учебное пособие геология инженерные изыскания. Учебное пособие к практическим и лекционным занятиям для студентов очной и заочной форм обучения всех строительных специальностей
 Скачать 2.75 Mb.
|
|
4.1. Магматические горные породы Магматические породы – это породы, образовавшиеся при остывании магмы. В зависимости от условий застывания магмы все магматические породы классифицируются на глубинные (интрузивные), застывшие в глубинах Земли, и излившиеся (эффузивные), застывшие на поверхности Земли. По химическому составу (в зависимости от содержания кремнезема SiO 2 ) делятся на кислые (>65%), средние (52-65%), основные (45-52%) и ультраосновные (<45%). Таблица 4.1. Классификация магматических пород По химическому составу По условиям образования глубинные (интрузивные) излившиеся (эффузивные) палеотипные кайнотипные 1 2 3 4 кислые гранит кварцевый порфир липарит обсидиан средние сиенит полевошпатный порфир трахит диорит порфирит андезит основные габбро диабаз базальт ультраосновные пироксенит дунит 4.1.1. Инженерно-геологическая характеристика магматических пород Магматические породы являются водоупорными сами по себе, но проницаемыми по трещинам, практически несжимаемые, невлагоемкие, морозоустойчивые. Прочность этих пород определяется прежде всего прочностью минералов, а также прочностью связей между ними. Связи в магматических породах – кристаллизационные и благодаря им породы являются монолитными и характеризуются высокой прочностью и твердостью. На прочность пород большое влияние оказывают их структурно-текстурные особенности. Наиболее прочны и устойчивы породы, имеющие полнокристаллические равномерно-, средне- и мелкозернистые структуры. Породы крупнозернистые податливы к разрушению. Наиболее прочными являются породы с массивными текстурами. Запас прочности магматических пород очень высок, что делает их желательным основанием для сооружений. Однако высокая 20 прочность еще не определяет устойчивость, долговечность возводимых на них сооружений. На прочность и устойчивость большое влияние оказывает степень выветрелости пород, степень их трещиноватости и условия залегания. Выветрелые породы, став трещиноватыми, приобретают новое качество – водопроницаемость, что затрудняет возможность их использования. Основными показателями физико- механических свойств магматических пород являются: предел прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии; плотность скелета грунта; коэффициент выветрелости; степень размягчаемости; степень водопроницаемости; структура и текстура. 4.1.2. Формы залегания магматических пород Магма на глубине затвердевает в различные по форме магматические тела: батолиты, лакколиты, штоки и жилы. Батолиты – огромные по площади массивы размерами до нескольких сотен квадратных километров, залегающие глубоко от земной поверхности. Штоки – ответвления от батолитов. Лакколиты – грибообразные выпуклые формы с плоской подошвой, образованных при внедрении магмы между слоями осадочных толщ. Жилы возникают при заполнении магмой трещин в земной коре. Рис.4.1. Основные формы залегания магматических пород: 1-жилы; 2-покров; 3-поток; 4-вулканический конус; 5-батолит; 6-лакколит; 7-толща осадочных пород При прорыве магмы по трещинам к поверхности Земли, магма теряет часть летучих соединений, переходит в состояние лавы и при быстрой смене давления и температуры застывает на поверхности или вблизи её, образуя следующие характерные формы: купола; лавовые покровы – образовавшиеся в результате растекания магмы на поверхности земли; потоки – вытянутые формы, возникшие в результате течения магмы из вулканов. 21 4.2. Метаморфические горные породы Метаморфические породы – это породы, образующиеся в глубинах Земли в результате преобразования или метаморфизма ранее существовавших осадочных или магматических пород под влиянием высокой температуры, давления, действия газовых и водных растворов. Образовавшиеся на поверхности Земли при низких температуре и давлении осадочные породы в результате горообразовательных процессов могут погружаться в более глубокие части земной коры и подвергнуться там метаморфизму. К физическим факторам метаморфизма относятся: 1.Повышение температуры свыше 300 о С, которое ведет к перекристаллизации и частичному переплавлению породы. В процессе влияния температуры создаются полнокристаллические структуры и образуются новые минералы. 2. Повышение или изменение характера давления – всестороннего давления на ориентированное направленное давление, которое называется стресс, которое ведет к раздавливанию породы и образованию характерных только для метаморфических пород сланцеватых текстур. Причиной направленного давления являются тектонические движения земной коры. К химическим факторам метаморфизма относится действие газовых и водных растворов – они действуют на контакте пород, растворяют их и приводят к образованию новых минералов и сильному изменению породы. Растворы активно участвуют в преобразовании пород, являясь переносчиками химических элементов и тепла. В зависимости от факторов выделяются следующие типы метаморфизма: - термальный – от действия температуры; - динамометаморфизм – от действия давления; - контактовый – от действия газовых и водных растворов; - региональный – когда два или несколько факторов действуют одновременно. Все метаморфические породы характеризуются полнокристаллическими структурами, в которых аморфное вещество и пустоты не сохраняются. Для определения пород большое значение имеет текстурный признак, так как он наиболее отчетливо отражает условия, при которых происходило их образование. Этот признак помогает при оценке физических свойств пород, так как тип текстур и положение плоскостей сланцеватости необходимо учитывать при инженерно-геологических исследованиях. 22 Выделяются следующие текстуры: сланцеватая – вся порода при расколе делится на плоскости делимости, т.е. порода состоит из параллельно соединенных между собой пластинчатых минералов (слюдистый сланец, глинистый сланец); полосчатая или гнейсовая текстура – порода состоит из полос, образовавшихся в результате дифференциации (разделения) вещества по удельному весу (гнейс). Для этих текстур характерно свойство анизотропии – изменение свойств с изменением направления; пятнистая – порода состоит из разнообразно окрашенных минералов одного класса (мрамор, яшма). Все вышеназванные текстуры являются неоднородными, но для метаморфических пород характерны и однородные текстуры, которые называют массивными (кварцит, мрамор). Инженерно-геологическая характеристика метаморфических пород. Метаморфические породы, так же, как и магматические, являются водоупорными сами по себе, но проницаемы по трещинам, практически несжимаемы. Благодаря кристаллизационным структурным связям метаморфические породы характеризуются высокой прочностью и твердостью. На прочность пород большое влияние оказывают структурно- текстурные особенности породы. Породы с массивными текстурами прочные крепкие, невлагоемкие, морозоустойчивые (кварцит, яшма). Породы со сланцеватыми и полосчатыми текстурами обладают анизотропией, отсюда пониженные показатели прочности в направлении параллельном полосчатости и сланцеватости. Кроме того, эти породы имеют пониженные показатели морозоустойчивости и сопротивления выветриванию. На прочность пород оказывает влияние также и минеральный состав: породы, состоящие из кварца – прочные и крепкие (кварцит, яшма), породы, состоящие из кальцита (мрамор) под влиянием воды растворяются и легко поддаются выветриванию, что затрудняет возможность их использования в строительстве в этом случае. 4.3. Осадочные горные породы Осадочные породы – образуются на поверхности Земли в результате разрушения метаморфических, магматических и собственно осадочных пород с последующим их переотложением (известняк, мел, гипс, песок, глина). При образовании осадочные породы приходят четыре стадии: 1. Разрушение горных пород происходит под влиянием агентов атмосферы, животных и растительных организмов в ходе процессов выветривания, эрозии, суффозии и т.п. Разрушаются любые породы, находящиеся на поверхности Земли. 23 2. Перенос и отложение – разрушенный материал переносится ветром, льдом, организмами в виде растворов, обломков и пыли, но особенно велика транспортирующая роль водных потоков. В процессе переноса происходит разделение осадочного материала по размерам, по удельному весу и химическому составу. Такое разделение называется дифференциацией осадка. Различают три вида дифференциации: а) механическая – разделение по размерам обломков и удельному весу; б) химическая – осаждение материала по химическому составу; в) органогенная – осаждение материала в результате жизнедеятельности организмов. Образовавшийся осадок должен пройти третью стадию – стадию диагенеза, и тогда он превратится в осадочную горную породу. 3. Диагенез – преобразование осадка в осадочную породу при уплотнении, уменьшении его влажности, цементации, выпадении из растворов и кристаллизации, окисления, гидратации. Этот процесс происходит под влиянием энергии самого осадка. 4. Катагенез – совокупность процессов, влияющих на породу в процессе ее жизни или изменение осадочной породы до начала нового метаморфизма. По месту образования осадочные породы делятся на континентальные и морские. Континент является областью, где происходит разрушение пород и их смыв, поэтому континентальные образования имеют сравнительно небольшую мощность и небольшую площадь распространения. Все континентальные осадочные образования делятся на генетические типы. Генетический тип – это комплекс отложений, образовавшийся в определенном месте под влиянием одного ведущего агента. Генетические типы: элювий; делювий; пролювий; аллювий; эоловые образования; ледниковые отложения; озерные отложения. 4.3.1. Классификация осадочных пород по способу образования По способу образования осадочные породы делятся на: пирокластические; обломочные; глинистые; хемобиогенные. 1. Пирокластические породы – являются промежуточными между магматическими и осадочными породами. Представляют собой обломочный материал, выброшенный вулканом, но цементация обломков происходила на поверхности земли (вулканический туф, пемза). 24 2. Обломочные породы – осадки механического происхождения, образующиеся в результате дробления исходных горных пород под воздействием неравномерного обогрева солнцем, резких суточных колебаний температуры, воздействия на поверхность пород ветра, текучих и атмосферных вод и т.д. В основу классификации обломочных пород положены два принципа: 1) размер обломков или зерен; 2) наличие цемента. Размер зерен или обломков определяется с помощью гранулометрического анализа. Классификация обломочных пород Таблица 4.1 Размер зерен или обломков, мм Наличие цемента Несцементированные Сцементированные окатанные неокатанные окатанные неокатанные Крупнообло- мочные >200 валун глыба 200-10 галька щебень конгломерат брекчия 10-2 гравий дресва конгломерат брекчия Песчаные 2-0,05мм песок песок песчаник Пылеватые 0,05-0,005мм лёсс алевролит Несцементированные породы могут быть либо рыхлыми – зерна не связаны между собой, либо связными. К рыхлым относятся крупнообломочные и песчаные породы, к связным относятся пылеватые и глинистые. 3. К глинистым породам относятся породы, в которых преобладают частицы размером меньше 0,005 мм. Основными свойствами глинистых пород являются: пластичность – способность принимать под давлением любую форму и удерживать ее после устранения давления; связность – способность не рассыпаться после высыхания; связывающая способность – способность скреплять куски непластичных веществ; влагоемкость – свойство поглощения большого количества воды; огнеупорность – способность выдерживать высокую температуру. По наличию цемента глинистые породы делятся на: 1) связные (несцементированные); 2) сцементированные. Глинистые связные грунты в инженерной геологии и строительстве по содержанию глинистых частиц делятся на: 1) глины – глинистых частиц >30%; 25 2) суглинки – глинистых частиц 10-30%; 3) супесь – глинистых частиц 3-10%. Глинистые сцементированные породы называются аргиллитами. 4. Хемобиогенные породы образуются в результате химических процессов или за счет накопления продуктов жизнедеятельности организмов беспозвоночных. Химические осадочные породы формируются на дне водоемов в результате выпадения веществ из истинных водных растворов поверхностных или подземных вод. В основу классификации хемобиогенных пород положен химический принцип и выделяются основные группы пород: карбонатные – известняк, доломит, мел, мергель; кремнистые – диатомит, опока; сульфатные – гипс, ангидрит; соляные – каменная соль. 4.3.2. Структура и текстура осадочных пород К отличительным особенностям осадочных пород следует отнести: – слоистость; – пористость; – наличие остатков флоры и фауны; – зависимость состава и свойств пород от климатических условий и среды осаждения. Крупнообломочные породы имеют обломочные структуры. Песчаные породы имеют зернистые структуры. Пылеватые породы – пылеватые структуры. Глинистые породы – глинистые структуры. При определении структуры обломочных пород необходимо учитывать соотношение обломков и цемента, по этому соотношению выделяются следующие типы цемента: базальный – цемента много, зерна погружены в него; пленочный – цемент образует пленку вокруг зерен, контакт осуществляется через пленку цемента; поровый – цемент заполняет поры между зернами породы; поровопленочный; контактный – цемент расположен на контакте между зернами породы. Тип цемента определяет прочность породы и водопроницаемость. Основными текстурами осадочных пород является слоистость и пористость. Слоистость – чередование слоев; Слой – геологическое тело, имеющее более или менее выдержанный состав по простиранию. Границы, разделяющие слои, называются 26 поверхностями напластования. Верхняя поверхность слоя называется кровлей, нижняя – подошвой. Кратчайшее расстояние между ними называется мощностью слоя. Если слой быстро выклинивается, то он называется линзой. Рис. 4.2. Формы залегания осадочных пород: 1 – параллельное напластование: аа’ – кровля пласта, бб’ – подошва пласта, вв’ – мощность пласта; 2 – выклинивание пласта; 3 – линзы; 4 – шток; 5 – мешок или карман; 6 – вал; 7 – шлейф Слоистость может выделяться по цвету, по составу пород по структурным признакам. По форме различают следующие виды слоистости: горизонтальные; наклонные, волнистые; косые. Горизонтальная слоистость свойственна осадкам, отлагавшимся в спокойной воде озера или на умеренной глубине моря, наклонная – на наклонной поверхности дна глубоких частей моря или озера, косые – характеризуют условия переменного течения струй водного потока. Слоистость является основной формой залегания осадочных горных пород. Наличие пор и пустот в породе называется пористость. Принято различать следующие виды пористости: крупная пористость называется кавернозностью; макропористость – поры, видимые невооруженным глазом; микропористость – поры, видимые под микроскопом (для пылевато-глинистых пород). 27 4.3.3. Инженерно-геологическая характеристика осадочных пород Осадочные породы представляют группу пород с различными показателями прочности. Каждая порода получила свою инженерно- геологическую характеристику, здесь же мы остановимся на общих особенностях пород. Прочность обломочных пород определяется прочностью цемента. Наиболее прочными являются породы с кремнистым цементом. На прочность хемобиогенных пород оказывает влияние минеральный состав и структурно-текстурные особенности породы. С породами, в состав которых входят кальцит, доломит, гипс, ангидрит, галит, связаны явления карста. Наиболее низкими показателями прочности обладают мелкообломочные и глинистые несцементированные породы. Они изменяют свойства при взаимодействии с водой: переходят в пластичное и текучее состояние, обладают набуханием (монтмориллонитовые глины), просадочностью (лесс) и сжимаемостью. Возведение сооружений на таких грунтах требует особого внимания. 4.4. Контрольные задания по теме «Горные породы» Задача 4.1. Из числа указанных пород необходимо выделить магматические, осадочные и метаморфические породы. Дайте характеристику одной из осадочных пород, укажите применимость в строительной деятельности человека [2]. Варианты Горные породы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Диорит, диабаз, торф, известняк, опока, супесь Известняк, аргиллит, базальт, сланец, мрамор, глина Доломит, глина, алевролит, гипс, ил, песок Глина, ангидрит, трахит, доломит, каменная соль Кварцит, сиенит, известняк, каменная соль, супесь Гнейс, мрамор, диабаз, ангидрит, глина, гравий Известняк, суглинок, порфирит, мергель, гипс, торф Опока, известняк, габбро, каменная соль, кварцит, глина Гнейс, доломит, конгломерат, базальт, трахит, кварцит Порфирит, брекчия, алевролит, габбро, сланец, лёсс Диорит, гипс, песок, опока, мергель, гнейс Трахит, аргиллит, базальт, сланец, мрамор, брекчия Опока, глина, диорит, гипс, кварцит, песок Липарит, доломит, мрамор, каменная соль, сланец, аргиллит Обсидиан, песок, сиенит, алевролит, опока, диабаз Пример ответа: Из перечисленных пород (гранит, гипс, песок, известняк, мергель, суглинок), гранит относится к магматическим породам; песок, суглинок, гипс, известняк и мергель относятся к осадочным породам. Суглинок относится к глинистым (частицы менее 0,005 мм) связным 28 осадочным горным породам, содержит кварц, полевой шпат, глинистые минералы, гидроокислы железа. Цвет – буровато-коричневый, структура – алевритовая, текстура – массивная, слоистая, пористая. Суглинок прочный в сухом состоянии, но менее чем глина, при увлажнении пластичный. Применяется для изготовления кирпича и в силикатной промышленности. Суглинки, обладающие лессовидностью, являются просадочными грунтами. |