инженерная геология на железной дороге

все в содержании. ...

1. Объясните значение инженерной геологии для строительства железных дорог, промышленных и гражданских сооружений и их эксплуатации. Охарактеризуйте элементы геологической среды. Опишите строение Земной коры.

2. Охарактеризуйте породообразующие минералы. Перечислите их основные физические свойства. Дайте определение основных генетических групп горных пород (магматических, осадочных и метаморфических). Охарактеризуйте каждую группу как основание сооружений и строительный материал. Опишите минералы (табл. 1) и породы (табл. 2), отвечая на вопросы, помещенные в примечаниях к этим таблицам.

3.Назовите основные физико-механические свойства горных пород, необходимые для проектирования и строительства. Опишите условия образования и строительные свойства болотных отложений.
4.Перечислите методы определения абсолютного и относительного возраста пород. Пользуясь данными табл. 4 и 5, назовите эры и периоды геологической истории Земли, их период с начала эр, продолжительность. Назовите основные этапы развития органического мира, свойственные для этих периодов.
5. Опишите сущность процессов внутренней динамики Земли (эндогенных процессов). Приведите схемы нарушений форм залегания пород (табл. 6). Покажите зависимость силы землетрясения от геоморфологического строения участка, состава и обводненности пород.
6. Объясните сущность процессов внешней динамики Земли (экзогенных процессов). Опишите процессы и возможные защитные мероприятия.
7. Приведите классификации подземных вод. Сформулируйте основные законы фильтрации подземных вод. Назовите требования к питьевой воде.
Объясните причины агрессивности воды к бетону и металлу.
8.Охарактеризуйте инженерно-геологические изыскания. Опишите методы инженерно-геологических исследований.
9. Постройте инженерно-геологический разрез по скважинам пользуясь и методическими указаниями

все в содержании.

Химический состав непостоянный. Широко меняются отношения Mg:, Fe…, Al:, Fe…; К преобладает над Na; известны разности, содержание до 0,3% фтора. Почти всегда содержится TiO2 обычно в ко,личествах 0,1-1.25%. Цвет зеленый или бурый цвет разных оттенков. Цвет черты - зеленовато-бурый.Блеск стеклянный.Излом: ступенчато-неровный.Твердость 5-6. Спайность по призме {110} совершенная под углом 124° . По {001} несовершенная. Реакция с HCl: не растворяетсяОсобые признаки: кристаллы легко узнаются по внешнему облику и углу между спайностями (124°), обычно темнозеленому или темнобурому цвету. Перед паяльной трубкой с трудом плавится в темнозеленое стекло. В кислотах не растворяется. Разлагается лишь после предварительного сплавления.Кальцит CaСО3 относится к классу карбонаты, группе кальцитов.Химический состав CaO-56%, CO2 – 44%. Примеси: Мg,Fe, Mn, гораздо реже Zn,St,Pb,Ba,Y. Механические примеси бывают представлены бруситом и доломитом, окисью железа, гидроокислом железа,газами, глинистым веществом.Цвет бесцветный, молочно-белый, но бывает окрашен примесями в различные оттенки: серый, розовый, бурый, черный. Цвет черты – белый.Блеск стеклянный.Излом: раковистый.Твердость 3. Спайность тригональная.Реакция с HCl:  взаимодействует с бурным выделением диоксида углерода.Особые признаки: в крупнокристаллических разностях легко узнается по ромбоэдру спайности, сравнительно низкой твердости и бурной реакции с HCl. Перед паяльной трубкой растрескивается с выделением CO2.Сиенит –  магматическая интрузивная горная порода.Происхождение: Образуется при кристаллизации магмы, богатой К2O и бедной SiO2. Cиенит залегает в краевых зонах гранитных массивов, реже в виде самостоятельных небольших интрузивных тел: штоков, жил. Известково-щелочные сиениты образуют лакколиты или слагают краевые зоны массивов нефелиновых сиенитов.По составу  - полевые шпаты (ортоклаз или микроклина и плагиоклаза) — 80-85% и темноцветных минералов (пироксена, роговая обманка, биотита) — 10-20%. Содержание кварца 0-5%. Акцессорные минералы — сфен, апатит, магнетит.Структура полнокристаллическая, иногда порфировая, среднезернистая.Текстура массивная.Цвет белый, розовый, красный.Реакция с HCl: не реагирует.Практическое значение: Сиениты используются в строительстве как бутовый и облицовочный камень.Мергель – осадочная горная порода.Происхождение: Мергель образуется в результате одновременного осаждения карбонатного и глинистого материала в морских, лагунных и озерных бассейнах, как пресноводных, так и нормальной солености.По составу  — однородная смесь глинистых и карбонатных (кальцита или доломита) минералов, содержащихся приблизительно в равных количествах. Характерно обилие остатков ископаемой фауны.Структура тонкозернистая (размер частиц менее 0,01 мм).Текстура слоистая, часто тонкослоистая.Цвет белый, светло-серый, желтоватый или зеленоватый, реже — темно-серый, буроватый или красноватый; иногда окраска пёстрая, меняющаяся послойно.Реакция с HCl: бурно вскипает при реакции с соляной кислотой. Капля кислоты после реакции оставляет грязное пятно (нерастворимый глинистый остаток).Практическое значение: используется в качестве сырья в производстве портланд- и романцемента. Наибольшую ценность представляют натуралы — мергели, пригодные для получения портландцемента без дополнительных добавок.При описании горных пород следует указать: происхождение, минералогический состав, структуру, текстуру, цвет, реакцию с HCL, практическое применениеСкарн- контактово-метасоматическая горная порода.Происхождение: Скарн образуется вблизи интрузии, в случае, если вмещающие породы резко отличаются от интрузивных пород по химическому составу. Скарн является продуктом реакционного взаимодействия контактирующих между собой карбонатных и алюмосиликатных пород при участии высокотемпературных постмагматических растворов в условиях прогрева внедрившейся силикатной  магмой. Состав: Главными минералами известковых скарнов являются пироксен и гранат, хотя иногда встречаются везувиановые или волластонитовые скарны. Пироксен как правило имеет диопсид-геденбергитовый состав, а гранат - горссуляр-андрадитовый. Обычными для известковых скарнов являются везувиан,родонит,магнетит, шеелит,галенит, халькопирит.Главные минералы магнезиальных скарнов – фостерит, диопсид, флогопит, кальцит, а также апатит, роговая обманка, магнетит, турмалин. В более железистых породах вместо чистого форстерита присутствует оливин с содержанием фаялитового минала, вместо флогопита — биотит.Структура кристаллическая, зернистая, бластовая. Текстура массивная, неоднородная, пятнистая.Цвет темный, бурый, зеленовато-бурый, темно-зеленый до почти черного, реже буровато-розовый. Нередко окраска пёстрая, неоднородная.Реакция с HCl: Известковый скарн вскипает при реакции с соляной кислотой. Практическое значение: Скарн применяется при изготовлении цемента, в виде облицовочного материала. Известковые скарны сопровождаются рудами железа, вольфрамита, молибдена, свинца, цинка, меди, бора, отчасти олова, беррилия.Крупнейшие вольфрамовые (шеелитовые) и железорудные (магнетитовые) месторождения (г. Магнитная и др.) принадлежат к скарновому типу. [3] 3.Назовите основные физико-механические свойства горных пород, необходимые для проектирования и строительства. Опишите условия образования и строительные свойства болотных отложений.По физико-механическим свойствам породы делятся на монолитные, пластичные, сыпучие и плывунные.Физико-механические свойства пород характеризуются рядом показателей; наиболее важные:Плотность породы - отношение массы твердых частиц к их объему. Пористость — это суммарный объем всех пор, приходящийся на единицу объема породы. Влажность - отношение массы воды, содержащейся в породе, к массе абсолютно сухой породы в процентах.Сжимаемость - способность породы к уменьшению объема под воздействием нагрузки.Коэффициент фильтрации, являющийся основной характеристикой водопроницаемости пород, равен скорости движения воды через массив. Прочность — это свойство горных пород сопротивляться разрушению под действием внешней нагрузки. Сцепление грунта, угол внутреннего трения.Твердостью - способность горной породы сопротивляться проникновению в нее другого более твердого тела. Упругость — свойство горных пород изменять свою форму или объем под действием внешней нагрузки и возвращаться к первоначальной форме или объему после снятия этой нагрузки.Пластичность — это свойство горных пород деформироваться без разрушения под действием внешней нагрузки и оставаться в деформированном состоянии после ее снятия.Вязкость - способность горной породы сопротивляться силам, стремящимся разъединить ее частицы.Болотные отложения.Болото – избыточно увлажняемый участок суши, покрытый гидрофильной растительностью. Формирование болот и болотная седиментация зависят от климата, рельефа, геологического строения, растительности. Если заболачивание сопровождается торфонакоплением, возникают торфяные болота. Мощность слоя торфа в них превышает 30 см, если она меньшая, то территории называют заболоченными землями. Торф – органогенная горная порода от желто-коричневого до черного цвета, состоящая из растительных останков, разлагавшихся при высокой влажности и дефиците воздуха. Состав торфа зависит от растительности, климата, происхождения болота. Главное значение в торфообразовании принадлежит процессам гумификации, осуществляемым микроорганизмами. Вниз по разрезу торф уплотняется, окраска темнеет. По происхождению болота делят на озерные и лесолуговые. Озерные болота возникают при зарастании озер, делятся на пресноводные и приморские. Пресноводные озерные болота – результат дистрофии озер. Водоем зарастает от берегов к центру укореняющейся на дне травянистой растительностью и растениями, плавающими по поверхности. В отложениях господствуют травяные торфа. Специфика процессов заболачивания зависит от формы озерной котловины. Озера с полого погружающимися берегами зарастают укореняющимися травами. Травы распределяются по глубине, образуя концентрические зоны. Прибрежную зону глубиной до 1 м занимают осоки, рдесты, ситник, стрелолист и др. На глубине до 2–3 м растут камыши, тростники. Глубже (4–5 м) их сменяют водяные лилии, широколиственные рдесты. На максимальных глубинах обитают синезеленые, зеленые, диатомовые водоросли. Близ берега на дне отлагается торф осоковый, глубже – камышовый, тростниковый, затем – торфянистый сапропель и сапропель кремнистый. Котловина заполняется осадками, водное зеркало уменьшается, зоны растительности сдвигаются к центру: поверх тростникового торфа оседает осоковый и т. д. Глубокие, с круто погружающимися берегами озера также зарастают от берега, но плавающей растительностью: сабельником, белокрыльником и пр. Стебли и корни сплетаются, образуя сплавину. Сплавина утолщается, уплотняется, на ней селятся другие травы, иногда на самых мощных сплавинах – ели, березы. Отмирающая растительность создает плавающий торфяник-зыбун травяного или древесно-травяного состава. На дне под зыбуном отлагаются сапропели, сложенные смесью минеральных частиц и органических остатков, вымытых из сплавины. Иногда погружающаяся сплавина смыкается с нижележащим сапропелем – зыбкое болото (трясина) превращается в плотное. Таким образом, глубокое озеро заполняется осадками в двух направлениях: от берега к центру, от поверхности ко дну (или ото дна к поверхности). Приморские болота встречаются на пониженных участках отмелых (полого погружающихся) морских берегов и характеризуются сменой соленых вод пресными.Лесолуговые болота образуются при подтоплении поверхности подземными водами или атмосферными осадками. Соответственно водному питанию болот выделяют три типа торфов: низинный, верховой, переходный. Каждый тип включает три подтипа торфов: лесной, топяно-лесной и топяной. В болотах могут накапливаться терригенные (песчано-глинистые) и хемогенные осадки, образующие прослои, линзы и гнезда внутри торфа. Хемогенные накопления характерны низинным болотам. Они представлены белесым известняком СаСО3, приносимым жесткими подземными водами. В болотах умеренных широт, особенно в зонах тайги и смешанных лесов, накапливаются железные руды: светло-серый сидерит FeCO3, превращающийся в результате окисления в бурый лимонит Fe2O3 · nН2 О. Нередко в восстановительной среде образуется изумрудно-синий вивианит (Fe3PO4)2 ·8Н2О, который, окисляясь на воздухе, быстро меняет окраску на бледно-серую. При выветривании вивианит переходит сначала в фиолетово-синий керченит, а затем в желтовато-серый пицит.Как естественные сильносжимаемые основания, все виды болотных отложений нежелательны. Лучший вид фундаментов для зданий и сооружений в таких условиях — свайный. [8]4.Перечислите методы определения абсолютного и относительного возраста пород. Пользуясь данными табл. 4 и 5, назовите эры и периоды геологической истории Земли, их период с начала эр, продолжительность. Назовите основные этапы развития органического мира, свойственные для этих периодов. Абсолютный геологический возраст горных пород чаще всего определяется методом радиоизотопного датирования — по накоплению продуктов распада радиоактивных элементов, входящих в состав этих горных пород. Наиболее известные методы радиоизотопного датирования:- уран-свинцовый (накопление свинца в ураново-ториевых минералах);- калий-аргоновый (накопление аргона в калиевых минералах);- стронциевый (превращение рубидия в стронций);- радиоуглеродный (по количеству углерода-14 в органических остатках). У каждого метода имеется своя область применимости.Для определения абсолютного возраста событий, которые произошли не так давно, используется ряд других методов, в частности, термолюминесцентное датирование, оптическое датирование, определение возраста по донным отложениям с сезонной слоистостью,  по рацемизации аминокислот.Относительный геологический возраст определятся как время какого-либо события истории Земли по отношению ко времени другого геологического события.Основные методы определения:-палеонтологический метод (по организмам, находимым в горных породах);- стратиграфический метод (по взаиморасположению горных пород).[11]Т2 – мезозойская эра, триасовый период (время от начала эр 225 млн.лет), среднетриасовая эпоха.Основные этапы развития органического мира: появление птиц, максимальный расцвет рептилий и аммонитов. Развитие папоротников, хвойных, саговниковых. Появление млекопитающих.О1 – палеозойская эра, ордовикский период (время от начала эр 480 млн.лет.), раннеордовикская эпоха.Основные этапы развития органического мира: максимальный расцвет трилобитов, выход беспозвоночных на сушу.С3 – палеозойская эра, каменноугольный период (время от начала эр 320 млн.лет), позднекаменноугольная эпоха.Основные этапы развития органического мира: появление рептилий и хвойных растений.О2 – палеозойская эра, ордовикский период (время от начала эр 480 млн.лет.), среднеордовикская эпоха.Основные этапы развития органического мира: максимальный расцвет трилобитов, выход беспозвоночных на сушу. 5. Опишите сущность процессов внутренней динамики Земли (эндогенных процессов). Приведите схемы нарушений форм залегания пород (табл. 6). Покажите зависимость силы землетрясения от геоморфологического строения участка, состава и обводненности пород. Эндогенные процессы — геологические процессы, связанные с энергией, возникающей в недрах Земли. К эндогенным процессам относятся тектонические движения земной коры, магматизм, метаморфизм, сейсмическая активность. Главными источниками энергии эндогенных процессов являются тепло и перераспределение материала в недрах Земли по плотности (гравитационная дифференциация).Глубинное тепло Земли имеет преимущественно радиоактивное происхождение. Определённое количество тепла выделяется и при гравитационной дифференциации. Непрерывная генерация тепла в недрах Земли ведёт к образованию потока его к поверхности. На некоторых глубинах в недрах Земли при благоприятном сочетании вещественного состава, температуры и давления могут возникать очаги и слои частичного плавления. Таким слоем в верхней мантии является астеносфера — основной источник образования магмы; в ней могут возникать конвекционные токи, которые служат предположительного причиной вертикальных и горизонтальных движений в литосфере. Конвекция приводит к крупным горизонтальным перемещениям литосферных плит. В зонах вулканических поясов островных дуг и окраин континентов основные очаги магм в мантии связаны со сверхглубинными наклонными разломами. Под влиянием теплового потока возникают коровые очаги магмы в самой земной коре; достигая приповерхностных частей коры, магма внедряется в них в виде различных по форме интрузивов (плутонов) или изливается на поверхность, образуя вулканы.Гравитационная дифференциация привела к расслоению Земли на геосферы разной плотности. На поверхности Земли она проявляется также в форме тектонических движений, которые ведут к тектоническим деформациям пород земной коры и верхней мантии; накопление и последующая разрядка тектонических напряжений вдоль активных разломов приводят к землетрясениям.С эндогенными процессами связано формирование рельефа Земли и образование многих важнейших полезных ископаемых.[6]Нарушения форм залегания породГрабен – это структура, ограниченная с двух сторон сбросами, по которым ее центральная часть опущена.(рис.1) Рисунок 1. ГрабенГорст –  структура, резко приподнятая над окружающей местностью по вертикальным или крутонаклонным тектоническим разломам (сбросам и взбросам). [10]Рисунок 2. ГорстВ зависимости от геологических особенностей конкретного района оценка силы землетрясения может меняться в большую или меньшую сторону. Породы делят на категории по сейсмическим свойствам:Породы I категории уменьшают оценку силы землетрясений на 1 балл от общей оценки по сейсмической карте района, т. е. последствия землетрясений будут менее катастрофичны. К ней относятся: скальные, например, граниты, гнейсы, известняки, песчаники; полускальные, например, мергель, глинистые песчаники, туфы, гипсы породы, крупнообломочные особо плотные породы при глубине залегания грунтовых вод более 15 метров.Породы II категории по своим сейсмическим свойствам свою исходную бальность сохраняют без изменения. Это глины и суглинки, находящиеся в твердом состоянии, пески и супеси при глубине залегания грунтовых вод менее 8 метров, крупнообломочные породы при глубине залегания грунтовых вод от 8 до 10 метров.Породы III категории на участках таких пород при оценке последствий землетрясений балл повышают на единицу, т. е. последствия землетрясения на такой площадке будут более разрушительными. К таким породам относят: глины и суглинки, находящиеся в пластичном состоянии, пески и супеси при глубине залегания грунтовых вод менее 4 метров, крупнообломочные породы при глубине залегания грунтовых вод 3 метров.Крайне опасным для строительства являются участки с сильно расчлененным рельефом, слоны оврагов и ущелий, берега рек. Весьма затруднительно строить при высоком залегании уровня грунтовых вод (1-3 метра). Опасны для строительства оползневые и карстовые участки. Следует учитывать, что наибольшие разрушения происходят на заболоченных территориях, на обводненных пылеватых, на лессовых недоуплотнённых породах. [6]6. Объясните сущность процессов внешней динамики Земли (экзогенных процессов). Опишите процессы и возможные защитные мероприятия.Экзогенные процессы обусловлены внешними источниками энергии в сочетании с силой тяжести по отношению к Земле. Экзогенные процессы протекают на поверхности и в приповерхностной зоне земной коры в форме механического и физического ее взаимодействия с гидросферой и атмосферой. Главные формы проявления экзогенных процессов на поверхности Земли – разрушение горных пород и химическое преобразование слагающих их минералов, удаление и перенос разрыхленных и растворимых продуктов разрушения горных пород водой, ветром и ледниками, отложение этих продуктов в виде осадков на суше или на дне водных бассейнов и постепенное их преобразование в осадочные горные породы.Экзогенные процессы в сочетании с эндогенными процессами участвуют в формировании рельефа земли, в образовании толщ осадочных горных пород и связанных с ними месторождениями полезных ископаемых. [7]ОврагообразованиеПод оврагом понимается узкая, крутосклонная, молодая отрицательная форма рельефа. В естественных условиях они возникают во время дождей или таяния снегов из промоин по высоким берегам рек, на крутых склонах при уничтожении растительности, при увлажнении климата. В развитии оврага выделяют три стадии: Возникает мелкая рытвина. Водяные потоки ее постепенно углубляют. На этой стадии оврагообразование идет очень быстро. При углублении на вершине оврага образуется уступ. Во время таяния снега и выпадения дождей вода падает с него водопадом, подмывая основание уступа. Вскоре он обваливается, и овраг медленно растет от вершины, образуя ответвления. Рост его может продолжаться до тех пор, пока вершина оврага не достигнет водораздела. Постепенно овраг собирает со склона всю воду. Его рост прекращается, склоны становятся пологими, исчезает перепад в устье. Склоны оврага начинают зарастать. На дне накапливаются рыхлые отложения, которые вода уже не может вынести. Чаще всего овраги развиваются в степной и лесостепной ландшафтных зонах в связи с неравномерным выпадением атмосферных осадков. Борьба с оврагами ведется повсеместно: в размываемых и опасных местах сажают кустарники и деревья, которые своими корнями удерживают горные породы от их дальнейшего размыва; выравнивают склоны и высевают на них травы; строят бетонные укрепления склонов; заваливают вершины оврагов щебнем, строительным мусором.Карст.