ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра оснований, фундаментов, динамики сооружений

и инженерной геологии

Инженерная геология

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Казань, 2009

УДК 624.1

ББК 26.3

И62

Инженерная геология: Учебное пособие/ Авторы: И.Т. Мирсаяпов, Д.Р. Сафин, Л.Ф. Сиразиев, Т.И. Гелеверя, Е.А. Краев, Л.К. Згадзай, Д.М. Нуриева/ Под редакцией доктора технических наук, профессора И.Т. Мирсаяпова. – Казань, 2009. – 147с.

Печатается по решению Редакционно-издательского совета Казанского государственного архитектурно-строительного университета.

В учебном пособии изложены общие сведения о геологии, приведены данные по минералам и горным породам, тектоническим явлениям, гидрогеологии. В соответствии с программой курса освещены вопросы инженерно-геологических изысканий для промышленно-гражданского строительства и прогнозирования изменения геологической среды. Особое место занимают вопросы изучения геологических и инженерно-геологических процессов и явлений.

Пособие содержит варианты заданий, методики и примерные решения контрольных задач по инженерной геологии. Предназначено для проведения лабораторных и практических занятий для студентов вузов, обучающихся по строительным специальностям.

Рецензенты: - кандидат технических наук, заместитель генерального директора по науке ГУП «Татинвестгражданпроект» И.С. Абдрахманов;

- кандидат технических наук, директор НППФ «Фундаментспецремонт» И.Ф.Шакиров

ISBN © Казанский государственный архитектурно- строительный университет, 2009

Содержание

Задачи 64

КАТЕГОРИИ СЛОЖНОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ 107

Вариант №2 110

Введение

Инженерно-геологические исследования как часть инженерных изысканий представляют собой важнейший этап любого строительного процесса, в особенности это касается сооружений с развитой подземной частью или на сложных грунтовых условиях. От полноты, продуманности программы инженерно-геологических изысканий и качества их проведения зависит уровень достоверности исходной информации для проектирования, которая соответственно определяет степень учета при проектировании всех особенностей площадки строительства, правильность выбора рациональных типов фундаментов и конструкций сооружения, степень безопасности технологии его возведения, необходимость и объем проведения тех или иных предупредительных мероприятий и т.д., что в конечном итоге во многом определяет стоимость и надежность функционирования объекта при последующей эксплуатации.

В связи с этим в процессе изучения курса «Инженерная геология» является необходимым приобретение основных представлений о составе, строении, состоянии и свойствах геологической среды, развивающихся в ней природных и техногенно вызванных геологических процессах; возможных изменениях геологической среды под влиянием строительства и эксплуатации сооружений, негативно влияющих на геологическую обстановку застроенной территории, методике и методах исследований при инженерно-геологических изысканиях, а также содержании инженерно-геоэкологического обоснования проектов в различных региональных условиях с учетом прогнозного изменения геологической среды.

Учебное пособие составлено с целью оказания помощи студентам при изучении вышеприведенных вопросов, составляющих основу курса инженерной геологии применительно для проектирования зданий и сооружений.

1. Породообразующие минералы. Магматические и метаморфические горные породы

Рассматриваемые вопросы:

• определение и описание минералов как составных частей горных пород;

• магматические горные породы, классификация и их важнейшие особенности;

• метаморфические горные породы, классификация и их важнейшие особенности.

1.1. Породообразующие минералы, их физические свойства, классификация

Минералы, входящие в состав горных пород в количестве, большем, чем 1%, называются породообразующими.

Формы нахождения минералов в природе

Кристаллы – правильные многогранники: кварц – призмы, заостренные к верху; пирит, галит – кристаллизуются в виде куба; слюда, графит – вытянутые в двух направлениях (плоские, листоватые, чешуйчатые).

Друзы – (с греческого «щетка») – сростки минералов, кристаллы вырастают на какой-либо основе.

Землистые массы (глинистые минералы).

Основная масса минералов имеет кристаллическое строение, которое влияет на их форму, прочность. Прочность зависит от типа структурных связей решетки (ионная, ковалентная, металлическая, водородная, молекулярная).

Физические свойства минералов

Каждый минерал имеет определенные физические свойства. Главнейшими из них являются: внешняя форма, оптические характеристики (цвет, прозрачность, блеск), показатели твердости, спайность, излом, плотность.

Внешняя форма минералов разнообразна. В природных условиях они чаще всего приобретают неправильные очертания.

Цвет для очень многих минералов строго постоянен. Их условно разделяют на светлые (кварц, полевые шпаты, гипс, кальцит и др.) и темные (роговая обманка, авгит и др.).

Прозрачность – способность минералов пропускать свет. Выделяют три группы минералов: прозрачные (кварц, мусковит и др.), полупрозрачные (гипс, халцедон и др.) и непрозрачные (пирит, графит и др.).

Блеск – способность поверхности минералов отражать в различной степени блеск. Блеск может быть металлическим и неметаллическим, который в свою очередь может быть стеклянным (кварц, силикаты), жирным (тальк), шелковистым (селенит, асбест) и т.д.

Твердость – способность минералов противостоять внешним механическим воздействиям. Каждому минералу присуща определенная твердость, которая ориентировочно оценивается по 10-балльной шкале твердости Мооса.

Спайность – способность минералов раскалываться или расщепляться по определенным направлениям с образованием плоскостей раскола.

Излом характеризует поверхность разрыва и раскалывания минералов Различают излом по спайности (кальцит), раковистый (кварц), землистый (каолинит) и др.

Плотность минералов различна и колеблется в пределах от 0,6 до 19 г/см3.

Минералы могут обладать рядом других физических свойств: хрупкостью, плавкостью, магнитностью, вкусом, запахом и т.д.

Классификация минералов основана в основном на их химическом составе:

• самородные элементы – элементы находятся в свободном состоянии (сера S, графит C, алмаз C);

• сульфиды – соединения металлов с серой – пирит FeS₂;

• сульфаты – соли серной кислоты (гипс CaSO₄∙2H₂O, ангидрит CaSO₄). При соприкосновении с водой ангидрит переходит в гипс, увеличиваясь в объеме на 30%;

• окислы и гидроокислы – кварц SiO₂, опал SiO₂∙nH₂O, лимонит Fe₂O₃∙nH₂O;

• карбонаты – соли угольной кислоты – кальцит CaCO₃, доломит CaMg (CO₃)₂, магнезит MgCO₃;

• галоиды – соли соляной кислоты – галит NaCl– ионный тип решетки;

• силикаты – слюды, глинистые минералы (каолинит, монтмориллонит, гидрослюда), полевые шпаты (ортоклаз, плагиоклаз).

Минералы класса фосфатов, вольфрамитов встречаются гораздо реже, чем другие.

Инженерно-геологическая классификация минералов

С учетом строения кристаллической решетки и прочности различают:

Первичные силикаты – минералы класса силикатов, образующиеся в глубинах земли и характеризующиеся ковалентным типом связи кристаллической решетки.

Минералы этого класса – прочные, нерастворимые в воде, но выветриваются. Служат хорошим основанием для инженерных сооружений.

Простые соли – минералы классов карбонаты, сульфаты, галоиды. Для них характерен ионный тип кристаллической решетки – прочные и крепкие в сухом состоянии, но растворимые в воде. С минералами этого класса связан геологический процесс  карст.

Глинистые минералы – выделяются из класса силикатов по следующим признакам:

• высокая дисперсность – степень раздробленности, размер частиц <0.001 мм;

• способность к ионному обмену;

• гидрофильность – способность минералов вмещать в себя воду и увеличиваться в объеме (набухание);

• пластичность – при увлажнении переходят в пластичную форму (каолинит, монтмориллонит, гидрослюда).

Глинистые минералы – породообразующие, слагают породы: глина, суглинок, супесь.

Органическое вещество – гумус и гуминовые кислоты, которые образуются в верхней части земной коры в результате разложения растительности. Изменяют свойства горных пород.