Горные породы биохимического происхождения

Породы биохимического происхождения. В зависимости от состава выделяют кремнистые (трепел, опоки, некоторые яшмы), карбонатные (известняки, доломиты, мергели) и фосфатные породы.

Кремнистые породы частично или полностью состоят из кремнезема или скелетов кремневых организмов. Встречаются они в виде пластов, прослоев, конкреций среди других осадочных пород.
Известняки сложены главным образов минералами группы кальцита и скелетами известняковых организмов.
Доломиты на 90-95% состоят из минерала доломита с небольшой примесью кальцита, халцедона, органического вещества.

Фосфатные горные породы

Фосфатные породы представлены различными осадочными образованиями, содержащими не менее 10% Р2О5. С ними связаны промышленные месторождения фосфатов. Для всей этой группы пород характерны слоистые, конкреционные, оолитовые, сферолитовые, органогенные и обломочные текстуры и структуры.

18) Объектом изучения инженерной геологии являются грунты – почвы и горные породы любого состава и генезиса, изучаемые как основания фундаментов различных инженерных сооружений, как среда и материал для их возведения, а также инженерно-геологические процессы и явления.

Инженерно- геологическая классификация грунтов: грунты подразделяются на следующие группы: а) скальные грунты - изверженные, метаморфические и осадочные с жесткой связью между зернами, залегающие в виде сплошного массива. Прочность скальных грунтов высокая. Кроме прочности на сжатие к одним из основных свойств скальных грунтов относятся сопротивление их сдвигу и водопроницаемость. Водопроницаемость скальных грунтов зависит от степени их трещиноватости и пористости. Монолитные скальные породы практически водонепроницаемы.
б) полускальные грунты - также обладают жесткими структурными связями. К ним относятся трещиноватые и выветрелые скальные грунты, в основном осадочные и некоторые метаморфические горные породы. К практически нерастворимым полускальным грунтам относятся опоки, трепелы, диатомиты, алевролиты, аргиллиты, глинистые и некоторые сланцы. Растворимыми грунтами являются гипсы, ангидриты, трещиноватые известняки и доломиты, каменная соль, известковые туфы.. Водопроницаемость обусловлена первичной пористостью и вторичной трещиноватостью, кавернозностью, величина которой определяется главным образом размером трещин и карстовых пустот.
в) грунты с мягкими структурными связями. К таким грунтам относятся осадочные глинистые, пылеватые и смешанные породы (глины, суглинки, лёсс, супеси), илы. Свойства этих грунтов определяются их гранулометрическим и минеральным составом, структурой и текстурой. Пористость их обычно высокая до 50-60 %, но водопроницаемость либо незначительна, либо практически отсутствует. Характерной особенностью мягких грунтов является изменение свойств грунта в зависимости от влажности (набухание, пластичность, липкость, просадочность и др.).
г) грунты, не имеющие структурных связей. Эта группа представлена рыхлыми, несвязанными грунтами (гравий, галечник, дресва, щебень, различные пески). Прочность их обусловлена силами трения, пористостью, размерами, формой, составом обломков и уменьшается при увлажнении.
При статических нагрузках слабо или практически несжимаемы.
Рыхлые несвязные грунты не обладают пластичностью, но некоторые разновидности, насыщенные водой могут переходить в плывунное состояние. Обычно водопроницаемы, не влагоемки или слабовлагоемки, обладают капиллярными свойствами.

д) искусственные грунты. Искусственные грунты – это грунты, сформировавшиеся в результате деятельности человека. Они подразделяются на культурные – сформировавшиеся на месте древних и современных поселений человека и техногенные образования. Последние возникли и формируются под действием инженерной деятельности человека (терриконы, грунты в теле дамб, насыпей, шлаковые отходы и др.).
По составу они обычно связные или слабосвязные.
В заключение следует отметить, что грунты всех классов со временем могут изменяться под действием природных геологических факторов и деятельности человека. При этом свойства грунтов, как правило, ухудшаются.

19)физич.св-ва грунтов: плотность, влажность, прочность, сцепление, кусковатость, разрыхляемость, угол естественного откоса и размываемость.

Плотностью р называется отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объему. Плотность песчаных и глинистых грунтов — 1,5...2 т/м3; полускальных неразрыхленных грунтов — 2......2,5 т/м3, скальных — более 2,5 т/м3.

Влажностью w называется отношение массы воды в порах грунта к массе его твердых частиц (в процентах). Грунты влажностью до 5 % считают сухими, свыше 30 % — мокрыми, а от 5 до 30 % — нормальной влажности.

Прочность грунтов характеризуется их способностью сопротивляться внешним силовым воздействиям. Для оценки прочности горных пород и грунтов пользуются коэффициентом крепости по М. М. Протодьяконову. Косвенными показателями прочности грунтов являются скорость их бурения.

Сцепление определяется начальным сопротивлением грунта сдвигу и зависит от вида грунта и степени его влажности. Сцепление песчаных грунтов — 0,03......0,05 МПа, глинистых — 0,05......0,3МПа, полускальных —0,3...4МПа и скальных — более 4 МПа.

Кусковатость разрыхленной массы (гранулометрический состав) характеризуется процентным содержанием различных фракций.

Разрыхляемость — это способность грунта увеличиваться в объеме при разработке вследствие потери связи между частицами. Увеличение объема грунта характеризуется коэффициентами первоначального и остаточного разрыхления. Коэффициент первоначального разрыхления kp представляет собой отношение объема разрыхленного грунта к его объему в природном состоянии; для песчаных грунтов kр = 1,15... 1,2, для глинистых kр = 1,2...1,3, для полускальных и скальных грунтов при взрывании «на встряхивание» kp изменяется от 1,1 до 1,2, а при взрывании «на развал» — от 1,25 до 1,6 (при большой кусковатости до 2).

Угол естественного откоса характеризуется физическими свойствами грунта, при котором он находится в состоянии предельного равновесия. Величина угла естественного откоса зависит от угла внутреннего трения, силы сцепления и давления вышележащих слоев грунта. При отсутствии сил сцепления предельный угол естественного откоса равен углу внутреннего трения. В соответствии с этим крутизна откосов выемок и насыпей, выражаемая отношением высоты к заложению (h/а = 1/m, где т — коэффициент откоса), для постоянных и временных земляных сооружений различна.

20) Плотностью р называется отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объему. Плотность песчаных и глинистых грунтов — 1,5...2 т/м3; полускальных неразрыхленных грунтов — 2......2,5 т/м3, скальных — более 2,5 т/м3.

21) Липкостью называют способность грунтов при определении влажности прилипать к поверхности различных материалов. Липкость является отрицательным свойством грунтов, а во всех необходимых случаях требуется, оценивать грунт с этой стороны.

По мере увеличения влажности липкость быстро растет и достигает максимального значения, когда силы притяжения воды к грунтовым частицам и к предметам, соприкасающимся с ними, становятся одинаковыми. При дальнейшем увеличении влажности липкость резко уменьшается. Липкость связана с консистенцией грунта. Начало прилипания наблюдается при мягкоплас-тичной консистенции; при текуче-пластичной консистенции прилипание резко уменьшается.

Размокаемость представляет собой процесс полной или частичной утраты грунтом прочности под действием спокойной воды. Этот процесс характеризуется определенной продолжительностью, характером распада грунта и его конечной влажностью. Способность к размоканию понижается по мере перехода от мелких суглинков к глинам и от очень пористых к малопористым грунтам. Чем меньше исходная влажность, тем энергичнее происходит распад грунта. При естественном сложении грунт распадается медленнее, чем при нарушенном. О способности грунтов к размоканию необходимо знать при обеспечении устойчивости стенок и откосов котлованов и земляных сооружений, заполненных водой.

Набухание — это способность грунтов увеличиваться в объеме в результате поглощения воды. Набухание характеризуется коэффициентом набухан,я, представляющим собой отношение объема грунта после набухания к первоначальному объему. Набухание грунтов также характеризуется давлением набухания, влажностью набухания и относительной усадкой при высыхании.

Число пластичности Ip — это характеристика грунтов, отражающая их способность удерживать воду. Вычисляется как разность между пределами текучести и раската, то есть это процентное содержание воды, которое придётся добавить к грунту, чтобы он из пластичного состояния перешел в текучее. На основе числа пластичности базируется классификация глинистых грунтов.

Под консистенцией понимается степень подвижности слагающих грунт частиц при механическом воздействии. Форма консистенции глинистых грунтов определяет несущие свойства их, а следовательно, и их поведение под сооружениями.

22)

Особые свойства глинистых пород во многом определяются кристаллохимическими особенностями глинистых минералов и их высокой дисперсностью (то есть чрезвычайно малым размером частиц) [3]. Наиболее типичным примером особого кристаллохимического строения могут служить монтмориллонит и смешанослойные глинистые минералы, которые имеют раздвижную кристаллическую решетку. При гидратации этих минералов (при взаимодействии с водой) молекулы воды могут входить в промежутки между элементарными слоями кристаллической решетки и существенно раздвигать их. Глинистые минералы обладают высокой способностью к ионному обмену, то есть замене некоторых ионов на поверхности и в кристаллической решетке частиц на ионы, поступающие из раствора. Отмеченные особенности глинистых минералов, совместно с их высокой дисперсностью, а потому и чрезвычайно развитой поверхностью, обусловливают очень большую адсорбционную способность - способность активно поглощать из растворов различные вещества и химические элементы.

Важным также является то, что частицы глинистых минералов, находясь в воде, гидратируются (взаимодействуют с молекулами воды). При этом поверхность частиц обычно заряжается отрицательно и вокруг них притягиваются гидратированные противоионы. В результате этого процесса формируются так называемые двойные электрические слои (ДЭС). Иными словами, при взаимодействии с водой вокруг глинистых частиц образуются тонкие пленки воды, оказывающие колоссальное влияние на свойства глинистых пород.

 

23) Механическими называют свойства, которые оказывают решающее влияние на деформацию и прочность грунта под нагрузкой.
Деформации грунтов под нагрузкой сопровождаются сложными процессами: сжатием твердых частиц, сжатием воды и воздуха, находящихся в порах грунта, разрушением связей между частицами и их взаимным смещением, изменением толщины пленок воды и отжатием свободной воды из пор грунта.
Эти процессы приводят к деформациям, которые можно разделить на упругие, т. е. исчезающие после снятия нагрузки, и остаточные.
Нагрузку на грунтовое основание можно увеличивать до тех пор, пока не наступает резкого увеличения деформаций основания, связанного с развитием в нем сдвигов. Чем выше сопротивляемость грунта сдвигу, тем большую нагрузку он может воспринять.
Сопротивление грунта сдвигу. Прочность грунтов в основании зависит главным образом от сопротивления сдвигу частиц относительно друг друга вследствие наличия между ними сил трения и сцепления. Сопротивление взаимному сдвигу двух частиц или двух групп частиц можно схематически проиллюстрировать на примере сдвига двух тел.
Сжимаемость грунтов и их компрессионные испытания. Модуль деформации грунтов. Характерные свойства грунтов изменять под воздействием нагрузки свой, объем вследствие упругого обжатия или обжатия со взаимным перемещением частиц без нарушения сплошности называют их деформативными свойствами. Основными характеристиками деформативных свойств грунтов являются модуль общей деформации и коэффициент бокового расширения.

Деформационные свойства характеризуют поведение грунта под нагрузками, не превышающими критические и, следовательно, не приводящими к разрушению. Эти свойства можно выразить двумя парами показателей: либо модулем деформации и коэффициентом Пуассона, либо модулями сдвига и объемного сжатия.

Прочностные свойства характеризуют поведение грунта под нагрузками, равными или превышающими критические, и определяются только при разрушении грунта. Сдвиг и разрыв — два основных механизма потери прочности телом. Сдвиг происходит под действием касательных сил; при сдвиге одна часть тела перемещается относительно другой. Разрыв тела происходит под действием нормальных растягивающих, сил и морфологически выражается в виде трещин и отделении одной части тела от другой.Основным показателем прочности грунтов является их сопротивление сдвигу; сопротивление разрыву определяется значительно реже. В практике инженерно-геологических изысканий часто определяют сопротивление грунтов одноосному сжатию..

24) Сопротивление грунтов сдвигу является их важнейшим прочностным показателем. Оно необходимо для расчета устойчивости и прочности оснований, оценки устойчивости откосов, расчета давления грунтов на подпорные стенки и других инженерных расчетов.

Разрушение грунта основания под фундаментом сооружения наступает, если действующие здесь касательные напряжения превышают сопротивление грунта сдвигу. Разрушение проявляется в виде скольжения (сдвига) грунтовых агрегатов или отдельных частиц относительно друг друга.

Сопротивление грунта сдвигу обусловливается силами трения и сцепления (связности). И хотя четкого разделения сопротивления сдвигу на силы трения и сцепления не существует, прочностными (сдвиговыми) характеристиками грунта являются удельное сцепление - с, МПа, и угол внутреннего трения j,град. Эти характеристики являются параметрами линейной зависимости t = f(p), которая была установлена в 1773 году Ш.Кулоном. Для песчаных грунтов эта зависимость выражается формулой t = p tg j,где t - сопротивление грунта сдвигу (срезу), МПа; p - вертикальное давление на грунт, МПа; tg j - коэффициент внутреннего трения; j - угол внутреннего трения, град.Сопротивление песчаных грунтов сдвигу - есть сопротивление трению, прямо пропорциональное нормальному давлению. Силы сцепления в сыпучих грунтах незначительны и ими часто пренебрегают.Графически указанная зависимость изображается прямой, проходящей через начало координат.В глинистых грунтах сопротивление сдвигу рассматривается как сумма сопротивлений трению и сцеплению частиц грунта, не зависящего от давления, т.е t =p · tg j + C, где С - удельное сцепление грунта.Графически указанная зависимость изображается прямой, отсекающей отрезок на оси ординат. Угол внутреннего трения является углом наклона этой прямой к оси абсцисс.

Для определения сопротивления грунтов сдвигу проводится их испытание на сдвиг. Чаще всего сопротивление сдвигу определяется в приборах прямого сдвига. Основой этого прибора являются две несвязанные между собой обоймы с гнездом для образца.

25) Компрессионные испытания — наиболее распространенный вид лабораторных исследований для определения деформационных характеристик (свойств) грунтов. Компрессия — это процесс сжатия фунта без возможности бокового расширения (εх=εy=0), т.е. уплотнение образца без его разрушения

По значениям е, для различных напряжений строим кривую e=ƒ(P), которую назьгвают компрессионной кривой.

Рис. 5.5. Компрессионные кривые (а) и зависимости изменения относительных деформаций от напряжений (б): 1 — кривая компрессии (уплотнения); 2 — кривая декомпрессии (набухания); ε₀— относительная пластическая деформация; ε_y — то же, упругая

26) Если говорить об использовании натурального камня в строительстве, то в этом смысле одним из важнейших его свойств является прочность, от которой зависит износостойкость материала. Чем прочнее камень, тем дольше он прослужит.
В зависимости от твердости минералов, входящих в состав горной породы и в значительной степени определяющих ее свойства, камни условно делятся на три группы:
прочные – кварциты, граниты, габбро;
средней прочности – мрамор, известняки, травертины;
низкой прочности – рыхлые известняки, туфы.

27)Физ.св-ва: В первую очередь к физическим свойствам относятся: удельная и объемная масса, а также скважность (порозность) грунтов.
Отношение твердой фазы сухой почвы к весу равного объема воды при температуре 4 °С называется удельной массой. Она напрямую зависит от содержания в поч-вогрунте органических веществ и минерального состава субстрата. Если удельная масса составляет 2,5-2,6 г/см3, значит, в почве низкое содержание органики.
Масса сухого грунта ненарушенного монолита называется объемной. Данный показатель определяет структурное состояние почвы. Большой объемной массой обладают минеральные субстраты (более 1,5-1,8 г/см3).
Скважность характеризуется соотношением между объемной и удельной массами почвогрунтов. Идеально расти и развиваться растения будут при порозности, равной 70-75%.
Пористость аэрации — объем общей пористости и объем воды, содержащейся в почве, — также является физическим свойством грунтов. Ее оптимальный показатель должен составлять 60-70%.

Хим.св-ва:Почвенный воздух играет значительную роль в процессе роста и развития растений. Он сильно отличается от атмосферного, так как содержит меньше кислорода и больше углекислоты.
Кислород принимает активное участие в окислительно-восстановительных процессах, происходящих в растениях и почвогрунтах. Оптимальный показатель содержания кислорода должен быть не менее 15%. Углекислый газ способствует растворению питательных компонентов в субстрате, которые затем с легкостью усваиваются растениями.
Если почвогрунты увлажнены в избытке, то содержание кислорода, как правило, доходит до минимума, а углекислоты — до максимума (19-20%). Кроме того, может произойти накопление отравляющих растения газов: аммиака, метана, азота.
Структура почвогрунтов должна быть прочной и сохраняться в течение длительного времени. Наиболее ценной считается комковая и мелкозернистая структура субстратов.

 

Тиксотропные явления в глинистых грунтах - способность грунтов под влиянием механического воздействия, например встряхивания, размешивания, вибрации разжижаться и переходить в золи или суспензии и затем, когда это воздействие устранено, восстанавливать прежнее гелеобразное состояние.

28) Дисперсные грунты представляют собой многофазную систему. Они состоят из двух или более веществ, распределённых одно в другом. Примером такой системы является глинистая суспензия, состоящая из мелких глинистых частиц, равномерно распределённых в воде. В качестве непрерывной среды или дисперсной среды здесь является вода, а в качестве дисперсной фазы – распределённой вещество – глинистые частицы. В дисперсных грунтах наблюдается тесное взаимодействие твёрдой, жидкой и газовой фаз. В зависимости от условий существований грунта значение этих фаз меняется и вместе с этим меняются и физико – механических свойств грунтов, поэтому в механике грунтов, изучающей эти свойства, все грунты разделяются по принципу соотношения фаз на три группы – 1 ) однофазные 2) двухфазные 3) т рёхфазны е.
Однофазные – это сухие грунты (обычно песчаные), состоящие из твёрдой и газообразной фазы. Однофазными их называют потому, что газообразная часть в данном случае практически не влияет на механические свойства грунтов.
Двухфазные грунты состоят практически из твёрдой части и воды, т.е. это водонасыщенные грунты.
Трёхфазные – это грунты, в порах которых содержатся вода и воздух, причём воздух в оценке свойств грунта начинает играть заметную роль.

29) В классификации все многообразие грунтов подразделено на классы природных:скальных, дисперсных и мёрзлых грунтов. Характеристика классов грунтов по ГОСТ25100:Все грунты по природе структурных связей разделены на три класса: скальные (с жесткими кристаллизационными и цементационными связями), дисперсные (с физическими, физико-химическими и механическими связями) и мерзлые (имеющие, наряду со связями, существующими в немерзлых грунтах, криогенные связи). Класс скальных грунтов подразделен на два подкласса – грунты с прочными связями и грунты с ослабленными связями (полускальные). Класс дисперсных грунтов объединяет подклассы связных и несвязных грунтов. В классе мерзлых грунтов выделены подклассы: скальных мерзлых, полускальных мерзлых, дисперсных мерзлых и ледяных грунтов. Классификационным признаком для деления классов (подклассов) на типы выбран генезис(происхождение) грунтов. Классификация грунтов по видам основана на их вещественном составе. С учетом практики инженерных изысканий в данной классификации выделены только основные, наиболее широко распространенные подвиды грунтов. Подразделение скальных, дисперсных и мерзлых грунтов на разновидности (частные классификации) проводится на основании определения их частных свойств.

30) К числу показателей I класса относятся показатели, прямым образом характеризующие прочность грунтов, вязкость, водопроницаемость, плотность, удельный вес и т.д. Эти показатели должны характеризовать природные свойства грунтов, поэтому они подлежат определению на основе изучения лишь образцов с ненарушенной структурой, т.е. монолитов, взятых из шурфов, шахт, штолен и из скважин, с извлечением их в необходимых случаях из толщи специальными приборами — грунтоносами.

Показатели II класса дают лишь общую характеристику породы по ее составу и состоянию.

Характеристики II класса, как правило, определяются на образцах грунта с нарушенной структурой и непосредственно в расчетах не используются.

Показатели I класса нередко называются физико-техническими, а показатели II класса — физическими характеристиками грунтов

.