__3__ УП ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра строительного производства, оснований и фундаментов
Игашева С.П., Соседков Э.С.
ГЕОЛОГИЯ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ «Горные породы, как грунты и их свойства»
для студентов строительных специальностей очной и заочных форм обучения
Тюмень, 2011
УДК
ББК
Игашева С.П., Соседков Э.С. Геология: учебное пособие к лабораторным и практическим работам дисциплины «Геология» для студентов строительных специальностей дневной и заочных форм обучения - перераб. и доп. – Тюмень: РИЦ ГОУ ВПО ТюмГАСУ, 2011. – 72 с.
Учебное пособие разработано на основании рабочих программ ГОУ ВПО ТюмГАСУ дисциплины «Геология» для студентов строительных специальностей очной и заочных форм обучения. Учебное пособие содержит теоретический материал по теме «Горные породы, как грунты, и их свойства», методические указания к практической работе «Описание свойств горных пород» и к двум лабораторным работам: «Макроскопическое определение свойств горных пород» и «Изучение горных пород по образцам учебной коллекции», контрольные вопросы.
Рецензент: Е.М.Максимов, профессор ТГНГУ, доктор г.-м.н.,
Рецензент: В.Д. Старков, профессор ТГУ, доктор г.-м.н.,
Рецензент: Ю.В.Кравцов, ведущий научный сотрудник
ООО «Тюменгипрогаз», к.г.-м. н.
Тираж 300 экз.
ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет» Игашева С.П., Соседков Э.С.
Редакционно-издательский центр ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурностроительный университет»
2
Содержание
Введение………………………………………………………………............................6
1ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА Описание свойств горных пород
1.1Теоретическая часть Оснóвы петрографии.…………………….………...7
1.1.1Генезис горных пород………………………………………...................7
1.1.2Состав и строение горных пород……………………..............................8
1.1.3 |
Водные и химические свойства……………………………............... |
….9 |
1.1.4 |
Физические свойства……………………………..…..……………….....9 |
|
1.1.5 |
Прочностные и деформационные свойства.......................................... |
10 |
1.1.6Месторождения полезных ископаемых……………………………….11
1.1.7Применение горных пород……………………………………………..11
1.1.8Основные сведения об отдельных классах горных пород
Магматические горные породы………………...................................... |
13 |
Осадочные горные породы…………………………............................. |
20 |
Метаморфические горные породы………………………………….....28 |
1.1.9Взаимосвязь классов горных пород…………………………………...33
1.1.10Контрольные вопросы…………………………………………….......34
1.2.Практическая часть Описание свойств горных пород…………...…35
1.2.1Задание…………………………………………………………………..35
1.2.2Пример оформления практической работы…………………………...36
1.2.3 Характеристика горных пород, как грунтов...... |
………………...........37 |
МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ |
|
Ультракислые: |
|
пегматúт............................................................................................ |
37 |
Кислые |
|
гранúт……………………………………………………………....37 |
|
липарúт и липарúтовый порфúр……………………….................38 |
|
обсидиáн…………………………………………………………...39 |
|
пéмза................................................................................................. |
39 |
Средние: |
|
диорúт……………………………………………………………...40 |
|
андезúт и андезúтовый порфирúт.................................................. |
40 |
сиенúт………………………………………………………………41 |
|
трахúт……………………………………………………………....41 |
|
Основные: |
|
гáббро………………………………………………………………42 |
|
базáльт и базáльтовый порфирúт………………………………...42 |
|
диабáз……………………………………………………………...43 |
3
Ультраосновные: |
|
перидотúт…………………………………………………………43 |
|
пироксенúт………………………………………………………..44 |
|
дунúт……………………………………………………................44 |
|
ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ |
|
Обломочные: |
|
щéбень и дресвá………………………………………………….45 |
|
брéкчия……………………………………………………………45 |
|
гáлечник и гравий………………………………………………..46 |
|
конгломерáт……………………………………...........................46 |
|
песок………………………………………………………………46 |
|
песчáник…………………………………………………………..47 |
|
лѐсс………………………………………………………………..48 |
|
алевролúт………………………………………............................48 |
|
туф вулканический……………………………………………....49 |
|
Глинистые: |
|
глина каолинúтовая……………………………...........................49 |
|
глина монтмориллонúтовая……………………………………..50 |
|
сýглúнок…………………………………………………………..50 |
|
сýпесь……………………………………………………………..51 |
|
аргиллúт…………………………………………………………..51 |
|
Хемогенные: |
|
каменная соль................................................................................. |
51 |
гипс.................................................................................................. |
52 |
ангидрúт.......................................................................................... |
52 |
известняк………………………………………………….............52 |
|
доломúт............................................................................................ |
53 |
Органогенные |
|
известняк раковúстый………….................................................... |
53 |
мел………………………………………………………………....54 |
|
диатомúт…………………………….............................................. |
54 |
трéпел………………………………………….............................. |
55 |
слáнец горючий…………………………………………..............56 |
|
Породы сложного генезиса: |
|
мéргель…………………………………………………………….56 опóка………………………………………………………………57
МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
яшма.................................................................................................57
мрáмор…………………………………………………………….58 кварцúт…………………………………………………................58
4
|
|
серпентинúт.................................................................................... |
59 |
|
|
|
гнейс................................................................................................ |
|
59 |
|
|
филлúт…………………………..................................................... |
60 |
|
|
|
слюдяные сланцы........................................................................... |
60 |
|
|
|
тáльковые сланцы.......................................................................... |
60 |
|
|
|
зелѐные сланцы.............................................................................. |
61 |
|
2 |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 Макроскопическое определение |
|
||
|
|
|
свойств горных пород |
|
|
2.1 |
Теоретическая часть ......Методы определения свойств горных пород |
62 |
|
|
2.2 |
Практическая часть Определение свойств горных пород по образцам |
||
|
|
|
учебной коллекции . ………………………………64 |
|
3 |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 Изучение горных пород по образцам |
|
||
|
|
|
учебной коллекции . |
|
|
3.1 |
Теоретическая часть ..... |
Исследование образцов учебной коллекции |
65 |
|
3.2 |
Практическая часть |
Ключ к определению основных типов |
|
|
|
|
горных пород ……………………………………….65 |
|
|
3.3 |
Контрольные вопросы ........................................................………………… |
69 |
Список литературы………………………………………………..…………..............70
5
Введение
Настоящее учебное пособие содержит теоретический материал по теме «Горные породы, как грунты, и их свойства», методические указания к практической работе «Описание свойств горных пород» и к двум лабораторным работам:
«Макроскопическое определение свойств горных пород» и «Изучение горных пород по образцам учебной коллекции», контрольные вопросы.
Пособие разработано на основании рабочих программ ГОУ ВПО ТюмГАСУ дисциплины «Геология» для студентов строительных специальностей: ПГС, ГСХ, ПСК, ЭУН, АД, ВиВ, ТГВ, ООС очной, заочной и заочной в сокращѐнные сроки форм обучения.
Данное пособие содержит объяснения основных петрографических терминов и описание наиболее распространѐнных горных пород, используемых в качестве грунтов, с их разделением по генетическим типам. Здесь нашли отражение свойства горных пород, принадлежащих классу природных скальных и классу природных дисперсных грунтов.
Авторы не задавались целью проанализировать все известные науке свойства горных пород, выбрав лишь наиболее важные для строителей. Остальные, при необходимости, можно найти в специальных справочниках. В данном пособии не рассматриваются классы мѐрзлых природных и техногенных грунтов, поскольку они изучаются при освоении дисциплин «Грунтоведение» и «Мерзлотоведение».
Целью пособия является ознакомление в предельно краткой и максимально доступной форме с макроскопическими свойствами горных пород и их характеристика по образцам учебной коллекции.
Настоящее учебное пособие ставит своей задачей
восполнение пробела в информации по теме «Горные породы» в литературе для студентов строительных специальностей;
оказание практической помощи студентам при самостоятельном выполнении работ и их оформлении.
Учебное пособие соответствует программе ГОС ВПО и может быть использовано студентами дневной, заочной и заочной в сокращѐнные сроки форм обучения всех строительных специальностей (ПГС, ПСК, ЭУН, ГСХ, АД, ВиВ, ТГВ, ООС) как во время аудиторных занятий, так и для самостоятельной работы.
Важнейшим дополнением к данному пособию являются презентации «ГОРНЫЕ ПОРОДЫ», «МГП», «ОГП», «МетГП», «ГОРНЫЕ ПОРОДЫ учебная коллекция», которые подробно иллюстрируют текст настоящего пособия.
6
1 ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА Описание свойств горных пород
1.1 Теоретическая часть
Основы петрографии
Камень сейчас в руках человека - не забава и роскошь, а прекрасный материал, которому мы сумели вернуть его место, материал, среди которого лучше и веселее жить. А. Е. Ферсман
ПЕТРОГРÁФИЯ (от греч. «петрос» - камень и «графо» - пишу, описываю)
– наука, изучающая состав, строение, свойства, условия образования и изменения горных пород. Как самостоятельная ветвь геологической науки она сформировалась во второй половине XIX века. Тогда был изобретен поляризационный микроскоп, позволяющий детально изучать строение и состав горных пород. Появилась возможность не только наблюдать и описывать свойства горных пород, но и анализировать полученную информацию, и делать прогнозы. Поэтому было предложено название, более соответствующее современному характеру этой науки – ПЕТРОЛОГИЯ.
ГОРНАЯ ПОРОДА (г.п.) – это скопление зѐрен минералов, более или менее постоянных в количественном и качественном отношении. Они образуются в р е- зультате естественных физико-химических процессов в земной коре и прилегающих к ней оболочках. В настоящее время известно около 1000 разновидностей горных пород.
1.1.1. Генéзис (происхождение)
Генéзис горных пород является оснóвой для их классификации:
магматические (МГП), образовавшиеся при застывании магмы в глубине земной коры или лавы на еѐ поверхности;
осадочные (ОГП), образовавшиеся на земной поверхности вследствие осаждения в воздушной или водной среде продуктов выветривания г.п.;
метаморфические (МетГП) – появившиеся в результате преобразования (метаморфизма) уже существующих горных пород.
В зависимости от условий и места образования каждом классе горных пород выделяют несколько групп.
Все три класса неразрывно связаны между собой (рисунок 1):
7
Рисунок 1 Схема связи классов горных пород
Каждая горная порода обладает целым рядом свойств, позволяющих отличить еѐ от других, и оценить возможность использования в том или ином виде.
1.1.2 Состав и строение Состав и строение горных пород являются их важнейшими характеристи-
ками:
а) химический состав горных пород оценивается валовым химическим анализом, горные породы не имеют химических формул;
б) минеральный состав горных пород разнообразен, но для каждой конкретной породы постоянен. Минералы, входящие в состав горных пород делят по количественному содержанию на:
главные (породообразýющие), каждый из которых составляет не менее 10% от объѐма породы и определяет еѐ свойства;
8
второстепенные (акцессόрные) составляют не более 10% от объѐма породы, не являются еѐ неотъемлемой частью, но могут сильно влиять на свойства горной породы.
В зависимости от количества породообразующих минералов горные породы делят на мономинеральные и полиминеральные. Один и тот же минерал может быть в одной породе главным, а в другой – второстепенным;
Структура (от лат. structura - строение, порядок) – вторая важнейшая ха-
рактеристика горных пород, отражающая их внутреннее строение. Она определяется размером и формой минеральных частиц, количественным соотношением слагающих породу элементов и характером их взаимодействия друг с другом. Структура отражает условия образования горной породы.
Текстура (от лат. textura - ткань, строение, сплетение, сложение) - третья важнейшая характеристика горной породы, отражающая еѐ внешний облик. Определяется взаимным расположением составных частей породы, характером и способом заполнения пространства.
1.1.3 Водные и химические свойства Водопроницаемость – способность горных пород пропускать через себя
(фильтровать) воду может проявляться у всех горных пород в зависимости от их трещиноватости (МГП и МетГП) или пористости (ОГП):
более 100 м3/сутки – очень сильно водопроницаемые; 30 -100 м3/сутки – сильно водопроницаемые; 10-30 м3/сутки – средне водопроницаемы; 0,1-10 м3/сутки – слабо водопроницаемые;
0,01-0,1 м3/сутки – очень слабо водопроницаемые; менее 0,01 м3/сутки – практические водоупорные.
Влагоѐмкость – способность горных пород вмещать некоторое количество влаги, набухать, увеличиваться в объѐме.
Химическая активность для горных пород, применяемых в строительстве, определяется их растворимостью в воде и взаимодействием с 10%-ной соляной кислотой HCl.
1.1.4 Физические свойства Окраска горной породы определяется, в основном, цветом минералов, вхо-
дящих в еѐ состав, и может играть важную роль в оценке пород, применяемых в строительстве.
9
Плотность – характеристика горной породы, зависящая от еѐ минерального состава и упаковки частиц, равная отношению массы к единице объѐма (т/м3; г/см3). При изучении горных пород необходимо учитывать разницу между плотностью минеральных частиц и плотностью породы в целом с учѐтом пор и трещин.
1.1.5 ПрочностнЫе и деформациóонные свойства Прочность – способность горных пород сопротивляться разрушению от
действия внутреннего напряжения. Для горных пород, применяемых в строительстве, основным прочностным показателем является предел их сопротивления одноосному сжатию - Rсж, выражается в МПа или кг·с/см²:
Rсж > 120 МПа – очень прочные; 50 - 120 МПа – прочные; 15 - 50 МПа – средней прочности; 5 - 15 МПа – малопрочные;
менее 5 МПа – полускальные.
Трещиноватость – степень развития трещин в массиве горных пород. Трещины могут возникать в любых монолитных горных породах, когда те не выдерживают приложенной к ним нагрузки. Показатель трещиноватости увеличивается на всѐм протяжении существования массива пород. Но для инженера-строителя важно знать не только густоту трещин, но и причину их возникновения:
первичная трещиноватость возникает уже в процессе формирования горных
пород и связана с изменением объѐма массива. Фигуры, выделяемые из массива пород системой первичных трещин, называются отдельностью;
вторичная трещиноватость:
тектоническая возникает в результате тектонических движений в земной коре. Они проявляются в виде землетрясений и приводят к образованию прямолинейных трещин шириной до нескольких десятков метров и длиной до нескольких километров. Такие трещины часто залечиваются обломками, и становятся незаметными на поверхности земли, но отчѐтливо видны на аэрофотоснимках. Они существенно усложняют, а иногда делают невозможным проведение строительных работ, поэтому обязательно фиксируются при изучении местности и
обозначаются на картах красными жирными линиями;
экзогенная трещиноватость связана с выветриванием. Такие трещины извилисты, имеют ширину до нескольких сантиметров и глубину до 10-15 см. Не оказывают существенного влияния на строительные работы.
Устойчивость определяется количеством времени, в течение которого порода сохраняется в естественных и в городских условиях, т.е. при воздействии влаги и дымовых газов.
10