Классификация грунтов 4 страница

Роговообманкові (без польових шпатів) амфіболіти мають чітко виражену сланцюватість. Щільні різновиди амфіболітів використовуються як бутове каміння і щебінь.

Мармури мають різноманітне забарвлення, частіше світле: біле, рожеве, блакитне, сіре, червонувате, пістряве. Колір залежить від наявності домішок. Складаються, головним чином, з кальциту, а тому реагують із соляною кислотою. Структура мармурів кристалічна, текстура - масивна. Утворюються при регіональному та контактовому метаморфізмі внаслідок перекристалізації вапняків і доломітів. Мармури легко обробляються, добре поліруються. Використовуються у цементній промисловості, як облицювальний матеріал, для утворення орнаменту, спорудження пам'ятників, для одержання декоративного бетону, кольорової штукатурки, а також як будівельний камінь, щебінь.

Кварцити - ц е щільна кристалічна порода з масивною, а інколи смугасто-сланцюватого текстурою. Сланцюваті різновиди називаються кварцитовими сланцями. Колір різноманітний: жовтуватий, рожевий, червонуватий, сірий. Складаються із кварцу з домішками слюди, хлориту та інших мінералів. Виникають в процесі різних типів метаморфізму (регіонального, контактового), пісків та кварцових піщаників. Мають високу твердість і щільність, кислото - та лугостійкі, але крихкі і важко обробляються. Використовуються як будівельний, облицювальний матеріал, абразив, при виробництві вогнетривів і щебеню.

Графітові сланці мають чорний колір. Складаються з мінералу графіту. М'які, на папері залишають чорну риску, бруднять руки. Текстура тонко сланцювата і лускувата. Утворюються при регіональному та контактовому метаморфізмі із кам'яного вугілля, торфу, бітумінозних порід, асфальту та гумусу. Використовуються в електропромисловості, як термостійке мастило, для виготовлення плавильних тиглів, в лакофарбовій та атомній промисловості

4. ГЕОХРОНОЛОГІЯ.

4.1. Відносний та абсолютний вік гірських порід.

Велике наукове та практичне значення має геологічне літочислення, тобто встановлення геологічного віку гірських порід. Це необхідно для оцінки властивостей та визначення їх положення серед інших порід. Так, наприклад, породи, що утворилися одночасно і в однакових умовах, мають однаковий склад. А якщо схожість умов зберігалась і надалі, то однаковими будуть і будівельні властивості.

Історію та закономірності розвитку Землі з початку утворення земної кори вивчає історична геологія. До задач цієї науки входить:

- визначення абсолютного віку Землі, а, отже, і гірських порід;

- реконструкція фізико-географічних умов в різні періоди існування Землі;

- визначення відносного віку гірських порід, з’ясування послідовності їх утворення.

Для визначення відносного віку порід, тобто, встановлення положення шарів по відношенню один до одного (по вертикалі), з’ясування умов їх формування використовують методи: стратиграфічний, петрографічний, тектонічний, палеонтологічний.

Стратиграфічний метод базується на законі Стено. Він враховує послідовність відкладання осадових порід, при цьому верхні шари завжди молодші, ніж ті, на яких вони залягають. Цей метод ефективний для осадових порід горизонтального чи похилого залягання без тектонічних порушень (рис. 7, а); при порушенні початкового залягання застосовують інші методи.

Рис.7. Умови залягання гірських порід:

а) - непорушене, б) - порушене

Петрографічний метод ґрунтується на детальному вивченні складу гірських порід земної кори. Використовується при визначенні відносного віку вивержених і осадових порід. В першому випадку (рис. 8, а) вапняк старіший за граніт, оскільки зазнав метаморфізму від пізнішого проникнення магми з якої утворився граніт. В другому випадку (рис. 8, б), вапняк молодший за граніт.

Рис. 8. Схеми залягання гірських порід

Тектонічний метод полягає у вивченні наслідків тектонічних рухів в земній корі. Встановлюють розбіжність в заляганні товщ (свит) гірських порід, що виникла внаслідок перерви в осадонакопиченні при тектонічних рухах земної кори (рис. 7, б). Приміром, розбіжність в заляганні гірських порід буде у випадку, коли проміжні шари відсутні, на прадавніх гранітах залягають сучасні відкладення.

Палеонтологічний метод дає можливість визначити відносний вік гірських порід при будь-якому їх заляганні та незалежно від місця розташування. Цей метод ґрунтується на визначенні віку певних видів залишків рослин і тварин (скам’янілостей, відбитків), які розвивалися у визначений час і після своєї загибелі були поховані в шарах осадових порід, отже, вік породи відповідає вікові скам’янілості. Скам'янілості - це залишки у вигляді черепашок, скелетів або їх частин (кістки, зуби і. т. ін.), стовбурів дерев, а також відбитки листя, пилку квітів та ін. Органічна речовина в цих залишках повністю заміщена мінеральною, найчастіше кальцитом або кремнеземом.

Органічне життя на Землі розвивалось поступово, переходячи від найпростіших форм до найдовершеніших, аж до появи людини. Знаючи історію розвитку життя на Землі, можна визначити вік тих гірських порід, в яких знаходяться залишки органічного світу. Для точного визначення віку користуються тими організмами, які мали невеликий, певний термін існування, потім вимирали і більше не з'являлися3+ їх називають "керівними" викопними формами. Шари гірських порід, що містять однакові викопні організми, називають геологічними або стратиграфічними горизонтами одного віку.

Абсолютний вік визначається в роках; він свідчить, скільки часу минуло з моменту утворення гірських порід. Для цього користуються ізотопними (радіологічними) методами, що ґрунтуються на вивчені процесів радіоактивного розпаду певних елементів. знаючи кількість радіоактивног ізотопу і кінцевих продуктів його розпаду у мінералі можна визначити час існування мінералу (породи). Наприклад, радіоактивний розпад U ²³⁸ відбувається за формулою

U ²³⁸ ® 8Не⁴ + Pb²⁰⁶

Відомо, що з 1г U²³⁸ за 1 рік утворюється 1.351 10^-10 г Рb²⁰⁶. Визначивши масу урану і свинцю в гірській породі, можна визначити її вік. Так, вік гранітогнейсів на р. Дніпрі оцінюється в 2,5 мільярди років, вік гірських порід земної кори 4,5 мільярди років. Інтервал часу, в якому застосовують різні методи в залежності від періоду напіврозпаду речовин, такий: радіовуглецевий метод – 2000…3000 років; калій - аргоновий – 100000 років; рубідій - стронцієвий – 5 млн. р; урановий U 235 – 200 млн. р., U 238 – 1...4.5 млрд. р.,

Вік молодих осадових порід визначають радіовуглецевим методом, встановлюючи вік органічних речовин, що містяться у викопних формах. Відношення між ізотопами вуглецю С¹³ і С¹⁴ в атмосфері постійне і поглинається рослинами у відповідній пропорції. Після відмирання рослин кількість радіоактивного ізотопу С¹³ зменшується внаслідок його розпаду, при цьому змінюється співвідношення С¹³ / С¹⁴. Період напіврозпаду вуглецю С¹⁴ -5750 років. Виходячи з припущення про постійну концентрацію вуглецю в атмосфері і визначивши кількість його ізотопу, що не розпався, встановлюють час поховання його в гірських породах.

4.2. Геологічна хронологія.

Вивчення геологічної будови Земної кори та історії розвитку життя дало можливість розділити всю геологічну історію на окремі відрізки часу і скласти за даними абсолютного та відносного віку гірських порід шкалу геологічного часу - геохронологічну шкалу.

Найбільший відрізок часу, в якому розвивалися певні форми життя на Землі, називається ерою. Виділяють п'ять ер. Кожна ера поділяється на періоди; періоди - на епохи; епохи - на віки.

Протягом кожного відрізку часу утворювались товщі гірських порід. Так, протягом ери утворювалася група товщ порід, за період – система, за епоху відділ, за вік - ярус.

Кожен відрізок часу і відповідна йому товща порід мають свою назву і позначаються індексами (див. табл. 5), При розчленуванні періоду на епохи до індексу додається цифра, при розчленуванні епох на віки до індексу додається ще цифра або літерний індекс (з правого боку зверху). Так, індекс Сr₂^dat - це датський ярус верхнього крейдяного відділу.

Епохи четвертинного періоду позначаються римськими цифрами, а також літерним індексом, який відзначає умови утворення гірської породи, наприклад, індекс Q_III^al – свідчить, що породи четвертинного періоду пізньочетвертинної епохи належать до алювіальних річкових і озерних відкладів.

Таблиця 5

Геохронологічна і стратиграфічна шкали геологічної історії Землі

Вік млн. років	Эра	Період (система)	Етапи геологічної історії
Назва	Тривалість млн. років	Час початку млн. років
60-70	1. Кайнозойська Кz	Четвертинний Q			Поява і розвиток людини. Материкове обледеніння в північній частині Російської та Сибірської платформ
Неогеновий N			Остаточне формування Альп, Карпат, Кавказу, Копетдагу і Паміру (альпійська складчастість)
Палеогеновий Pg			На Тянь-Шані, Алтаї та Саянах з'являються брилові підняття і опущення. Формується западина оз. Байкал
	2. Мезозойська Mz	Крейдяний Cr Юрський I Тріасовий Tr     Пермський P			Початок утворення в крейдяному періоді Альп, Карпат, Кавказу, Копетдагу і Паміру. Продовжується формування платформ. Море на європейській частині країни в крейдяному періоді розташовується вузькою смугою. З'являються спочатку Саяни, Кузнецький Алатау, Алтай, хребти Забайкалля, Становий хребет, а пізніше Урал, Тянь-Шань та ін.

	3. Палеозойська Рz	Кам’яновугільний C Девонський D Силурійський S Ордовицький O Кембрійский Cm			Горотворні процеси супроводжуються інтенсивними проникненням магми в товщу земної кори та виливанням її на поверхню     Інтенсивна діяльність внутрішніх процесів періодично змінюється станом спокою. У кам'яновугільний період море займає всю європейську частину країни. Формування платформ за рахунок геосинкліналій
	4. Протерозойська Prz				Земна кора нестійка. Відбуваються величезні вулканічні виверження (вибухи) та інтенсивні горотворні процеси
	5. Архейска Ar

4.3. Характеристика геологічної історії.

Архейську і протерозойську ери об'єднують під загальною назвою -докембрій. Вони найстародавніші в геологічній історії Землі. В той час формувалась Земна кора, утворювались перші морські басейни, в них накопичувались перші товщі осадових порід (конгломерати, піщаники). Відбувалася інтенсивна вулканічна діяльність із горотвореннями, внаслідок яких виникли найстародавніші гірські системи. Відбулось розчленування Земної кори на жорсткі малорухомі ділянки - платформи та рухливі, гнучкі сполучення між платформами - геосинклиналі. На території Європи це Російська платформа, в Азії - Сибірська. Геосинкліналі – це гірські системи Уралу, Кавказу, Паміру, Алтаю та. ін.

Архейську групу порід складають гнейси, кварцити, сланці, що утворились за рахунок метаморфізму осадових порід. Ці породи інтенсивно дислоковані, розірвані гранітними інтрузіями, містять ефузиви.

Породи докембрію відзначаються високою твердістю і щільністю, є добрими основами для будівель і споруд, використовуються як будівельні матеріали.

Палеозойська ера почалася більш як 500 млн. років тому і продовжувалась протягом 335 млн. років. В цей період на Землі мали місце два великих тектонічних етапи - каледонський і герцинський, в які формувались гірські системи Уралу, Тянь-Шаню та ін. Утворились значні товщі осадових порід. На платформах - піски, глини, піщаники, вапняки, доломіти; тут вони залягають горизонтально, без тектонічних порушень. В геосинкліналях породи цього ж віку дуже видозмінені, метаморфізовані (сланці, гнейси).

Палеозойська ера поділяється на шість періодів: кембрійський (Сm), ордовікський (O), силурійський (S), девонський (Д)), кам'яновугільний (С) і пермський (Р).

Серед кембрійських порід зустрічаються глини, піски, піщаники, конгломерати, вапняки. Вивержених порід дуже мало.

Відклади ордовіку - піски, вапняки залягають на розмитій поверхні кембрійських.

Силур відзначаться процесами гороутворення і вулканізмом. Силурійські породи - це вапняки, доломіти, мергелі, гіпси, глини, а також магматичні породи; зустрічаються поклади міді, золота, свинцю.

Девонські відклади – це, головним чином, осадові уламкові породи: червонуваті піщаники, піски, глини, зустрічаються також вапняки і доломіти. Інтенсивна вулканічна діяльність призвела до утворення великої кількості вивержених порід.

Кам'яновугільний період відрізняється від інших розкішною рослинністю, що в умовах вологого тропічного клімату призвело до утворення значних покладів кам'яного вугілля. З цим періодом пов'язаний герцинський тектонічний цикл, який характеризується потужними складчастими рухами в Альпійсько-Гімалайській геосинклинальній зоні, на Уралі. В південній Африці та в Індії було покрівне зледеніння. Породи кам'яновугільного періоду - це піщаники, конгломерати, вапняки, піски, глини, сланці,.кам'яне вугілля, нафта.

В пермському періоді гине вся палеозойська флора і фауна, з'являються рептилії і плазуни, хвойні. Клімат стає прохолоднішим, утворюються льодовики, пустелі. Продовжується герцинська складчастість, триває формування Уралу, утворюються гори Алтаю, Тянь-Шаню. Гороутворення супроводжується інтенсивною вулканічною діяльністю. Пермські відклади - це конгломерати, піщаники, вапняки, доломіти, глини, мергелі, кам'яне вугілля. Розповсюджені хімічні осади - сіль, гіпс, а також вивержені породи. Зустрічаються поклади вогнетривкої глини.

Мезозойська ера почалася більш як 180 млн. років тому і продовжувалась 125 млн. років. В цю еру відбуваються потужні тектонічні рухи (мезозойська складчастість) і утворюються гірські пасма Кордильєр, Верхоянська та ін. Іде подальший розвиток органічного світу - з'являються водяні плазуни, головоногі молюски, рептилії середні і велетенські, хижаки та травоїдні. З'явились перші представники сучасної флори і фауни - сумчасті, ссавці, птахи. Серед мезозойських порід переважають вапняки, піщаники, глини, суглинки. Магматичні і метаморфічні породи мають підпорядковане значення.

Мезозойська ера поділяється на тріасовий (Т), юрський (Y) та крейдяний (Сг) періоди.

В тріасі переважають породи континентального походження, такі як конгломерати, піщаники, кремнисті вапняки, сланці. Породи мають низьку міцність.

Юрський період відзначається посиленням процесів горотворення, (Кавказ, Крим), трансгресією морів на континенти. Юрські відклади – це піски, глини, сланці, конгломерати, вапняки, мергелі. Значне місце займають також кам'яне вугілля, горючі сланці, нафта та ін.

Крейдяний період також характеризується посиленням процесів гороутворення і вулканізму. В цей час сформувалась більшість гірських хребтів Далекого Сходу, починають формуватися Альпи. Найпоширенішими породами є вапняки, особливо біла крейда, піски, глини. Зустрічаються також конгломерати, піщаники, опоки, кам'яне вугілля, ефузиви.

Кайнозойська ера почалася більш як 60 млн. років тому і продовжується в наш час. Складається з двох періодів: третинного і четвертинного. Протягом третинного періоду інтенсивно формується альпійська складчастість; вона супроводжується землетрусами, виверженням вулканів, формуванням гір. Протягом кайнозойської ери остаточно сформувалися Альпи, Карпати, Крим, Кавказ, Копетдаг, Памір, Тянь-Шань, Гімалаї, Сіхоте-Алінь, а в четвертинному періоді - Сахалін і Камчатка. В кайнозої виникли великі провалля в Земній корі (грабени) і утворилось озеро Байкал, Мармурове та Егейське моря.

Серед тваринного світу подальший розвиток одержали ссавці, птахи, риби, а в кінці неогену з'явилась людина.

Клімат відзначається значним похолоданням в середині четвертинного періоду і зледенінням значної частини території, після якого знову наступило потепління.

Формувалися переважно осадові породи. Вулканічна діяльність дала велику кількість магматичних інтрузій та ефузій.

Третинний період (Тг) поділяється на два відділи: палеоген (Pg) і неоген (N).

Палеоген - найстаріший в кайнозойській ері. Породи палеогену мають широке розповсюдження. Серед них переважають піски, глини, мергелі, вапняки, піщаники. На Камчатці, Сахаліні та Курильських островах вони містять багато ефузивів (андезити, туфи). Палеогенові відклади містять також буре і частково кам'яне вугілля, великі поклади нафти.

Неоген, в порівнянні з палеогеном, займає меншу площу, оскільки в цей час почалася регресія моря. Протягом неогену продовжується формування альпійської складчастості (Альпи, Карпати, Кавказ, Середня Азія, Східний Сибір). Серед неогенових відкладів мають місце глибоководні глини, вапняки-черепашники, піски, конгломерати.

Четвертинний період (Q) продовжується до цього часу. Останнім часом його називають антропогеновим (An). Четвертинні породи наймолодші за віком. Вони суцільним чохлом покривають поверхню Землі і являють собою відклади, утворені річками, вітром, льодовиками і т. ін. Серед четвертинних відкладів суходолу переважають континентальні породи типу конгломератів та пісків. Морські відклади мають підпорядковане значення, зустрічаються в прибережних районах у вигляді глини та піску. Сучасні осади знаходяться головним чином на дні морів. Магматична діяльність в четвертинному періоді незначна.

Період відзначається різкими змінами клімату, тричі наставало похолодання - від Скандинавії насувався льодовик. Ці три зледеніння називаються лихвинською, дніпровською та валдайською льодовиковими епохами (за альпійською термінологією це міндельська, риська і вюрмська епохи). Ці льодовики досягали широти міста Дніпропетровська, а на сході - Уралу. Накопичувались потужні товщі льодовикових відкладів (валуни, піски, глина, суглинки, галька, гравій).

В позальодовикових зонах четвертинні континентальні відклади являють собою виключно продукти геологічної діяльності атмосферних вод, річок та вітру. Серед них алювіальні, делювіальні і пролювіальні утворення, а також еолові накопичення у вигляді лесових порід та пісків.

Четвертинні відклади мають велике значення для будівництва, оскільки вони найчастіше контактують зі спорудами як основи фундаментів, а також є джерелом місцевих будівельних матеріалів.

На відміну від четвертинних, всі відклади інших періодів, починаючи з третинного, називають корінними породами. Це говорить про те, що четвертинні породи являють собою свіжовідкладені пухкі наноси, які часто мають невелику потужність і пістрявий склад як у товщі, так і по площі розповсюдження.

Слід відзначити, що земна кора ніде не зберегла повного геологічного розрізу, що складався б з порід від кембрію і до наших днів. Внаслідок дії геологічних процесів, тектонічних рухів, розмивання водою і т. ін. геологічні розрізи завжди не повні.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Зоценко М.Л. та ін. Інженерна геологія, механка грунтів, основи та фундаменти. К. –1992

2. Ананьев В.П., Передельский А.В. Инженерная геология. М.: Высшая школа, 1980 г

3. Курс лекцій з дисципліни „Інженерна геологія” укладач Любіч Л.Г. ДІБІ, - 1992 р.

4. Ананьев В.П., Коробкін В.І. Инженерная геология. М.: Высшая школа, 1973.

5. Зоценко М.Л., Коваленко В.І., Яковлєв А.В., Петраков О.О., Швець В.Б., ШколаО.В., Біда С.В., Винников Ю.Л. Інженерна геологія, механка грунтів, основи та фундаменти. Полтава, 2004 р.

6. Пешковский Л.М., Перескокова Т.М-. Инженерная геология. М.: Высшая школа, 1982.

7. СНиП 2.01.15-90. Инженерная защита зданий и сооружений от опасных геологических процессов.

8. СНиП 01.02.17-87. Инженерные изыскания для строительства.

9. Методичні вказівки до лабораторних робіт.

Классификация грунтов

Согласно ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация» грунты подразделяются на (рис. 1):

— классы — по общему характеру структурных связей;

— группы — по характеру структурных связей (с учетом их прочности);

— подгруппы — по происхождению и условиям образования;

— типы — по вещественному составу;

— виды — по наименованию грунтов (с учетом размеров частиц и показателей свойств);

— разновидности — по количественным показателям веществен­ного состава, свойств и структуры грунтов.

Рис. 1. Деление грунтов по ГОСТ 25100-95

Классы:

класс скальных грунтов – грунты с жесткими структурными связями (Рис. 2). Класс включает две группы грунтов:

1. скальные, к которым относятся три подгруппы: магматические (граниты, диориты, сиениты и др.), метаморфические (гнейсы, кварциты, кристаллические сланцы и др.), осадочные сцементированные (конгломераты, брекчии, песчаники и др.) и хемогенные.

2. полускальные, к которым относятся две подгруппы: магматические излившиеся и осадочные породы типа мергеля и гипса.

Деление класса на типы основано на особенностях минерального состава: силикатные, карбонатные, железистые, кремнистые, сульфатные и галоидные.

Разделение на разновидности проводится по свойствам: например, гранит – очень прочный, вулканический туф – менее прочный; по растворимости в воде – кварцит – очень водостойкий, известняк – неводостойкий.

класс дисперсных грунтов, к ним относятся только осадочные горные породы (рис.3). Класс делится на две группы:

1. связные;

2. несвязные грунты.

Для этих грунтов характерны механические и водно-коллоидные структурные связи. Связные грунты делятся на три типа: минеральные, органоминеральные и органические. Несвязные грунты представлены песками и крупнообломочными породами.

мерзлые грунты (рис.4). Все грунты имеют криогенные структурные связи, т.е. цементом грунтов является лед.

В состав класса входят почти все скальные, полускальные и связные грунты, находящиеся в условиях отрицательных температур. К этим трем группам добавляется группа ледяных грунтов в виде надземных и подземных льдов.

техногенные грунты.

Представляют собой, с одной стороны, природные породы – скальные, дисперсные, мерзлые, которые в каких-либо целях были подвергнуты физическому или физико-механическому воздействию, а с другой стороны, искусственные и органо-минеральные образования, сформировавшиеся в процессе бытовой и производственной деятельности человека.

Рис. 2. Класс скальных грунтов

Рис. 3. Класс дисперсных грунтов

Рис. 4. Класс мерзлых грунтов