Магнітне поле Землі. Сутність геологічних процесів

Київський національний університет будівництва і архітектури

Кафердра "Основ і фундаментів"

Кафедра "Основ і фундаментів"

Контрольная работа

З дисципліни: "Інженерна геологія і основи механіки ґрунтів".

Виконав:

студент групи ЗПЦБ-33

Яремчук Д.В.

Перевірив: Петренко Е.Ю.

Київ 2011 р

Тема 1. Що таке "магнітний уклон" і "магнітне відхилення" та їх практичне використання?

Магнітне відхилення (відхилення магнітної стрілки), кут між напрямком магнітного поля Землі й горизонтальною площиною, обмірюваної вільно плаваючим магнітом. На північному магнітному полюсі це відхилення дорівнює нулю; на магнітному екваторі дорівнює 90°.

Магнітний уклон це кут між напрямками горизонтальної лінії й магнітної стрілки, що вільно обертається на горизонтальній осі й розташованої в площині магнітного меридіана. М. на магнітних полюсах дорівнює 90°, - магнітна стрілка приймає вертикальний напрямок. При цьому на магнітному полюсі північної півкулі вниз звернений північний кінець стрілки, а на магнітному полюсі південної півкулі вниз звернений її південний кінець. У міру видалення від магнітних полюсів у напрямку до екватора нахил магнітної стрілки, тобто М., зменшується. Изогона з нульовим нахиленням, тобто лінія, на якій стрілка нахилення займає горизонтальне положення, наз. магнітним екватором. Вона не співпадає з земним екватором, але перетинає його у двох точках, а в проміжку між ними відходить від земного екватора на відстань до 15°.М. н., як і магнітне схилення, піддається віковим змінам.

Магнітне поле сучасної Землі характеризується: відмінюванням D, нахиленням I і напруженістю Н, вимірювану в теслах (див. мал). Основні компоненти магнітного поля Землі. М.П. - напрямок на магнітний полюс; Г.П. - напрямок на географічний полюс. А - вертикальна площина; В - поверхню Землі на обмеженій ділянці; З - магнітна силова лінія. Складові повного вектора Т магнітного поля: Н - горизонтальна; Z - вертикальна; I - магнітне нахилення; D - магнітне відмінювання Існують карти ліній рівних величин магнітних відмінювань изогон і ліній рівних магнітних нахилень ізоклін. На північному магнітному полюсі нахилення дорівнює +90о ПРО (на південному відповідно - 90о). У межах магнітного екватора, що не збігає з географічним, нахилення дорівнює нулю. Сучасне магнітне поле Землі краще усього описується полем геоцентричного зміщеного диполя з нахилом по відношенню до осі обертання Землі в 11,5°. Напруженість сучасного магнітного поля становить близько 0,5 ерстед або 0,1 а/м, і вважається, що в геологічному минулому величина напруженості могла коливатися, але максимум на порядок. Геомагнітне поле Землі останні 2,0-3,5 млрд. років принципово не змінювалося, як це встановлено палеомагнітними дослідженнями, а це більше половини її геологічної історії. Ще в XV столітті була виявлена зміна магнітного відмінювання згодом. Так звані вікові варіації всіх інших елементів магнітного поля зараз установлені вірогідно й регулярно складаються спеціальні карти изопор, тобто ліній рівних річних змін якого-небудь елемента магнітного поля. Такі карти можна використати тільки в певний, не більше 10 років, інтервал часу, у зв'язку з періодичністю вікових, особливо “швидких” варіацій. Всі магнітні материкові аномалії, наприклад, ізогони, повільно, зі швидкістю 22 (0,2 % у рік) км, зміщаються в західному напрямку. Західний дрейф обумовлений процесами, пов'язаними з генерацією магнітного поля Землі.

Тема 2. Які хімічні елементи переважають в складі Земної кори і Землі? Назвіть 9-10 найбільш поширених хімічних елементів.

У твердій земній корі переважають такі хімічні елементи:

кисень (47,0 %), - кремній (29,0 %),

алюміній (8,05 %), - залізо (4,65 %),

кальцій (2,96 %), - натрій (2,5 %),

магній (1,87 %), - калій (2,5 %),

титан (0,45 %), які в сумі складають 98,98 % складу земної кори.

У складі Землі переважає залізо (34.6 %), кисень (29.5 %), кремній (15.2 %), магній (12.7 %). Земна кора, мантія і внутрішня частина ядра тверді (зовнішня частина ядра вважається рідкою). Від поверхні Землі до центру зростають тиск, густина й температура.

Внутрішнє ядро, за припущенням, має діаметр 2600 км і складається з чистого заліза чи нікелю, зовнішнє ядро товщиною 2250 км із розплавленого заліза або нікелю, мантія близько 2900 км товщиною складається переважно з твердих гірських порід, відділена від земної кори поверхнею Мохоровича.

Вважають, що верхня мантія за складом близька до ультраосновних порід, в яких переважає О (42,5 %), Mg (25,9 %), Si (19,0 %) і Fe (9,85 %). Нижню мантію вважають аналогом кам'яних метеоритів (хондритів). Ядро 3емлі за складом аналогічне залізним метеоритам і містить бл.80 % Fe, 9 % Ni, 0,6 % Co. На основі метеоритної моделі розрахований середній склад З., в якому переважає Fe (35 %), О (30 %), Si (15 %) і Mg (13 %).

Тема 3. Які процеси ведуть до утворення метаморфічних гірських порід? Наведіть приклади.

Метаморфічні гірські породи виникли внаслідок перетворення магматичних або осадових порід під дією високого тиску, температури та гарячих газоводних розчинів. Ці гірські породи утворилися внаслідок метаморфізму осадових і магматичних порід і характеризуються зернистою будовою, здебільшого сланцюватою текстурою. До них відносять глинисті сланці, філіти, гнейси, кварцити тощо.

Метаморфізм:

процес твердофазної мінеральної і структурної зміни гірських порід під впливом температури, тиску, підземних розсолів, часто в присутності флюїду. Виділяють ізохімічний метаморфізм - при якому хімічний склад породи змінюється неістотно, і неізохімічний метаморфізм (метасоматоз) для якого характерна помітна зміна хімічного складу породи, в результаті перенесення компонентів флюїдом.

це суттєва зміна текстури, структури і мінерального складу осадових і магматичних г. п. в результаті дії т-ри, тиску, глибинних розчинів чи інших факторів. Метаморфізм звичайно відбувається при зміні т-ри в діапазоні 1100-300°С і тискові в діапазоні 1-6000 атм. Метаморфізм включає перекристалізацію, мінералогічні і хімічні перетворення гірських порід, в результаті яких вони перетворюються в метаморфізовані гірські породи.

При регіональному метаморфізмі речовинні і структурно-текстурні зміни в породах відбуваються у діапазоні температур від 300-400°С до 900-1000°С і зміні тиску в межах від 3-5.108 до 10-15.108 Па. При цьому породи різного первинного складу по різному реагують на зміни фізико-хімічних умов. Метаморфізм простих за хімічним складом порід, таких як наприклад кварцові пісковики або вапняки, полягає тільки у змінах структури і текстури, а сам мінеральний склад майже не змінюється. Кварцові пісковики та інші багаті кремнеземом породи при метаморфізмі перетворюються у кварцити, в яких кварц є основним породоутворюючим мінералом. Вони характеризуються повнокристалічною, здебільшого, дрібнозернистою структурою і масивною текстурою. Колір кварцитів буває найрізноманітнішим, але в природі переважають світлобарвні відміни цих порід.

Метаморфічні гірські породи характеризуються повнокристалічними структурами та орієнтованими текстурами. До останніх відносяться: сланцювата, обумовлена взаємно паралельним розташуванням мінеральних зерен призматичної, пластинчастої або лускуватої форми; гнейсова і гнейсоподібна, характерною властивістю яких є чергування смуг різного мінерального складу; смугаста для якої властиве чергування смуг, складених з зерен світло - і темнобарвних мінералів.

Карбонатні породи (вапняки, доломіти та інші) в процесі метаморфічних змін перетворюються у мармури, які являють собою повнокристалічні мономінеральні агрегати кальциту або доломіту з масивною текстурою. При метаморфізмі карбонатних залізисто-магнезіальних порід, а також основних і, частково, середніх магматичних утворюються, відповідно, параамфіболіти і ортоамфіболіти. Як перші так і другі, складені, головним чином, з рогової обманки і середнього плагіоклазу та характеризуються повнокристалічною структурою і сланцюватою текстурою. Колір породи, здебільшого, брудно-зелений, сірий з зеленуватим відтінком.

Тема 4. Поясніть зв'язок і протиріччя між ендогенними та екзогенними геологічними процесами? Як це відображається на формуванні рельєфу Землі?

Ендоге́нні проце́си - це геологічні процеси, пов'язані з енергією, яка виникає у надрах Землі. До ендогенних процесів відносять тектонічний рух земної кори, магматизм, метаморфізм, сейсмічна активність.

Екзогенні процеси - геологічні процеси, що відбуваються на поверхні Землі та в її приповерхневих шарах (вивітрювання, денудація, абразія, ерозія, діяльність льодовиків, підземних вод); зумовлені, головним чином, енергією сонячної радіації, силою тяжіння і життєдіяльністю організмів; тісно пов'язані з ендогенними процесами. Протилежне - ендогенні процеси. Екзогенний - зумовлений зовнішніми причинами; який утворився на земній поверхні й у верхній частині земної кори під впливом процесів вивітрювання, діяльності води й організмів (про мінерал і мінеральний комплекс).

Процеси, що впливають на формування твердої оболонки Землі по своєму положенню щодо її поверхні підрозділяються на ендогенні й екзогенні.

Ендогенні процеси протікають в умовах високих температур і тисків. Гравітаційне поле Землі і сили обертання можуть впливати на форму планети, викликати вертикальні і горизонтальні переміщення фрагментів літосфери різної щільності, процеси діапіризму і т.д.

Для рельєфоутворення найбільше значення мають механічні рухи літосфери, магматизм і метаморфізм. Один з найважливіших результатів - формування первинних нерівностей твердої поверхні Землі - тектонічно обумовлених підняттів і западин. Екзогенні процеси поділяються на 3 групи: вивітрювання, денудація (знос) і акумуляція (нагромадження). Денудація й акумуляція по ефекті впливу на рельєф є що нівелюють. Під ендогенними рельєфоутворюючими факторами розуміються процеси, обумовлені внутрішнім розвитком літосфери і нерівності земної поверхні, що створюють, в умовах приповерхнього гравітаційного полючи Землі і під впливом її рухів у просторі. Структурні форми, виражені в рельєфі - полігенні утворення, тому що завжди в різному ступені перекручені екзогенними процесами.

Ендогенні й екзогенні процеси діють на земну поверхню одночасно, але з різною інтенсивністю в часі й просторі. При провідному значенні ендогенних процесів виникають переважно великі, структурні форми рельєфу суші, дна морів й океанів. Утворення найбільших (планетарних) форм пов'язане також із силами космічного характеру - обертанням Землі, сонячно-місячним тяжінням тощо. Екзогенні процеси звичайно формують дрібніші, скульптурні форми, ускладнюючи ними форми великого масштабу. Залежно від переважання того або іншого екзогенного фактора розрізняють:

флювіальні форми, зобов'язані своєю появою роботі річок і тимчасових потоків;

льодовикові, обумовлені діяльністю сучасних і древніх льодовиків;

мерзлотні (кріогенні);

аридні, у створенні яких головну роль грають процеси фізичного вивітрювання, робота вітру та інші.

Області тектонічного підняття й опускання зазнають протилежного по морфологічній спрямованості впливу з боку зовнішніх процесів: піднесені й ділянки, що піднімаються, земної кори розчленовуються, зрізуються зверху й з боків, тобто піддаються денудації, а знижені й ті, що опускаються, заповнюються продуктами руйнування й зносу, тобто є областями акумуляції.

Перевага тектонічних підняттів над сукупним впливом зовнішніх сил призводить (згідно з В. Пенком) до висхідного розвитку рельєфу, для якого характерне збільшення абсолютних і відносних висот, глибини розчленовування, крутості схилів; при висхідному розвитку рельєфу енергійно протікають процеси річкової ерозії й денудації. Приклад висхідного розвитку рельєф - високогірний тип рельєфу, властивий молодим гірським країнам (Альпам, Гімалаям). Перевага деструктивних екзогенних факторів веде до руйнування позитивних елементів рельєфу, до його спадного розвитку: зменшення абсолютних і відносних висот, появи ввігнутих форм схилів, ослаблення процесів ерозії й денудації. У гірських країнах спадному розвитку відповідає середньовисотний тип рельєфу (Урал, Аппалачі). Середньовисотні гори, знижуючись, переходять у низькогірський тип рельєфу (наприклад, окремі масиви Казахського дрібносопковика); на кінцевій стадії спадного розвитку рельєфу формується майже рівнина, або пенеплен.

Якщо відбувається тектонічне опускання, то залежно від інтенсивності впливу зовнішніх сил виникаючі депресії рельєф або збільшуються в розмірах, або вирівнюються завдяки нагромадженню принесеного з боку пухкого матеріалу.

Із плином геологічного часу співвідношення рельєфотворчих факторів на кожній ділянці земної поверхні неодноразово змінюється, накладаючи відбиток на характер рельєфу. Сучасний рельєф суші включає різновікові елементи зі слідами й висхідного, і спадного розвитку, тому для правильного розуміння рельєфу його прийнято розглядати в палеогеографічному аспекті. Так, показником зміни в часі висхідного й спадного розвитку рельєф у горах служить ярусність, вивчення якої сприяє з'ясуванню історії розвитку гірської країни в цілому.

Комбінація й відносна роль у рельєфотворенні того або іншого екзогенного фактора залежать від клімату. У зв'язку із цим розміщення на Землі форм рельєфу, створених головним чином при участі екзогенних процесів, підкоряється закону географічної зональності. У межах рівнинних країн суші чітко простежуються морфокліматичні зони, що відповідають територіальній диференціації сучасних екзогенних процесів.

Тема 5. Як формується морський берег? Що таке "абразія"?

Хвилі, впливаючи на береги, з одного боку, руйнують їх, а з іншого боку сприяють акумуляції матеріалу, формуючи широкі й протяжні пляжі.

Якщо хвиля підходить до стрімчастому берегу й пляжі відсутні або вони дуже вузькі, то вона всією своєю масою обрушується на берег, руйнуючи його під впливом ряду факторів:

1) удару багатонною масою води, що містить пісок, гальку й навіть валуни;

2) стиску повітря в порах і порожнинах породи, що розриває їх, подібно вибуховій речовині. Сила удару великих хвиль досягає десятків тонн на м2, що здатне зруйнувати міцні породи й бетонні спорудження набережних, пристаней, молів. Багаторазові удари хвиль зрештою вибивають нішу в підставі крутого берега, називану хвилеприбійної. Коли ніша стає занадто глибокою - навислі над нею частини крутого схилу обрушуються, уламки роздрібнюються хвилями і перетворюються в гальку й пісок. У теж час починає формуватися нова хвилеприбійна ніша й берег відступає.

Крім руйнівного, дії хвилі приводять до акумуляції опадів, доутворенню пляжів. хвиля, Що набігає, несе із собою гальку й пісок, які залишаються на березі при відступу хвилі. Хвиля руйнується при глибині прибережного дна в 1,5 разу більше висоти хвилі й швидкість набігання хвилі в цей момент різко зростає.

Будова пляжу: 1 - верхній пляж; 2 - нижній пляж; 3 - береговий вал; 4 - підводний бар.

Улітку пляж розширюється, узимку скорочується

Короткі й високі хвилі, набігаючи на змілілий беріг, забруднюються на глибинах у перші метри, відкладаючи піщаний матеріал під водою у вигляді підводного піщаного вала, що, руйнуючись, згодом може примкнути до пляжу. Підводні вали добре маркіруються хвилями, що розбиваються над ними. Іноді підводний акумулятивний вал, виростаючи, виступає з води, простягаючись паралельно берегу іноді на десятки км. Такі вали називаються барами. Класичним прикладом протяжного на 200 км баром, є Арабатська стрілка в Східного узбережжя Криму, що відокремлює Азовське море від Сиваської затоки.

Бари відшнуровують від океану простір води, називають лагуною.

Якщо хвилі низькі і довгі, то набігаючи на берег і, несучи із собою пісок і гальку, вони формують пляж або, точніше, нижній пляж, у якого добре виражений верхній уступ і фас пляжу. У зимовий час, коли часто штормить, а висота хвиль збільшується утвориться верхній пляж з декількома уступами або бермами й підводний вал при цьому переміщається ближче до берега, а влітку, при більше спокійному океані й невисоких хвилях, підводний вал відступає мористее. З боку моря берма обмежена чітким уступом, який називається гребенем берми. Це лінія найвищого заплескоту хвиль при нормальному хвилюванні в 3-4 бала.

Пляжі бувають не тільки піщані, вони можу бути утворені галечниками,

валунами, роздробленим ракушняком, вапняним біогенним матеріалом, як, наприклад, на пляжах тропічної зони. Піски на пляжах особливо на фасах, як правило, добре відсортовані, на бермах - гірше. У відкладеннях пляжу розвинена майже горизонтальна шаруватість, а в барах і підводних валах коса шаруватість.

Поводження піску й гальки на пляжі визначається характером набігання хвилі. Якщо хвилі йдуть перпендикулярно берегу, то пісок рухається нагору й униз по однієї лінії, при цьому за зоною прибою виникають вздовж берегового плину, які вертаються в океан у вигляді вузької смуги - сулоя - скороминучої - 2 м/с води, згасаючої за прибійною зоною. Там, де сулой зустрічається із хвилями за зоною прибою, відбувається забурунювання хвиль, тому такі ділянки добре видні.

Абра́зія (лат. abrasio - зіскоблювання) - процес руйнування берегів і знесення гірських порід у береговій зоні водойм хвилями і прибоєм. Суттєва абразія характерна для великих водойм - океанів, морів, озер чи великих водосховищ. Швидкість абразії залежить від геологічної будови берегів та сили прибою; крім того, вона зростає, якщо піднімається рівень моря або опускається узбережжя шириною кілька метрів.

магнітне поле геологічний порода

В результаті абразії створюються специфічні форми рельєфу; абразійні уступи (кліфи), хвилеприбійні ніші, підводні абразійні тераси або платформи (бенчі) та інші. Довжина абразійних ділянок на берегах водоймищ земної кулі біля 400 тисяч кілометрів (51 % загальної довжини). У середньому з кліфів у водоймища надходить 3,45 млрд м3 уламкового матеріалу на рік, з бенчів - 7,4 млрд м3. Пісок, галька, ґравій та інші, які виникають при абразії, утворюють різноманітні берегові і підводні форми рельєфу (коси, пересипи тощо), з якими пов’язані прибережно-морські розсипи та родовища будівельних матеріалів. При розробці прибережних покладів ґравію і піску необхідно погоджувати масштаби їх видобутку з швидкістю надходження уламкового матеріалу.

Тема 6. Що входить в поняття "елементи рельєфу"?

До елементів рельєфу відносяться поверхні, лінії і точки, які складають форми рельєфу.

Поверхні утворюють форми рельєфу. Вони можуть бути горизонтальними, нахиленими, випуклими, вогнутими і складеними. Лінії являються результатом пересіченої поверхні. Відрізняють лінії водороздільну, водозливну, підошвену, зливну. До характерних точок відносять вершини (найбільша висота на даній ділянці місцевості), перевальні (дно знижень гребнів хребтів), устеві (устя річок) і донні (найбільш низькі точки зниження рельєфу).

На будь-якій ділянці земна поверхня являє собою нескінченне чергування підйомів та знижень, які утворюють опуклі та увігнуті об'ємні тіла, що називаються формами рельєфу.

За своїми особливостями форми рельєфу можуть бути замкнутими (горб, западина) або відкритими (яр, балка), додатними (підняття) або від'ємними (зниження).

В залежності від спрямування діяльності зовнішніх агентів (води, вітру, льодовиків тощо) розрізняють форми рельєфу акумулятивні і денудаційні. Акумулятивні форми утворюються за рахунок нагромадження матеріалу (бархани, дюни, моренні горби). Денудаційні (руйнівні або вироблені) форми рельєфу формуються при винесенні матеріалу (яри, карстові лійки тощо).

Одним з найважливіших етапів геоморфологічного аналізу будь-якої території є встановлення генезису форм рельєфу, тобто, визначення причин і умов їх утворення, а точніше - визначення факторів, які зумовили утворення тієї чи іншої форми (ерозійні, дефляційні, гляціальні тощо).

Сукупність генетичне пов'язаних між собою форм рельєфу, взаємоподібних за будовою і віком та поширених на певній території, розглядають як генетичні типи рельєфу (наприклад, яружно-балковий рельєф лісостепової України, водно-акумулятивний рельєф Полісся).

Форми рельєфу за розмірами можна поділити на геотектури, морфоструктури та морфоскульптури. В свою чергу геотектури поділяються на окремі материки і океанічні западини. Наприклад: геотектура Африки, геотектура Атлантичного океану. Це найбільші елементи рельєфу Землі сформовані ендогенними процесами. Морфоструктури поділяються на гори та рівнини (рівнини поділяються на низовини, височини, плато, високогір'я). У формуванні морфоструктур беруть участь екзогенні та ендогенні фактори з переважанням ендогенних. До морфоскульптур належать відносно дрібні форми рельєфу, сформовані екзогенними факторами: дюни, бархани (еолові форми рельєфу), лійки, печери, карри (карстові форми), кари, цирки, нунатаки (льодовикові форми), і т.д.

Тема 7. Які підземні води зустрічаються в зоні аерації? Який в них характер? В чому полягає їх небезпека?

Підземні води в зоні аерації:

по гідравлічним умовам - ненапірні;

види - верховодка,

болотні води,

води морських прибережних зон,

над мерзлотні води сезонних таліков.

Сама верхня частина земної кори, поблизу поверхні, називають зоною аерації, тому що вона пов'язана з атмосферою й із ґрунтовим покривом. Нижче її залягає зона повного насичення, де вода поширена переважно в рідкому виді, тоді як у зоні аерації вона може бути й пароподібної. Якщо температури негативні, то вода в цих двох зонах може бути присутнім і у вигляді льоду.

Мал.5 Розподіл води вище зони ґрунтових вод:

1 - зона аерації, 2 - зона повного насичення (водоносний обрій), 3 - капілярно-підтягнута вода, 4 - капілярно-підвішена вода

Таким чином, зона аерації являє собою як би перехідний буферний шар між атмосферою й гідросферою. У зоні повного насичення всі пори заповнені краплинно-рідкою водою й тоді утвориться водоносний обрій.

Однак гірські породи в різному ступені проникні для води, що залежить від ряду факторів. Варто підкреслити, що пористість і проникність не одне й теж.

Верховодкою називають тимчасові скупчення підземних вод у зоні аерації. Ця зона розташовується на невеликій глибині від поверхні, над обрієм ґрунтових вод, де частина пор порід зайнята зв'язаною водою, інша частина - повітрям.

Верховодка утвориться над випадковими водоупорами (або напівводоупорами), у ролі яких можуть бути лінзи глин і суглинків у піску, прошарку більше щільних порід і т.д.

При інфільтрації вода тимчасово затримується й утворить своєрідний водоносний обрій. Найчастіше це буває пов'язане з періодом рясного сніготанення, періодом дощів. В інший час вода верховодки випаровується й просочується в нижчезалягаючі ґрунтові води.

Іншою особливістю верховодки є можливість її утворення навіть при відсутності в зоні аерації яких-небудь водотривких пропластків. Наприклад, у товщу суглинків рясно надходить вода, але внаслідок низької водопроникності просочування відбувається уповільнено й у верхній частині товщі утвориться верховодка. Через якийсь час ця вода розсмоктується.

У цілому для верховодки характерно: тимчасовий, частіше сезонний характер, невелика площа поширення, мала потужність і безнапорність. У легко водопроникних породах, наприклад, пісках, верховодка виникає порівняно рідко. Для неї найбільш типові різні суглинки й лесові породи.

Режим вологості ґрунтів в зоні аерації залежить від багатьох чинників, а саме: від кліматичних умов, складу породи і їх водо поглинальної здатності, а також застійники даної ділянки.

Водоносні пропластки або навіть шари, що утворяться в корі вивітрювання (у глинах або масивних скельних породах), якщо вони не постійні, також повинні бути віднесені до верховодки. Якщо шари щільних глин залягають близько від поверхні, то в результаті вивітрювання вони пронизуються розгалуженому мережею тріщин, що досягають глибини 1,5-3,0 м, і при випадінні опадів вода збирається в цій зоні. Міграція води по цих тріщинах відбувається повільно, але все-таки підземні частини споруджень (підвали, канали й т.д.) звичайно затоплюються. У посушливі періоди верховодка такого типу в результаті випару зникає.

До верховодки відносять також води дюн і морського узбережжя. Цей тип верховодки має свої особливості. Поверхня малопотужних водоносних пропластків, що утворяться в результаті інфільтрації, звичайно повторює рельєф дюн. Важливо відзначити, що водоупор тут відсутній і верхні прісні води налягають на їхню солону води, що підстилаються. Значною мірою умовно до верховодки відносять болотні води. Утворення боліт пов'язане з надлишковим зволоженням залегаючих близько від поверхні вологоємних водонепроникних порід при малому поверхневому стоці. Живлення боліт може відбуватися за рахунок атмосферних осадків або виклинюющихся ґрунтових вод. Найчастіше має місце змішане живлення. Особливий вид заболочених земель - плавні - утвориться на широких заплавах під час розливу рік.

Верховодка становить значну небезпеку для будівництва промислових і цивільних споруджень. Залягаючи близько від поверхні, тобто в межах глибин розміщення підземних частин будинків і споруджень (підвали, котельні, теплофікаційні й інші канали), верховодка може викликати їхнє підтоплення, якщо не передбачити спеціальні міри дренування або гідроізоляції. Частіше всього підтоплення підземних частин будинків верховодкою відбувається зовсім зненацька, тому що сезонний, тимчасовий характер цього своєрідного, водоносного пропластка не завжди дозволяє виявити його при проведенні вишукувань у посушливу пору року.

Тема 8. За якими чинниками класифікуються штучні ґрунти?

Відповідно до ДЕРЖСТАНДАРТ 25100-82 "Ґрунти. Класифікація" насипні ґрунти віднесені до групи штучних ґрунтів. По гранулометричному складу, числу пластичності насипні ґрунти підрозділяють на окремі типи (великоуламкові, піщані, пилуваті, глинисті, заторфовані, торфи, відходи різних виробництв), а по ступені ущільнення від власної ваги на два види (злежані й не злежані). Крім того, насипні ґрунти виділяють в окремі різновиди по показниках, передбаченим технічним завданням на провадження робіт, однак за якими показниками й на які різновиди в класифікації за ДСТ 25100-82 не вказується.

Штучно утворені відкладення що складаються із ґрунтів і різних включень і домішок в різних включеннях називають насипними ґрунтами.

Дуже часто при інженерно-геологічних вишукуваннях насипні ґрунти не вивчають і не розглядають як можливу підставу для фундаментів споруджень. Тим часом, в межах території міст, а також промислових підприємств не вдається виключити із забудови ділянки, де залягають насипні ґрунти. За звичай при будівництві будинків на ділянках, де потужність насипних ґрунтів велика, фундаменти закладають на корінних ґрунтах, що зв'язано зі значним збільшенням вартості будівництва. Тому питання можливості будівництва будинків і споруджень із закладенням фундаментів у межах товщі насипних ґрунтів дуже актуальний. У цей час, уже накопичений деякий досвід використання насипів у якості основ для споруджень. У цьому зв'язку велике практичне значення має класифікація насипних товщ. Перша спроба такої класифікації приводиться в табл. (див. вище). товщі, що укладають організовано, насипів для планування території (наприклад, у межах затоплюваних районів) або для будівництва будинків і споруджень: можуть бути в ряді випадків успішно використані як основи. Особливо це відноситься до піщаних намитих грунтів. Гідравлічний спосіб укладання пісків забезпечує їх високу щільність, що мало відрізняється від_природної. Тому на таких піщаних насипах можна зводити будь-які будинки й спорудження, не побоюючись їхнього осідання. Намиті суглинки, навпаки, являються ненадійною основою, тому що досить повільно віддають воду Тут важливу роль грає фактор часу. Лише після просихання (залежно від щільності) намиті суглинки можуть бути використані як основа.

Шлаки, гравії, щебені й галечник можуть бути використані як надійна основа для будинку й споруджень, навіть якщо вони насипаються без ущільнення, а пісок, суглинки й глини - тільки при їхньому пошаровому ущільненні.

Питання про можливості використання хаотично формованих насипів як основ для фундаментів будинків і споруджень набагато складніше. Більшу роль грає ступінь однорідності, а також щільність товщі насипу, що залежить від її віку. Варто розрізняти насип давню, стару й сучасну. Щільність насипу залежить від часу її відсипання: старі насипи більше ущільнені.

Наприклад, побутовий смітник звичайно характеризується найбільшою неоднорідністю й найменшою щільністю, і тому тільки про рідкі випадки може служити основою фундаментів будинків.

Виробничі відходи щодо цього незрівнянно більш стійкі й перспективні.

Відходи металургійної промисловості та інших алогічних виробництв, зазначені в табл. звичайно можуть служити гарною основою, якщо насип досить ущільнена, що повинне бути встановлене під час досліджень. Варто підкреслити, що наявність великих порожнеч у насипі (наприклад, у металургійних відходах, спечені шлаки й т.д.) небезпечно. Для рішення питання про можливості використання насипу як основ для будинків і споруджень необхідно ретельно досліджувати насипну товщу. Вивчення насипу має сенс, якщо її потужність набагато перевищує нормальну глибину закладення фундаментів.

Насипні ґрунти - техногенні ґрунти, переміщення й укладання яких здійснюються з використанням транспортних засобів, вибуху.

Намивні ґрунти - техногенні ґрунти, переміщення й укладання яких здійснюються за допомогою засобів гідромеханізації.

Побутові відходи - тверді відходи, утворені в результаті побутової діяльності людини.

Промислові відходи - тверді відходи виробництва, отримані в результаті хімічних і термічних перетворень матеріалів природного походження.

Шлаки - продукти хімічних і термічних перетворень гірських порід, що утворяться при спалюванні.

Шлами - високодисперсні матеріали, що утворяться в гірничому, хімічному й деяких інших видах виробництва. Золи - продукт спалювання твердого палива.

Золошлаки - продукти комплексного термічного перетворення гірських порід і спалювання твердого палива.

Техногенні ґрунти - природні ґрунти, змінені й переміщені в результаті виробничої й господарської діяльності людини, і антропогенні утворення.

Антропогенні утворення - тверді відходи виробничої й господарської діяльності людини, у результаті якої відбулася корінна зміна состава, структури й текстури природної мінеральної або органічної сировини.

Тема 9. Що таке "Діючий шар"? Зміни "діючого шару" від виду ґрунту, географічного положення і кліматичних умов.

Діючий шар - це шар ґрунтів, тепловий стан і вологовміст якого випробовують річні коливання під впливом припливу й віддачі тепла й вологи на земній поверхні. Земна поверхня, інакше називана діючою поверхнею, є верхньою границею діючого шару. За нижню границю діючого шару приймається той рівень, на якому як температуpa, так і вологовміст практично не випробовують змін протягом цілого року. У тепла, що переходить нагору й униз через верх, границю діючого шару,є однієї зі складових теплового балансу земної поверхні. Вертикальні потоки вологи через верх, поверхню діючого шару (усмоктування й випар) визначають величину однієї зі складових водного балансу земної поверхні. Як складова водного балансу певної території враховуються також горизонтальні потоки вологи усередині діючого шару. (ґрунтовий стік).

Діючий шар це:

верхній шар земної кори, що піддається періодичному відтаюванню й промерзанню.

це шар ґрунту або що щорічно промерзає та протаює на деяку глибину від поверхні, залежно від географічної широти, експозиції схилів що складаються з рослинного й сніжного покриву та інших умов.

у метеорології - це шар ґрунту, що випробовує сезонні й добові коливання температури. У геокріології - поєднує поняття сезонноталий слой (в області поширення багатолітніх мерзлих порід) і сезонномерзлий слой (поза цією областю).

Зміни "діючого шару": збільшення обсягу вологих ґрунтів, що промерзають, і пухких гірських порід внаслідок кристалізації в них води (утворюючої крижані прошарки, лінзи й т.д.) і розпушення мінеральних часток. Спостерігається в областях поширення сезонно - і багатолітньо-мерзлих порід. Тут викликає нерівномірне підняття товщ, що промерзають; неоднакова величина підняття пояснюється розходженнями в умовах промерзання, составі порід, їхньої вологості, щільності й т.д. Найбільш піддані глинисті породи, оскільки їх морозне пучення залежить не тільки від власної вологості, але й від міграційної вологи, що надходить у ґрунт, що промерзає, із суміжних немерзлих зон. Напруги, що виникають у ґрунтах при морозному пученню, здатні викликати розрив кореневої системи рослин, деформації й зсуви споруджень і т.п. Для попередження несприятливих наслідків М. п. проводять меліоративні роботи, обробляють ґрунт речовинами, що змінюють його фізико-хімічні властивості; застосовують спеціальні будівельні конструкції.

Тема 10. Чи можна буріння повністю або частково замінити зондуванням? Відповідь поясніть.

Бурові свердловини на вишукуваннях проходяться для вивчення геологічного розрізу, відбору зразків ґрунту з метою визначення його складу, стану та фізико-механічних властивостей.

Завдання, що вирішуються за допомогою буріння, визначають ряд специфічних вимог до цього процесу. Ці вимоги істотно відрізняються від пошуків та розвідки корисних копалин, вивчення і освоєння підземних вод.

Зіставляючи геолого та інженерно-геологічне буріння, необхідно зазначити, що технічна база для них спільна. Однак, маючи в своєму розпорядженні загальною технічною базою, інженерно-геологічне та геологорозвідувальне буріння переслідують різні цілі і вирішують різні завдання. Ці відмінності зводяться до наступного.

Об'єктом інженерно-геологічного буріння є верхня частина земної кори, що знаходиться в зоні взаємодії з інженерними спорудами, для проектування яких і здійснюється це буріння. Середня глибина інженерно-геологічних свердловин складає 10-15 метрів. При геологорозвідувальному бурінні середня глибина свердловин на порядок вище. Тому основний обсяг інженерно-геологічного буріння здійснюється в нескельних ґрунтах, геологорозвідувального - в скельних.

Зразки (керн), добуті в процесі геологорозвідувального буріння, вивчаються в основному з точки зору їх складу, при інженерно-геологічному бурінні в рівній мірі є важливим складу піднятих зразків, їх стан і властивості.

Перераховані особливості пред'являють до технології буріння інженерно - геологічних свердловин додаткові вимоги. У результаті інженерно - геологічного буріння для необхідності визначення показників складу, стану і властивостей масиву ґрунту визначає широке застосування грунтоносів для відбору монолітів, що зовсім не характерно для геологорозвідувального буріння. Порівняно невелика глибина при інженерно - геологічному дослідженні робить можливим застосування тут методів зондування, які принципово не відрізняються від буріння. При геологорозвідувальних роботах ці методи практично не застосовуються.

Основними вимогами до свердловин інженерно-геологічного призначення є:

1) одержання вичерпних відомостей про геологічну і гідрогеологічному будові досліджуваних територій,

2) одержання достатніх і достовірних даних про фізико-механічні властивості ґрунтів,

3) забезпечення можливості виробництва дослідних робіт з належною якістю як у процесі, так і після закінчення буріння.

До найбільш важливих особливостей інженерно-геологічних свердловин можуть бути віднесені наступні:

невелика глибина (визначається видом проектованого споруди і геологічними умовами);

незначне розходження в діаметрі свердловин; діаметр свердловин визначається тільки виглядом і характером випробування;

із свердловин здійснюється безперервний відбір керна, при цьому має забезпечуватися 100% -ий вихід керна;

із свердловин повинен здійснюється безперервний або поінтервальний відбір зразків (монолітів) ґрунту зі складанням, близьким до природного;

в свердловинах проводяться різні дослідні роботи, які за часом бувають більш тривалі, ніж сам процес буріння;

після завершення робіт в обов'язковому порядку повинен проводиться тампонаж свердловин з метою ліквідації штучних каналів і порожнин для циркуляції ґрунтових вод;

надзвичайна різноманітність умов буріння свердловин, розкиданість об'єктів вишукувань.

Це особливості є необхідними вихідними передумовами при розробці спеціалізованих технічних засобів, технологічних прийомів буріння та організації бурових робіт.

Статичне зондування є одним з найбільш ефективних методів дослідження ґрунтів в умовах їх природного залягання.

Відповідно до ГОСТ 20069 - 74 метод статичного зондування в поєднанні з іншими видами інженерно-геологічних досліджень (динамічне та ударно-вібраційний зондування) слід застосовувати для визначення:

інженерно-геологічних елементів (потужності, межі розповсюдження ґрунтів різного складу та стану);

однорідності ґрунтів за площею та глибиною;

глибини залягання покрівлі скельних і великоуламкових ґрунтів;

наближеної кількісної оцінки характеристик властивостей ґрунтів

(щільність, кут внутрішнього тертя, модуль деформації);

опору ґрунту під палею за її бічній поверхні;

ступеня ущільнення та зміцнення в часі штучно складених ґрунтів.

Зондування слід виконувати за програмою, яка складається відповідно до вимогам СНиП II-9-78 "Інженерні вишукування для будівництва. Основні положення".

Глибина зондування повинна бути, як правило, не менше 10 м. Вона може бути менше 10, але не менше 5 м при вишукуваннях під забудову порівняно легкими спорудами. Глибина зондування може також бути менше 10 м при близькому заляганні до поверхні корінних порід, а також твердих глинистих або щільних незв'язних ґрунтів високої несучої здатності. При цьому необхідно переконатися, що під конусом зонда знаходиться несучий шар достатньої потужності. Переконатися в цьому можна, пробуривши хоча б одну свердловину і заглубів її в щільний шар мінімум на три метри.

Статичне зондування здійснюється циклами, до складу яких входить:

рівномірний вдавленням зонда з періодичною - через 20 см - реєстрацією величин опору ґрунту вдавленням або безперервної автоматичної записом на діаграмні стрічках.

підняття штока домкрата у верхнє положення або нарощування наступної ланки штанг;

Випробування закінчується після досягнення конусом зонда заданої глибини або граничних зусиль на конус або на зонд в цілому.

Використана література

В.П. Ананьєв, В.И. Коробкин "Инженерная геология" "Высшая школа" Москва - 1973г.

А.Н. Давыдочкин "Основы геологии и петографии" "Будівельник" Киев 1966г.

Е.М. Сергеев "Инженерная геология" Издательство Московского Университета 1982г.

Н.В. Короновськи "Общая геология"

В.С. Мильничук "Общая геология" Москва "Недра" 1979г.