Что интересует инженера в грунтах?

Оценка окружающей обстановки и история образования грунтов показывают, что можно ожидать на различных площадках. В грунтах инженера интересуют строительные свойства.

Со свойствами грунтов и с инженерно-геологической обстановкой строителям приходится встречаться в разных отношениях.

Так, для фундаментов сооружений и их оснований решающее значение имеют прочность и сжимаемость.

Для мостов добавляется сопротивление грунтов размыву речным потоком.

Для плотин добавляется взаимодействие подземного напорного потока со скелетом грунта (подземная эрозия и суффозия).

Для тоннелей - определение давления грунта на обделку.

Для дорог – учёт климатических воздействий (промерзание и атмосферные воды).

Для подпорных стен – удержание грунтов от оползания.

Для корректировки решений механики грунтов приходится прибегать к качественной оценке геотехнических условий, исходя из знания того, как различные геологические процессы и явления отражаются на свойствах грунтов.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Внешняя и внутренняя динамика Земли.

1.1 Внутренняя динамика: дислокации (землетрясения). Платформы, геосинклинали.

Формирование технически важных свойств грунтов происходит в результате и на фоне борьбы двух мощных стихий: внешней и внутренний динами Земли. Под внутренней динамикой понимают процессы и силы, которые проявляются в виде движения и деформаций земной коры. Их называют тектоническими. Они приводят к изменению условий залегания пород, сминают их в складки, разрывают, образуют горы и крупные местные понижения поверхности. Деформации и перемещения, вызванные тектоническими силами, называют дислокацией. Проявление дислокаций в настоящее время – это землетрясения. Вначале проводились сейсмические наблюдения, потом появилась геофизика. Скорость прохождения волн различна в различных средах. Исследования позволили выделить на поверхности Земли отдельные относительно устойчивые и малоподвижные участки, которые назвали платформами, и другие участки, в которых интенсивно проявлялись в недавнем прошлом (и сейчас) тектонические процессы – геосинклинали. Примеры: Скандинавия поднимается приблизительно на 2-2,5 мм в год, Голландия и Франция опускаются, южнее Волгограда идёт линия непрерывного опускания Русской платформы, Кавказские горы, наоборот, поднимаются (4-5 км за четвертичный период).

1.2. Внешняя динамика: денудационные процессы.

В основе процессов внешней динамики Земли лежит энергия Солнца. Они появляются в виде действия осадков, ветра, рек, морей, ледников и т.п. Все эти агенты ведут к выветриванию, разрушению горных пород и к переносу их на низкие места, к сглаживанию земной поверхности. Соответствующее явление изменения земной коры называется денудационным процессом.

Происхождение пород.

3 типа: изверженные, осадочные и метаморфические.

2.1. Изверженные породы относятся к категории скальных. Их отличает высокая прочность (100 и 1000 кгс/см2). Они практически несжимаемы. Однако из-за температурных процессов (оболочка растрескивалась), тектонических процессов все изверженные породы получают трещины, т.е. представляют собой кладку из сухих блоков. Ещё хорошо, если постель горизонтальна. В трещинах может быть вода, они могут быть заполнены рыхлыми породами, продуктами выветривания. В местах имеющихся трещин при насыщении водой могут возникать огромные гидростатические напоры. В результате сопротивление сдвигу по трещинам резко падают и могут происходить огромные скальные оползни.

2.2. Осадочные породы образуются из продуктов разрушения других пород, жизнедеятельности организмов и растений, в результате химических реакций, а также строительной деятельности (техногенные породы). Всегда их образование происходит при температуре и давлении, имеющих место вблизи поверхности Земли. Они представляют собой материалы любого происхождения, выпадающие из водной или воздушной среды, имеют свою структуру и текстуру, и цемент, скрепляющий вместе отдельные крупные зёрна. Большое практическое значение имеет пористость. Различают обломочные, органогенные, химические и техногенные породы. Обломочные – крупные (валуны, галька, гравий, щебень и дресва), средние (пески и песчаники), мелкие (лёсс и лессовидные суглинки), тонкие (глины с размерами частиц меньше 0,005 мм). Органогенные и химические породы – карбонатные (известняк, мергель, доломит), кремнистые (диатомит, трепел, опока), сернокислые и галоидные (гипс, ангидрит, каменная соль).

2.3. Метаморфические породы образуются в глубоких зонах земной коры, перекристаллизацией магматических и осадочных пород. Влияют высокая температура, давление и раскалённые газы. Типы метаморфизма зависят от того, какая причина играет главную роль. При региональном метаморфизме наблюдается высокая температура и гидростатическое давление, захватывающее крупные массы пород. Контактовый метаморфизм имеет местное значение, развивается вдоль контакта каналов раскалённой магмы и не меняет химический состав пород. Динамометаморфизм имеет причиной тектоническое давление, повышающее температуру. Возникающая при этом трещиноватость облегчает проникновение в породу воды, происходит перекристаллизация и рост кристаллов в определённом направлении, образуется сланцевая текстура. Гидротермальный метаморфизм характеризуется внедрением в породу нового вещества водными растворами и газовыми эманациями.