Конспект лек Инженерная геология. Конспекты лекций по дисциплине инженерная геология
 Скачать 0.74 Mb.
|
ЛЕКЦИЯ -3: ГОРНЫЕ ПОРОДЫГорные породы представляют собой природные минеральные агрегаты, которые «рождаются» в земной коре. Каждой породе свойственно известное постоянство химического и минерального состава, структуры, а иногда и условий залегания в земной коре. Горные породы чаще всего полиминеральны. В отдельных случаях они могут состоять из одного минерала (кварцит из кварца, мрамор из кальцита). Горные породы не имеют химических формул. Их состав оценивается валовым химическим анализом, например, химический состав базальта: SiO2 – 49-52%; Al2O3 – 10-14%; Fe2O3 – 4-14%; CaO – 8-10% и т.д. Сейчас в земной коре установлено около 1000 горных пород. По своему происхождению их длят на три типа: магматические, осадочные и метаморфические. В земной коре магматические и метаморфические породы занимают 95% от общей ее массы. Осадочные породы располагаются непосредственно на поверхности Земли, покрывая собой в большинстве случаев магматические и метаморфические породы. Магматические горные породы. Происхождение и классификация. Магматическими (или изверженными) горными породами называют горные породы, которые образовались в результате кристаллизации магмы при ее остывании в недрах Земли или на ее поверхности. Магма (или лава) – это сложный силикатный расплав примерно следующего состава: кислород – 46,7%; кремний – 27,7%; алюминий – 8,1%; железо – 5,1%; кальций – 3,6%; магний – 2,1%; натрий – 2,7%; калий – 2,6%; другие элементы обычно не превышают в среднем 1,4%. Температура магмы различна, но обычно 100-1300оС. В зависимости от условий, в которых происходит охлаждение и застывание (потеря подвижности) магмы, горные породы делят на интрузивные (глубинные) и эффузивные (излившиеся). Структуры и текстуры магматических горных пород определяются их генезисом. Магма, поднимающаяся к земной поверхности, быстро охлаждается, вязкость ее увеличивается благодаря постепенной потере воды и газов. Это способствует формированию вулканического стекла с пелитовой или сферолитовой структурой. В поверхностных условиях потоки магмы (в этом случае их называют лавовыми потоками) затвердевают сравнительно быстро, что не позволяет развиваться крупным кристаллам и вследствие этого эффузивы обычно характеризуются афанитовой структурой (это характерно для пород с выраженной кристалличностью и стекловатых). Горные породы с подобными структурами обычно имеют высокую механическую прочность, но, как правило, излившиеся (эффузивные) породы образуются на поверхности Земли при низких давлениях и температурах при быстром охлаждении и дегазации вещества магмы. Вулканические породы обладают довольно часто пузырчатой текстурой. Все магматические горные породы имеют с точки зрения использования их в строительстве достаточно много общего между собой (так общность физико-механических характеристик, в частности, обусловлена наличием практически у всех магматических пород жестких кристаллизационных связей между зернами минералов, возникающими в процессе формирования породы). Вследствие этого все магматические горные породы имеют высокую прочность, значительно превышающую нагрузки, известные и возможные в инженерно-строительной практике, нерастворимые в воде и практически водонепроницаемые в сохранном виде. Благодаря этому они широко используются в качестве оснований сооружений, особенно ответственных и уникальных, поэтому более 30% всех высоких плотин на Земле построено на магматических горных породах. Разделение магматических пород по SiO2 имеет практическое значение. Так, с уменьшением SiO2 в глубинных породах возрастает плотность, понижается температура плавления, породы лучше поддаются полировке, окраска их становится темнее. Структура - особенности внутреннего строения породы, обусловленные формой, размерами, количественным соотношением ее составных частей – минералов. В магматических породах различают ряд структур, в частности: 1) зернистые, типичные для глубинных пород (рис.7); 2) полукристаллические (совместное нахождение кристаллов и аморфного стекла); 3) стекловатые, типичные для излившихся пород (рис.8). 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. Строительные свойства магматических пород высокие. Это объясняется их минеральным составом и жесткими кристаллизационными связями в структурах. Наибольшей прочностью отличаются мелко- и равномерно-зернистые структуры. Формы залегания магматических пород. Глубинные горные породы залегают в виде батолитов– огромных массивов площадью до нескольких сотен километров, залегающих глубоко от земной поверхности; штоков – ответвлений от батолитов; лакколитов – грибообразных форм, образованных при внедрении магмы между слоями осадочных толщ; жил, возникших при заполнении магмой трещин в земной коре. Для излившихся горных пород характерными являются купола – сводообразные формы; лаковые покровы, образовавшиеся в результате растекания магмы на поверхности Земли; потоки – вытянутые формы, возникшие в результате излияния магмы из вулканов. Осадочные горные породы. Происхождение осадочных пород. 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. Несмотря на то что осадочные породы составляют всего 5% земной коры, земная поверхность на 75% своей площади покрыта именно этими породами, в связи с чем строительство и производится в основном на осадочных породах. Инженерная геология этим породам уделяет наибольшее внимание. . Структура осадочных пород разнообразна. Почти каждый тип породы имеет свою, присущую только ему структуру. Для рыхлых пород характерны обломочные структуры, для сцементированных – брекчиевидных и т.д. Пористость типична для всех осадочных пород, за исключением некоторых плотных химических осадков. Поры бывают мелкие, крупные и в виде каверн. Общая пористость может быть велика, например суглинки – 40-50%, пески 35-40%, и т.д. В порах может располагаться вода, газ, органический материал. Слоистость. Осадочные породы залегают в виде слоев, которые образуются в процессе периодического накопления осадков в водной и воздушной среде. При резком различии слоев по составу, например слой песка лежит на слое известняка, более или менее постоянной мощности и сравнительно большой занимаемой площади слои называют пластами. В таких случаях слои (пласты) обычно ограничены с двух сторон четко выраженными поверхностями, которые называют плоскостями (поверхностями напластования, в том числе верхнюю плоскость называют – кровлей, нижнюю - ложе, а расстояние между ними – мощностью слоя (пласта). Наибольшей мощностью пластов обладают морские отложения (до сотен и даже тысяч метров). Слои образуются в процессе накопления осадков в морях, озерах, долинах рек и т.д. Это обусловливает образование слоев различной формы как по размеру в плане, так и по очертаниям по вертикали. Важное практическое значение для инженерной геологии представляет сочетание слоев. При согласном залегании слои лежат параллельно друг другу чаще всего горизонтально. Такое залегание слоев характерно равнинам. В других случаях за счет тектонических движений земной коры возникает несогласное залегание слоев. Одна группа слоев при этом залегает не параллельно другой группе. Классификация осадочных пород. Осадочные породы принято подразделять на три основные группы: 1) обломочные; 2) химического происхождения (хемогенные); 3) органогенные, возникшие в результате жизнедеятельности организмов. Общая характеристика групп обломочных пород. Породы обломочного происхождения состоят из продуктов механического разрушения магматических и метаморфических пород, а также ранее образовавшихся осадочных пород (песчаников, известняков и др.). В таблице приведена основная классификация обломочных пород. В ее основе: размеры обломков – грубые, песчаные, пылеватые, глинистые; внешние очертания обломков (угловатые или окатанные) и наличие структурных связей между обломками (рыхлые скопления или сцементированные между собой обломки). Классификация обломочных осадочных пород Таблица - 4
Рыхлые обломочные породы. Г р у б о о б л о м о ч н ы е п о р о д ы. В их состав входят угловатые (глыбы, щебень, дресва) и окатанные (валуны, галька, гравий) обломки различных горных пород. Наибольшее количество приходится на горные районы, морские побережья, речные долины, районы ледниковых отложений. П е с ч а н ы е п о р о д ы - рыхлые накопления, состоящие из обломков минералов песчаного размера (2-0,05мм). Таких частиц пески подразделяют на крупные (2-0,5мм), средние (0,5-0,25мм), мелкие (0,25-1мм) и пылеватые (менее 0,1мм). В песках преобладают минералы, наиболее устойчивые к выветриванию (кварц, слюды и др.). Г л и н и с т ы е п о р о д ы. Глинистые частицы являются основными составными частями супесей, суглинков и глин. Каждая из этих пород в зависимости от количественного взаимоотношения пылеватых и глинистых частиц имеет свои разновидности. Так, супесь бывает легкая крупная, легкая пылеватая, тяжелая пылеватая; суглинки – легкие, легкие пылеватые, тяжелые, тяжелые пылеватые; глины – песчанистые, жирные. Глинистые породы составляют около 50% общего объема осадочных пород и чаще всего являются основаниями различных зданий и сооружений. Связные грунты обладают целым рядом свойств, значительно отличающих их от других грунтов. К числу наиболее характерных особенностей следовало бы отнести изменение их свойств в зависимости от влажности. Так, с ростом влажности прочность резко снижается, в сухом же состоянии эти породы способны выдерживать без разрушения весьма значительные нагрузки. При большом содержании воды порода вообще способна перейти в текучее состояние. Связные грунты при определенной влажности проявляют пластичность и липкость, они набухают при увлажнении и дают усадку при высыхании. Пористость этих грунтов обычно высока, однако, несмотря на это, их водопроницаемость незначительна, так как пористость породы сформирована преимущественно замкнутыми микропорами. Обломочные породы в зависимости от размера составляющих частиц могут быть подразделены на крупнообломочные сцементированные: конгломераты, гравелиты, реже брекчии; мелкообломочные сцементированные (песчаные), объединяющие крупно-, средне- и мелкозернистые песчаники. П ы л е в а т ы е и г л и н и с т ы е с ц е м е н т и р о в а н н ы е и с и л ь н о у п л о т н е н н ы е п о р о д ы. Типичными представителями этих пород являются аргиллиты и алевролиты. Они образуются при «окаменении» песчано-пылеватых и глинистых пород вследствие их уплотнения, повышения температуры и кристаллизации коллоидов. Х е м о г е н н ы е п о р о д ы образуются в результате выпадения из водных растворов химических осадков. Такой процесс происходит в водах морей, континентальных усыхающих бассейнов, соленых источниках и т.д. К таким породам относятся различные известняки, известковый туф, доломит, ангидрит, гипс, каменная соль и др. Общей для этих пород особенностью является их растворимость в воде, трещиноватость. Наиболее распространенными породами являются известняки. О р г а н о г е н н ы е (б и о х е м о г е н н ы е) п о р о д ы образуются в результате накопления и преобразования остатков животного мира и растений, отличаются значительной пористостью, многие растворяются в воде, обладают большой сжимаемостью. К органогенным породам относятся известняк-ракушечник, диатомит. Одной из очень интересных карбонатных пород является мергель. Это известково-глинистая порода, у которой глинистые частицы сцементированы карбонатным материалом. Мергель способен набухать благодаря содержащемуся в нем глинистому веществу, при этом все мелкие трещины, по которым возможна циркуляция воды, закрываются и тем самым прекращается фильтрация воды сквозь мергелистые толщи. Набухание мергелей, равно как и другие их инженерно-геологические свойства зависят главным образом от соотношения в породе карбонатной и глинистой составляющих. Своеобразной породой карбонатного состава является белый писчий мел. Кроме мела описано значительное число мелоподобных пород. В сухом состоянии мел представляет собой плотную породу, в водонасыщенном обладает довольно мягкой консистенцией и растирается руками до отдельных мельчайших частиц. Мел имеет значительную пористость и трещиноватость. Гипс, как типичный представитель сульфатных отложений, часто встречается вместе с ангидритом. Ангидрит (СаSO4) в соприкосновении с водой легко гидратируется и переходит в гипс (СаSO4 2H2O). Среди галоидных солей, встречающихся в природе в виде горных пород, наибольшее распространение имеет каменная соль, практически нацело выполненная галитом (NaCl). Б и о г е н н ы е (ф и т о г е н н ы е) п о р о д ы. К числу этих пород относится торф. Торф – своеобразная, геологически относительно молодая, не прошедшая стадии диагенеза, фитогенная горная порода, образующаяся в результате отмирания и разложения болотной растительности в условиях избыточного увлажнения и недостаточного доступа кислорода. По внешнему виду торф обычно представляет собой очень сильно увлажненную волокнистую (при малой степени разложения) или пластичную (при высокой степени разложения) массу. Эта масса в зависимости от содержания гумуса бывает или светло-коричневой, или почти черной. Отличительной чертой торфов является их исключительно сильная сжимаемость под нагрузкой, величина которой в десятки и сотни раз выше, чем у обычных (минеральных) грунтов. Л е с с о в и д н ы е породы (суглинки) относятся к числу очень распространенных пород, которые встречаются на всех континентах, но особенно широко в Европе, Азии и Америке. Общая площадь, занятая лессовыми породами на земном шаре, равна примерно 13 млн.км2. Они лежат почти сплошным покровом на большей части Украины, на юге Европейской части России, широко распространены в Средней Азии, Закавказье, Западной Сибири, слагают значительные массивы в Беларуси, Якутии и многих других районах. Для лессовых пород и их толщ можно выделить следующие общие особенности: отсутствие слоистости практически во всех описанных случаях; изменение окраски от светло-палевой до шоколадной вниз по разрезу; наличие в лессовых породах: погребенных почв и гумусированных прослоев; прослоев песка и гравийно-галечных образований; прослоев вулканических пеплов; пустот биогенного происхождения; горизонтов конкреций карбонатов; столбчатой отдельности в верхней части толщ. По гранулометрическому составу лессовые породы характеризуются значительным разнообразием. Они включают различные разности по крупности, начиная от пылеватых песков до лессовидных глин. Но для всех гранулометрических разностей отмечено наличие практически всегда пылеватых частиц, содержание которых превышает 50% по отношению к другим фракциям. Наиболее однородными являются собственно лессы (в них содержится не более 15-16% глинистых частиц и практически отсутствуют частицы размером более 0,25мм). Одной из наиболее характерных черт лессов является их карбонатность. Наиболее типичный представитель карбонатов в лессах-кальцит. Естественная влажность лессовых пород лежит в большом диапазоне: 1-39%, но наиболее часто этот диапазон составляет 3-25%. Естественная влажность и просадочность связаны между собой: обычно просадочные лессы имеют низкую естественную влажность. Просадочность – типичное свойство лессовых пород. Она выражается в способности лессов и лессовидных пород уменьшать под нагрузкой свой объем при увлажнении, вследствие чего происходит опускание поверхности земли, называемое просадкой. Различают собственно просадки лессовых толщ и дополнительные осадки сооружений при замачивании пород. Кратко явление просадки можно изложить следующим образом: вода, попадая в недоуплотненную лессовую породу с большой пористостью, размягчает и частично растворяет соли на контакте между частицами, благодаря чему связи между частицами нарушаются. Частицы приобретают возможность перемещения в иные (новые) положения равновесия при данном внешнем давлении, а это как раз и вызывает изменение (уменьшение) объема породы и просадку поверхности земли над толщей этой породы. Метаморфические горные породы. Происхождение метаморфических пород. Магматические и осадочные горные породы в процессе своего существования и в результате процессов внутренней динамики Земли могут попасть в такие участки земной коры, где температуры, давление и химизм среды резко отличны от условий образования этих пород. Под метаморфизмом горных пород понимают существенные изменения их минерального состава, структуры и текстуры, происходящие под воздействием эндогенных процессов в земной коре с сохранением твердого состояния породы, без расплавления или растворения. Метаморфические породы по внешнему виду и условиям залегания занимают промежуточное положение между магматическими и осадочными породами. По минеральному составу они ближе к магматическим породам. Типичными минералами являются слюды, кварц, хлорит, тальк. Метаморфическим породам в целом присуща кристаллическая структура. Наиболее характерны следующие текстуры: сланцеватая – однообразное расположение (параллельно друг другу) пластинчатых минералов и полосчатая – обособление минеральных скоплений в форме полос, в виде слоев. Для пород типа кварцита характерны массивные текстуры. В процессе движения земной коры метаморфические породы могут быть выведены на дневную поверхность и служить объектом строительной деятельности человека. Они являются хорошим скальным основанием для зданий и сооружений. Метаморфические породы имеют различную прочность и стойкость к выветриванию во времени. Например, если кварциты в городских условиях начинают разрушаться через 200-400 лет, то мраморы уже через 20-130 лет. Классификация метаморфических пород основана на структурных признаках и минеральном составе. Среди них выделяют породы: массивные – (зернистые) – кварцит, мрамор; сланцеватые – гнейс и кристаллические сланцы различного минерального состава. Геологическая хронология Историю и общие закономерности развития и образования земной коры изучает специальная наука – историческая геология. Для восстановления истории развития земной коры используют геологические «документы» в виде толщ пород, которые характером своих напластований, остатками ископаемых организмов свидетельствуют об этапах развития земной коры. Установление возраста горных пород необходимо для оценки их свойств и определения положения среди других пород. Вся геологическая документация, в частности геологические карты и разрезы, требуют применения показателей возраста пород. Различают абсолютный и относительный возраст горных пород. Абсолютный возраст – это продолжительность существования («жизни») породы, выраженная в годах. Для его определения применяют методы, основанные на использовании процессов радиоактивных превращений, которые имеют место в некоторых химических элементах (уран, калий, рубидий и др.), входящих в состав пород. Относительный возраст позволяет определять возраст пород относительно друг друга, т.е. устанавливать, какие породы древнее, какие моложе. Для установления относительного возраста используют два метода: стратиграфический и палеонтологический. Стратиграфический метод применяют для толщ с ненарушенным горизонтальным залеганием слоев. При этом считают, что нижележащие слои (породы) являются более древними, чем вышележащие. Палеонтологический метод позволяет определять возраст осадочных пород по отношению друг к другу независимо от характера залегания слоев и сопоставлять возраст пород, залегающих на различных участках. В основу метода положена история развития органической жизни на Земле. Животные и растительные организмы развивались постепенно, последовательно. Остатки вымерших организмов захоронялись в тех осадках, которые накапливались в тот отрезок времени, когда они жили. Шкала геологического времени Земли Таблица - 5
Зная последовательность и период жизни вымерших организмов, по их остаткам можно определить относительный возраст слоев осадочных пород (рис.16). Шкала геологического времени Земли. Все геологическое время разделили на отрезки. Так была создана геохронологическая шкала. Для слоев пород, которые образовались в эти отрезки времени, были предложены свои названия, что позволило создать стратиграфическую шкалу (табл.6). Стратиграфическая шкала Таблица - 6
Инженеры-строители должны знать, что понимают под возрастными индексами горных пород и использовать это в своей работе, чтении геологической документации (карт и разрезов) при проектировании зданий и сооружений. Движение земной коры Строение земной коры, геологические структуры, закономерности их расположения и развития изучает раздел геологии – геотектоника. Движения земной коры, вызывающие изменение залегания геологических тел, называют тектоническими движениями. Тектонические движения Тектонические движения в земной коре проявляются постоянно. В одних случаях они медленные, мало заметные для глаза человека (эпохи покоя), в других – в виде интенсивных бурных процессов (тектонических революций). В истории земной коры таких тектонических революций было несколько. Подвижность земной коры в значительной степени зависит от характера ее тектонических структур. Наиболее крупными структурами являются платформы и геосинклинали. Платформы относятся к устойчивым, жестким, малоподвижным структурам. Им свойственны выровненные формы рельефа. Снизу они состоят из жесткого неподдающегося складчатости участка земной коры (кристаллического фундамента), над которым горизонтально залегает толща ненарушенных осадочных пород. Типичным примером древних платформ служат Русская и Сибирская. Платформам свойственны спокойные, медленные движения вертикального характера. В противоположность платформам геосинклинали представляют собой подвижные участки земной коры. Располагаются они между платформами и представляют собой как бы их подвижные сочленения. Для геосинклиналей характерны разнообразные тектонические движения, вулканизм, сейсмические явления. В зоне геосинклиналей происходит интенсивное накопление мощных толщ осадочных пород. Тектонические движения земной коры можно разделить на три основных типа: колебательные, выражающиеся в медленных поднятиях и опусканиях отдельных участков земной коры и приводящие к образованию крупных поднятий и прогибов; складчатые, обусловливающие смятие горизонтальных слоев земной коры в складки; разрывные, приводящие к разрывам слоев и массивов горных пород. Колебательные движения. Отдельные участки земной коры на протяжении многих столетий поднимаются, другие в это же время опускаются. Со временем поднятие сменяется опусканием и наоборот. Колебательные движения не изменяют первоначальных условий залегания горных пород, но инженерно-геологическое их значение огромно. Для инженерной геологии особый интерес представляют современные колебательные движения, вызывающие изменение высот поверхности земли в данном районе. Современные тектонические движения земной коры изучает наука неотектоника. Современные колебательные движения необходимо учитывать при строительстве гидротехнических сооружений типа водохранилищ, плотин, мелиоративных систем, городов у моря. Складчатые движения. Осадочные породы первоначально залегают горизонтально или почти горизонтально. Это положение сохраняется даже при колебательных движениях земной коры. Складчатые тектонические движения выводят пласты из горизонтального положения, придают им наклон или сминают в складки. Так возникают складчатые дислокации. Все формы складчатых дислокаций образуются без разрыва сплошности слоев (пластов). Это их характерная особенность. Основными среди этих дислокаций являются: моноклиналь, флексура, антиклиналь и сниклиналь. Моноклиналь является самой простой формой нарушения первоначального залегания пород и выражается в общем, наклоне слоев в одну сторону (рис.17 и 18). Флексура – коленоподобная складка, образующаяся при смещении одной части толщи пород относительно другой без разрыва сплошности (рис.17б). Антиклиналь – складка, обращенная своей вершиной вверх (рис.17в), и синклиналь – складка с вершиной, обращенной вниз (рис.17г и 19). Бока складок называют крыльями, вершины – замком, а внутреннюю часть – ядром. Разрывные движения. В результате интенсивных тектонических движений могут происходить разрывы сплошности пластов. Разорванные части пластов смещаются относительно друг друга. Смещение происходит по плоскости разрыва, которая проявляется в виде трещины. Величина амплитуды смещения бывает различной – от сантиметров до километров. К разрывным дислокациям относят сбросы, взбросы, горсты, грабены и надвиги. Сброс образуется в результате опускания одной части толщи относительно другой. Если при разрыве происходит поднятие, то образуется взброс Грабен возникает, когда участок земной коры опускается между двумя крупными разрывами . Таким путем, например, образовалось озеро Байкал. Горст – форма, обратная грабену. Надвиг в отличие от предыдущих форм разрывных дислокаций возникает при смещении толщ в горизонтальной или сравнительно наклонной плоскости (рис.20г). В результате надвига молодые отложения могут быть сверху перекрыты породами более древнего возраста. Залегание пластов. При изучении инженерно-геологических условий строительных площадок необходимо устанавливать пространственное положение пластов. Определение положения слоев (пластов) в пространстве позволяет решать вопросы глубины, мощности и характера их залегания, дает возможность выбирать слои в качестве оснований сооружений, оценивать запасы подземных вод и т.д. Значение дислокаций для инженерной геологии. Для строительных целей наиболее благоприятными условиями является горизонтальное залегание слоев, большая их мощность, однородность состава. В этом случае здания и сооружения располагаются в однородной грунтовой среде, создается предпосылка для равномерной сжимаемости пластов под весом сооружения. В таких условиях сооружения получают наибольшую устойчивость (рис.). Наличие дислокаций усложняет инженерно-геологические условия строительных площадок – нарушается однородность грунтов оснований сооружений, образуются зоны дробления, снижается прочность грунтов, по трещинам разрывов периодически происходят смещения, циркулируют подземные воды. При крутом падении пластов сооружение может располагаться одновременно на различных грунтах, что иногда приводит к неравномерной сжимаемости слоев и деформации сооружений. Для зданий неблагоприятными условиями являются сложный характер складок. Нежелательно располагать сооружения на линиях разломов. Сейсмические явления Сейсмические (от греческого – сотрясение) явления проявляются в виде упругих колебаний земной коры. Это грозное явление природы типично районам геосинклиналей, где активно действуют современные горообразовательные процессы. Сотрясения сейсмического происхождения происходят почти непрерывно. Специальные приборы регистрируют в течение года более 100 тысяч землетрясений, но из них, к счастью, только около 100 приводит к разрушительным последствиям и отдельные – к катастрофам с гибелью людей, массовыми разрушениями зданий и сооружений (рис.) Землетрясения возникают также в процессе извержения вулканов (например, на Камчатке), возникновения провалов в связи с обрушением горных пород в крупные подземные пещеры, узкие глубокие долины, а также в результате мощных взрывов, производимых, например, в строительных целях. Разрушительное действие таких землетрясений невелико и они имеют местное значение, а наиболее разрушительными являются тектонические сейсмические явления, захватывающие, как правило, большие площади. История знает катастрофические землетрясения, когда погибали десятки тысяч людей и разрушились целые города или их большая часть (г.Лиссабон – 1755г., г.Токио – 1923г., Сан-Франциско – 1906г., Чили и Сицилия – 1968г.). Только в первой половине ХХ века их было 3749, при этом только в Прибайкалье произошло 300 землетрясений. Наиболее разрушительные были в Ашхабаде (1948) и Ташкенте (1966). Исключительное по силе катастрофическое землетрясение произошло 4 декабря 1956г. в Монголии, зафиксированное также на территории Китая и России. Оно сопровождалось огромными разрушениями. Один из горных пиков раскололся пополам, часть горы высотой 400м обрушилась в ущелье. Образовалась сбросовая впадина длиной до 18 км и шириной 800м. На поверхности земли появились трещины шириной до 20м. Главная из этих трещин протянулась до 250 км. Наиболее катастрофическим было землетрясение 1976г., происшедшее в г. Таншань (Китай), в результате которого погибло 250 тыс. человек в основном под обрушившимися зданиями из глины (сырцового кирпича). Тектонические сейсмические явления возникают как на дне океанов, так и на суше. В связи с этим различают моретрясения и землетрясения. Моретрясения возникают в глубоких океанических впадинах Тихого, реже Индийского и Атлантического океанов. Быстрые поднятия и опускания дна океанов вызывают смещение крупных масс горных пород и на поверхности океана порождают пологие волны (цунами) с расстоянием между гребнями до 150 км и очень небольшой высотой над большими глубинами океана. При подходе к берегу вместе с подъемом дна, а иногда сужением берегов в бухтах высота волн увеличивается до 15-20м и даже 40м. Ц у н а м и перемещаются на расстоянии в сотни и тысячи километров со скоростью 500-800 и даже более 1000 км/ч. При моретрясении 1896г. в Японии были отмечены волны высотой 30м. В результате удара о берег они разрушили 10500 домов, погибло более 27 тыс. человек. От цунами чаще всего страдают Японские, Индонезийские, Филиппинские и Гавайские острова, а также тихоокеанское побережье Южной Америки. На побережье Тихого океана в России и других странах созданы специальные службы наблюдения, которые оповещают о приближении цунами. Это позволяет вовремя предупредить и укрыть людей от опасности. Для борьбы с цунами возводят инженерные сооружения в виде защитных насыпей, железобетонных молов, волноотбойных стенок, создают искусственные отмели. Здания размещают на высокой части рельефа. Землетрясения. Сейсмические волны. Очаг зарождения сейсмических волн называют гипоцентром (рис.). По глубине залегания гипоцентра различают землетрясения: поверхностные – от 1 до 10км глубины, коровые – 30-50км и глубокие (или плутонические) – от 100-300 до 700км. Последние находятся уже в мантии Земли и связаны с движениями, происходящими в глубинных зонах планеты. Такие землетрясения наблюдались на Дальнем Востоке, в Испании и Афганистане. Наиболее разрушительными являются поверхностные и коровые землетрясения. Непосредственно над гипоцентром на поверхности земли располагается эпицентр. На этом участке сотрясение поверхности происходит в первую очередь и с наибольшей силой. Анализ землетрясений показал, что в сейсмически активных районах Земли 70% очагов сейсмических явлений располагаются до глубины 60км, но наиболее сейсмичной все же является глубина от 30 до 60км. От гипоцентра во все стороны расходятся сейсмические волны, по своей природе являющиеся упругими колебаниями. Действие сейсмических волн или, иначе говоря, продолжительность землетрясений, обычно проявляется в течение нескольких секунд, реже минут. Иногда наблюдаются длительные землетрясения. Например, на Камчатке в 1923г. землетрясение продолжалось с февраля по апрель месяц (195 толчков). Оценка силы землетрясений. За землетрясениями ведут постоянные наблюдения при помощи специальных приборов – сейсмографов, которые позволяют качественно и количественно оценивать силу землетрясений. Сейсмические шкалы используют для оценки интенсивности колебаний (сотрясений) на поверхности Земли при землетрясениях в баллах. В настоящее время большинство стран мира используют 12-балльную сейсмическую шкалу. Очень известной является шкала Рихтера, предложенная в 1935г. американским сейсмологом Ч.Ф.Рихтером. На практике силу землетрясений измеряют в баллах. Каждому баллу соответствует определенное значение ускорения колебания а (мм/с2). В таблице приведена современная 12-балльная шкала и дана краткая характеристика последствиям землетрясений. Землетрясения способствуют развитию чрезвычайно опасных гравитационных процессов – оползней, обвалов, осыпей. Как правило, все землетрясения от семи баллов и выше сопровождаются этими явлениями, Повсеместное развитие оползней и обвалов наблюдалось, например, во время Ашхабадского землетрясения (1948), сильного землетрясения в Дагестане (1970), в долине Чхалты на Кавказе (1963), в долине р.Нарын (1946). В результате сейсмического воздействия при Хаитском землетрясении (Таджикистан, 10 июля 1949г.) силой 10 баллов большое развитие получили обвальные и оползневые явления на склоне хребта Тахти, после чего сформировались земляные лавины и селевые потоки 70-метровой толщины со скоростью 30м/с. Объем селевого потока – 140 млн.м3, площадь разрушений – 1500км2. Строительство в сейсмических районах (сейсмическое микрорайонирование). При строительных работах в районах землетрясений необходимо помнить, что баллы сейсмических карт характеризуют только некоторые усердненные грунтовые условия района и поэтому не отражают конкретных геологических особенностей той или иной строительной площадки. Эти баллы подлежат уточнению на основе конкретного изучения геологических и гидрогеологических условий строительной площадки (табл.14). Это достигается увеличением исходных баллов, полученных по сейсмической карте, на единицу для участков, сложенных рыхлыми породами, в особенности увлажненными, и их уменьшением на единицу для участков, сложенных прочными скальными породами. Породы II категории по сейсмическим свойствам свою исходную балльность сохраняют без изменения. Корректировка баллов строительных участков справедлива, главным образом, для равнинных или холмистых территорий. Для горных районов необходимо принимать во внимание и другие факторы. Опасными для строительства являются участки с сильно расчлененным рельефом, берега рек, склоны оврагов и ущелий, оползневые и карстовые участки. Крайне опасны участки, расположенные вблизи тектонических разрывов. Весьма затруднительно строить при высоком залегании уровня грунтовых вод (1-3м). Следует учитывать, что наибольшие разрушения при землетрясениях происходят на заболоченных территориях, на обводненных пылеватых, на лессовых недоуплотненных породах, которые при сейсмическом сотрясении энергично доуплотняются, разрушая выстроенные на них здания и сооружения. Корректировка баллов сейсмических районов на основании инженерно-геологических и гидрогеологических данных Таблица - 7
При ведении инженерно-геологических изысканий в сейсмических районах требуется выполнять дополнительные работы, регламентированные соответствующим СНиП 11.02-96. На территориях, где сила землетрясений не превышает 7 баллов, основания зданий и сооружений проектируют без учета сейсмичности. В сейсмических районах, т.е. районах с расчетной сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов, проектирование оснований ведут в соответствии с главой специального СниПа по проектированию зданий и сооружений в сейсмических районах. Вулканизм – это процесс прорыва магмы из глубин земной коры на поверхность земли. Вулканы – геологические образования в виде гор и возвышений конусовидной, овальной и других форм, возникшие в местах прорыва магмы на земную поверхность. Вулканизм проявляется в районах субдукций и обдукций и внутри литосферных плит геосинклиналей. Наибольшее количество вулканов расположено вдоль побережья Азии и Америки, на островах Тихого и Индийского океанов. Вулканы имеются также на некоторых островах Атлантического океана (у побережья Америки), в Антарктиде иАфрике, в Европе (Италия и Исландия). Различают вулканы действующие и потухшие. Действующими называют те вулканы, которые постоянно или периодически извергаются; потухшими, которые прекратили свое действие и об их извержениях нет данных. В ряде случаев потухшие вулканы снова возобновляют свою деятельность. Так было с Везувием, неожиданное извержение которого произошло в 79 г. н.э. Строительство зданий и сооружений в вулканических районах имеет определенные трудности. Землетрясения обычно не достигают разрушительной силы, но продукты, выделяемые вулканом, могут пагубно сказаться на целостности зданий и сооружений и их устойчивости. Многие газы, выделяемые при извержениях, например срнистые, опасны для людей. Конденсации паров воды вызывает катастрофические ливни и грязевые потоки. Лава образует потоки, ширина и длина которых зависят от уклона и рельефа местности. Известны случаи, когда длина лавового потока достигала 80км (Исландия), а мощность 10-15м. Скорость течения основных лав составляет 30км/ч, кислых 5-7км/ч, из вулканов взлетают вулканические пеплы (пылеватые частицы), песок, лапилли (1-3см в диаметре), бомбы (от сантиметров до нескольких метров). Все они представляют собой застывшую лаву и при извержении вулкана разлетаются на различные расстояния, засыпают поверхность земли многометровым слоем обломков, обрушивают кровли зданий. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||