возможна при данной его пористости (т.е. полная влагоемкость грунта).

Коэффициент водонасыщения чаще всего вычисляют по формуле

S_r=_sW/e_W

Где W – влажность грунта в долях единицы;

_s – плотность частиц грунта;

e – коэффициент пористости грунта;

_W – плотность воды.

В зависимости от величины S_r грунты подразделяют на:

Разновидность грунтов	Коэффициент водонасыщения S_r, доля ед.
Малой степени водонасыщения	0…0,5
Средней степени водонасыщения	0,5…0,8
Насыщенные водой	0,8…1,0

21. Капиллярные явления в грунтах. Физическая природа и значение в дорожном строительстве. Величина поднятия в различных грунтах. Метод определения.(16 вопрос, лабораторный практикум стр 17-20).