Горные породы и их роль в строительстве

Горные породы – это материал, из которого состоит земная кора, представляющая собой поверхностный слой твёрдой оболочки Земли. За геологическое время форма поверхности земной коры многократно изменялась. Отдельные её участки опускались и становились дном морей, другие поднимались и образовывали горы. Опустившиеся горные породы преобразовывались, а поднявшиеся разрушались.

Геологическое время – это отрезок времени в физической истории нашей планеты, который геологи, изучающие её, делят на пять эр. Самая древняя архейская эра, за ней идут протерозойская, мезозойская и кайнозойская (новая) эра. Кайнозойская эру делят на три периода: палеоген, неоген и современный четвертичный период, длительность которого около миллиона лет.

В инженерной геологии принято делить породы на коренные (образовавшиеся до четвертичного периода) и четвертичные. Коренные породы обычно представлены скальными или уплотнёнными песчаными и глинистыми породами, а среди четвертичных отложений преобладают рыхлые образования. По условиям образования все горные породы делятся на три группы: изверженные (магматические), осадочные и метаморфические. Изверженные породы представляют собой застывшую магму. Чем выше давление и медленнее остывание магмы, тем полнее развивается её кристаллизация. Поэтому глубинные интрузивные породы (граниты, сиениты) обычно отличаются хорошо выраженной кристаллической структурой.

Гипабиссальные породы (порфиры, диабазы) имеют неполную кристаллическую структуру, а эффузивные породы (андезиты, базальты) характеризуются неполнокристаллической и стекловатной структурой.

Осадочные породы образуются в результате распада любых пород в поверхностных частях земной коры или при выпадении осадков из водной и воздушной среды. Разрушение пород происходит в результате физического (механического, термического) и химического выветривания. По размерам они подразделяются на остроугольные глыбы и окатанные валуны размером более 200мм. и далее по убыванию размеров соответственно на щебень и гальку (10 – 200)мм.; дресва и гравий (2 – 10)мм.; песчаные породы (0.05 – 2)мм.; пылеватые (0.005 – 0.05)мм. и глинистые – менее 0.005мм. Основным свойством глинистых пород является их пластичность во влажном состоянии и способность сохранять приданную им форму при высыхании. По степени пластичности глинистые породы подразделяются на супеси, суглинки и глины.

Если илистые породы обладают значительной пористостью и включают в себя известь, цементирующую их частицы, то это лессовидные породы или лёсы. Они легко размокают и здание, построенное на лёсах, даёт большую просадку. Илами или илистыми породами называют глинистые породы, отложившиеся на дне водоёмов.
Осадочные породы под влиянием внешнего давления, отложения солей могут цементироваться и превращаться в скальные и полускальные породы. Цементом служат различные вещества, содержащиеся в подземных водах. Например, кремнистые, железистые, карбонатные, гипсовые и глинистые вещества. Сцементированными глинистыми породами являются твёрдые аргиллиты, мягкие алевролиты. Песок цементируется в песчаник, галечник – в конгломерат, щебень и дресва – в брекчию.

Породы химического и органического происхождения образуются в водной среде и подразделяются на карбонатные, кремнистые и соляные. В группы карбонатных пород относятся известняки СаСО3, доломиты СаМg(Co3)2 и мергели. Если известковая порода содержит 20% глинистой примеси, то это глинистый известняк. Если глин 20 – 30% - известковый мергель, и если глин 30 – 50% - мергель. К соляным породам относится гипс, ангидрит и каменная соль, которые образовываются при усыхании морских бассейнов.
Одним из самых опасных видов грунтов являются истинные плывуны. Они состоят из отдельных песчинок, которые не соприкасаются друг с другом, и окружены глинистыми коллоидно-дисперсными хлопьями, обладающими большой влажностью (50%) и высокой пористостью (40-60%). Если структура находится в покое, то по плывуну можно ходить, но при вибрации прочность уменьшается, и плывун начинает течь как жидкость. Коллоидные системы напоминают густые студни, называемые гелями (от латинского слова гелиус – лёд). В обычных условиях насыщенные водой глинистые и истинные плывуны находятся в состоянии геля, но если их энергично встряхнуть, они мгновенно переходят в золь (от латинского слова солюцио – раствор). Большинство глин обладают способностью к уплотнению, что вызывает оседание (просадку) зданий, но есть глины обладающие способностью разбухать при увлажнении, увеличивая свой объём на 20%.

Они называются монтмориллонитовыми или шоколадными глинами. Сила набухания достигает 40 – 50 тонн на 1 м2. Лёсовые породы, состоящие из мельчайших пылевых частиц и большими в 2 – 3 мм порами, образовались путём отложения и накопления пыли, принесённой ветром. По другой гипотезе лёс является породой водного происхождения, появившейся при таянии ледников. В сухом виде лессовые породы в котлованах образуют строго вертикальные откосы, но при увлажнении они сразу начинают оползать. На лессовых породах формируется чернозём, из них изготавливают самый лучший красный кирпич. Но по ним особенно опасно прокладывать оросительные каналы, водопроводы, канализации.

Метаморфические породы образуются из опущенных на большую глубину изверженных и осадочных пород в результате воздействия на них высокой температуры и давления. По своей структуре это кристаллические породы, сланцеватые, слоистые, волокнистые и очковые, в которых присутствуют зёрна минералов. Они подразделяются на: гнейсы – крепкие кристаллические породы; различные сланцы (глинистые, слюдяные); кварциты – светлые, плотные, массивные и очень прочные породы; а также мраморы, которые образуются при метаморфизации известняков.