лабораторная работа инженерные изыскания. ИИ РГР для заочников. Методические указания для проведения лабораторных работ и организации самостоятельной работы по дисциплине инженерные изыскания
 Скачать 1.13 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «КРЫМСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.И. ВЕРНАДСКОГО» АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра Геотехники и конструктивных элементов зданий МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ И ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ: «ИНЖЕНЕРНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ » для студентов направления подготовки 08.03.01 «Строительство» г. Симферополь – 2019 г. 2 Методические указания для проведения лабораторных работ и организации самостоятельной работы по дисциплине «Инженерные изыскания» для студентов направления подготовки 08.03.01 «Строительство» /Тимченко З.В., к.геогр.н., доцент – Симферополь: ФГАОУ ВО « КФУ им. В.И. Вернадского» (АСиА), 2019. – 85 с. Утверждено на заседании Учёного совета архитектурно-строительного факультета Академии строительства и архитектуры «30» октября 2019 г. Протокол № 9. Одобрено и рекомендовано к печати на заседании учебно-методической комиссии архитектурно-строительного факультета Академии строительства и архитектуры «29» октября 2019 г. Протокол № 8. Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры геотехники и конструктивных элементов зданий (ГиКЭЗ) «8» октября 2019 г. Протокол № 3. Составители: Тимченко Зинаида Владимировна, к.геогр.н., доцент кафедры ГиКЭЗ Методические указания содержат рекомендации к выполнению шести лабораторных работ и организации самостоятельной работы по разделам «Геология»; «Гидрогеология», «Инженерно-геологические изыскания» по дисциплине «Инженерные изыскания». Приведена методика выполнения работ, а также методические рекомендации по выполнению расчётно- графической работы. СОДЕРЖАНИЕ Введение…………………………………………………………………...4 Лабораторная работа № 1. Минералы и их свойства…………………5 Лабораторная работа № 2. Магматические горные породы…………30 Лабораторная работа № 3. Осадочные горные породы………………43 Лабораторная работа № 4. Метаморфические горные породы………57 Лабораторная работа № 5. Построение инженерно-геологического разреза по данным бурения скважин…….64 Лабораторная работа № 6. Построение карты гидроизогипс………71 Использованные источники…………………………………………..76 Рекомендации к выполнению расчётно-графической работы…….77 Приложение № 1. Образец титульного листа………………………......78 Приложение 2. Содержание расчётно-графической работы…………79 Приложение № 3. Данные к построению инженерно-геологического разреза по данным бурения скважин…….80 Приложение 3. Данные к построению карты гидроизогипс …………84 Приложение 4. Исходные данные для определения расхода грунтового потока……………………………………………………….85 4 ВВЕДЕНИЕ Инженерные изыскания – комплекс специальных работ при проектировании, а в последующем и при строительстве инженерных сооружений. Порядок, методика и точность инженерных изысканий устанав- ливаются определёнными сводами правил [11; 12; 13; 14]. В Методических указаниях приводится порядок выполнения лабораторных работ по дисциплине «Инженерные изыскания», в частности инженерно-геологические изыскания, которые проводятся в соответствии с СП [12], включающем пять частей: Ч. I. Общие правила производства работ Ч. II. Правила производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов (склоновые, карст, переработка берегов водохранилищ, сели, подтопление территории) Ч. III. Правила производства работ в районах распространения специфических грунтов Ч. IV. Правила производства работ в районах распространения многолетнемёрзлых грунтов Ч. V. Правила производства работ в районах с особыми природно- техногенными условиями Инженерно-геологические изыскания дают возможность получить представление о геологическом строении местности, физико-геологических явлениях, прочности грунтов, составе и характере подземных вод и т. п., что позволяет сделать правильную оценку условий строительства сооружения. Методические указания содержат порядок проведения шести лабораторных работ. Каждая работа состоит из теоретической и практической частей, оформляется на листах формата А4. Лабораторные работы предусматривают получение навыков макроскопического определения минералов и горных пород, освоение методики построения инженерно-геологического разреза и гидрогеологической карты Выполненные лабораторные работы дорабатываются в часы самостоятельной работы и оформляются в одну расчётно-графическую работу, которая защищается и является основанием для получения зачёта. 5 Лабораторная работа №1 МИНЕРАЛЫ И ИХ СВОЙСТВА Цель работы – определение минералов по их физическим свойствам Задачи: получить общее представление о минералах (определение, происхождение, нахождение в природе); изучить оптические, механические и особые свойства минералов; разобрать кристаллохимическую классификацию минералов; рассмотреть минералы Крыма; описать конкретные минералы. Оборудование: коллекция минералов; лупа; шкала Мооса или подручные средства; керамическая пластинка (бисквит); вода; 10-ый % раствор соляной кислоты; магнит. Методика проведения: на примере минералов из учебной коллекции изучить оптические, механические и особые свойства минералов; выполнить определение минералов по их физическим свойствам, используя учебное пособие [9]. 1.Общая характеристика Минералы (от позднелат. minerale — руда) - однородные по химическому составу, строению и физическим свойствам природные тела, образующиеся в результате физико-химических процессов на поверхности Земли и её недрах. Являются составной частью земной коры, горных пород, руд, метеоритов. Имеют: определённый химический состав; определённую кристаллическую структуру. Однако однородность состава и строения минералов относительны, т.к. они часто содержат примеси и имеют структурные дефекты кристаллов. Среди минералов выделяют: породообразующие, в т.ч. - главные (примерно 50 минералов) — составляют основную массу горной породы (более 5%). Для магматических горных пород - кварц, полевые шпаты, слюды; для осадочных горных пород - кальцит, доломит, глинистые минералы; для метаморфических горных пород- кварц, полевые шпаты, хлориты, пироксены, амфиболы, гранаты, слюды; - второстепенные — присутствуют в горных породах (не более 5%) Например, в граните - апатит, циркон, турмалин, гранаты, топаз и др.; акцессорные (добавочные) содержатся в виде примесей (менее 1%), могут влиять на свойства горных пород (например, пирит в граните ухудшает его свойства из-за высокой скорости окисления); 6 редкие случаи нахождения единичны или немногочисленны (чароит, самородная платина, самородное серебро); рудные широко представлены в рудных месторождениях (в железных рудах – железа не менее 30%). опасные, в т.ч. - ядовитые (арсенопирит - сульфид железа и мышьяка, галенит - сульфид свинца, аурипигмент - сульфид мышьяка и серы, стибнит - сульфид сурьмы, киноварь - сульфид ртути); - радиоактивные (торбернит - содержит уран, чароит - стронций, эгирин, барий, множество сульфидов); - механически опасный– асбест. Всего в природе известно около 3500 минералов, с разновидностями – около 7000 (разновидности имеют свои названия). Различают разновидности: цветные – обусловлены примесями. Например, корунд синего цвета называется сапфиром (примесь титана); красного цвета – рубином (примесь хрома); кварц фиолетового цвета – аметистом (примесь марганца), чёрного – морионом (примеси железа, титана), коричневого – раухтопазом (примесь алюминия); берилл зелёного цвета – изумрудом (примесь хрома), голубого - аквамарином (примесь алюминия); изоморфные – если в кристаллической решётке одни химические элементы заменяются другими. Например, изоморфные разновидности полевого шпата: ортоклаз KAlSi 3 O 8 – альбит NaAlSi 3 O 8 - анортит СаAl 2 Si 2 O 8 ; полиморфные – из-за свойств минералов находиться в разных кристаллических модификациях при сохранении химического состава. Например, и графит и алмаз имеют один химический состав, формула С. В природе широко распространены только примерно 450 минералов. Самые распространённые: - полевые шпаты (название от повсеместного распространения и от нем., раскалываться) - группа минералов с твёрдостью выше средней со схожей кристаллической алюмосиликатной решёткой и разным химическим составом. Отличительным их признаком является способность раскалываться на почти прямоугольные обломки с ровными поверхностями; - кварц (от нем., твёрдый) имеет более 200 разновидностей, в т.ч. скрытокристаллические - халцедон, некристаллическая – опал и др.; - кальцит (от лат., известь) или известковый шпат ( CaCO 3 ). изоморфная разновидность - родохрозит или марганцевый шпат (MnCO 3 ), полиморфная разновидность – арагонит (CaCO 3 ). Происхождение минералов в природе связано с эндогенными (от гр., внутри) и экзогенными (гр., вне) процессами. 7 Магматическое происхождение связано с постепенным застыванием и кристаллизацией расплавленной магмы (Т >1500 о С) в глубине земной коры, образуются силикаты (полевые шпаты, роговые обманки, слюды, оливин). Разновидности магматического происхождения: - пегматитовое (от др.-гр., крепкая связь), остаточный расплав (Т = 700 - 500 о С) внедряется в трещины, образуя пегматитовые жилы из полевых шпатов, кварца, слюд, а также – берилла, турмалина и других редких минералов; - гидротермальное - при дальнейшем падении температуры (Т = 500 - 375 о С) начинает выделяться вода, образуя гидротермальные растворы, из которых образуются месторождения золота, серебра, меди, свинца, урана и др.; - пневматолитовое - кристаллизация из паров и газов (самородная сера, касситерит или оловянный камень). Метаморфическое происхождение – ранее сформировавшиеся минералы преобразуютсяпод воздействием высоких температур и больших давлений, а также газовых и жидких компонентов (тальк, серицит, гранаты, магнетит и др.). Разновидности метаморфического происхождения: - метасоматическое - связано с замещением химических элементов (сфалерит или цинковая обманка); - контактно-метаморфический тип – образование минералов в результате взаимодействия магматических расплавов и вмещающих пород. Частный случай: скарновое происхождение – образование минералов в результате контакта магматических расплавов и карбонатных пород; - импактное - возникновение и преобразование минералов в результате бомбардировки метеоритами пород поверхности Земли (импактит, жаманшинит). Экзогенное (от гр. вне, снаружи) связано, в основном, с выветриванием, при котором протекают сложные физико-химические процессы, видоизменяющие эндогенные минералы или образующие новые минеральные виды. Процессы минерализации совершаются в зоне гипергенеза, в самой поверхностной части земной коры, в гидросфере и в зоне осадочных пород, особенно активно в слоях, выходящих на поверхность и близкие к ним. Характерны низкие температуры и низкое давление. Экзогенным путём образуются минералы глин (каолинит, монтмориллонит, гидрослюды) и разнообразные железистые соединения типа сульфатов, окислов, карбонатов и др., а также выпадение кристаллов из пересыщенных растворов (например, галит, сильвин, гипс). Некоторые минералы возникают в процессе жизнедеятельности животных и растений. Например, диатомит, кальцит, арагонит, гидроокислы железа (бурые железняки) и др. Метеоритное происхождение. Палласит - металлическое тело с большим или меньшим включением силикатов Искусственные минералы - синтетические продукты, близкие по свойствам, составу и структуре к природным минералам, но выгодно отличаются от них отсутствием химических и механических примесей. Искусственные алмазы были синтезированы в СССР в 1961 г. 8 Формы нахождения минералов в природе: одиночные кристаллы (греч., лёд) – твёрдые тела, атомы и ионы которых образуют правильные упорядоченные периодические структуры (кристаллические решётки). Выделяют три основные формы кристаллов: изометрическая. призматическая (столбчатая - турмалин, шестоватая – гипс-селенит, волокнистая – асбест, игольчатая – гётит); пластинчатая - вытянуты в двух направлениях (листоватая – слюда, чешуйчатая – графит, таблитчатая - кальцит); I - изометрическая - размеры во всех направлениях близкие (а – магнетит, б - пирит, в - гранат) II - призматическая – вытянутая в одном направлении (г – барит, д – антимонит, е – кварц) III - пластинчатая – вытянутая в двух направлениях (ж – барит, з – хлорит). Рис. Основные формы кристаллов В природе одиночные кристаллы встречаются редко. Чаще всего это: 9 сростки кристаллов: срастания (например, кальцит, халькопирит)и прорастания (например, ставролит, пирит); друзы - группа кристаллов различного размера и ориентировки, наросших одним концом на какой-то поверхности (если примерно одинакового размера и ориентировки – щётки); секреции – кристаллы нарастают на стенках пустот, заполняя её к центру (мелкие называются миндалинами, а крупные - жеодами); конкреции - шаровидные образования или неправильно округлые желваки в рыхлых породах при отложении материала, имеют в разрезе радиально-лучистое строение (фосфориты, пирит, марказит); мелкие конкреции называются оолитами; землистые массы - рыхлые тонкозернистые скопления, в зависимости от цвета: охристые (жёлто-бурые массы гидроокислов железа) и сажистые (черные массы гидроокислов марганца); натёчные формы – сложены мелкокристаллическим или скрытокристаллическим минеральным веществом, образуются при выпадении минерального вещества из растворов (сосульки, желваки, корки, сталактиты, сталагмиты, занавеси); налёты – очень мелкие кристаллы, расположенные тонкими слоями на поверхности горных пород или заполняющие тонкие трещины; выцветы – близки к налётам, но появляются периодически на поверхности горных пород (образования каких-либо солей, чаще всего водные сульфаты); плёнки – тонкие плёнки вторичных минералов; дендриты – при быстрой кристаллизации по тонким трещинам с образованием фигуры в виде ветвей дерева (например, гидроокислы марганца); псевдоморфозы - точные копии других минералов или их образований (например, псевдоморфоза лимонита по пириту; различные окаменелости растений или животных, в которых органическое вещество целиком замещается кальцитом или другим минералом); аморфное состояние - наступает при быстром охлаждении расплавленных вязких масс, характеризуется изотропными свойства, является неустойчивым и при определённых условиях может перейти в кристаллическое состояние. Некоторые минералы могут быть в кристаллическом и аморфном состояниях. Например, у кварца кристаллическая форма имеет вид решётки из правильных шестиугольников, а аморфная - вид решётки, но неправильной формы (в ней встречаются и пятиугольники, и шестиугольники) – минерал опал.. 2. Физические свойства минералов Каждый минерал характеризуется определёнными физическими свойствами. 10 Оптические свойства Цвет. Как правило, не является характерным признаком, т.к. зависит от наличия примесей, содержащихся иногда в ничтожных количествах, но сильно влияющих на цвет минерала. В связи с этим цвет может быть: идиохроматический (гр., свой) или постоянный – в состав минерала входит элемент хромофор (краситель), дающий окраску (малахит – зелёный, родонит – розовый, пирит – латунно-жёлтый, магнетит – чёрный); аллохроматический (гр., посторонний) – разный из-за присутствия тонко рассеянных примесей. Например, белый кварц за счёт примесей железа может быть фиолетового цвета (аметист); псевдохроматический (гр., ложный) – обусловлен включениями посторонних минералов. Например, при рассмотрении тёмного лабрадора под разными углами наблюдается синяя окраска, что обусловлено тонкими включениями ильменита, который изменяет светопреломление. полихромная окраска – изменение цвета при определенных условиях. Например, александрит меняет цвет с зелёного при дневном свете на красный при искусственном освещении. Цвет в порошке или цвет черты. Оставленный на бисквите (фарфоровой пластинке) тонкий порошок более точно характеризует истинную окраску минерала. Подходит для тёмноцветных, непрозрачных и не твёрдых минералов. Например, пирит в куске соломенно-жёлтого цвета, а в порошке чёрного цвета со слабым зеленоватым оттенком; кальцит бывает разного цвета, а черта – белая). Прозрачность. Способность пропускать свет без изменения направления его распространения. Зависит от кристаллической структуры, интенсивности окраски, наличия включений и др.: - прозрачные – пропускают свет по всему объёму, предметы видны как через окно (горный хрусталь); - полупрозрачные – видны очертания предметов, как через матовое стекло (халцедон); - просвечивающие – пропускают свет по тонкому краю или в тонких пластинках (слюда); - непрозрачные – свет не пропускают даже в тонких пластинках (пирит). |