Презентация - Основы геологии

Министерство образования и науки РФ ФГБОУ ВПО ТИУ Кафедра Геотехники ОСНОВЫ ГЕОЛОГИИ 78 тематических слайдов Автор: ИГАШЕВА С. П.,ст. преп. каф. Геотехники

Экзогенные процессы

1. Вывéтривание (гипергенез): а) виды выветривания; б) элю ' вий ( е ). 2. Геологическая работа ветра: а) разрушительная работа ветра; б) ветровые (эóловые) отложения ( v ). 3. Гравитациóнные и водно- гравитациóнные процессы: а) смещение грунтовых масс; б) коллю ' вий ( с ).

ЭКЗОГЕННЫМИ (от греч. «экзо»- снаружи, и «генос» рождённый) называют процессы, происходящие НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ и в непосредственной близости от неё

1. ВЫВЕТРИВАНИЕ или ГИПЕРГЕНЕЗ это процесс непрерывного изменения и разрушения существующих горных пород.

Исходные породы повсеместно подвергаются воздействию различных агентов окружающей среды. Но, в зависимости от климата, усиливается воздействие на горные породы какого-либо определённого фактора:

а) ФИЗИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ происходит под действием перепадов температур, особенно от « » к « - » . В процессе нагревания и охлаждения (суточные, сезонные колебания температур) минеральные зёрна то расширяются, то уменьшаются в объёме. Связи между зёрнами нарушаются, появляются трещины в породе, от неё отделяются куски.

Физическое выветривание разрушает горные породы и в сухом состоянии, но если вода всё-таки проникает в трещины, то значительно усиливает и ускоряет разрушение: лёд с огромной силой расклинивает их. (рисунок 1, 2) :

Рисунок 1 Лёд в трещинах

Рисунок 2 Разрушение горных пород

В результате физического выветривания исходные породы измельчаются, но их состав не меняется. Образуются щебень, гравий, песок и другие обломочные породы .

б) ХИМИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ заключается в изменении состава и разрушении горных пород под действием окисления (рисунок 3) , выщелачивания, гидратации, дегидратации и др. (рисунок 4) . Образуются глины, гипсы, водорастворимые соли и др .

Рисунок 3 Зона окисления вокруг рудного включения

Рисунок 4 Слева свежий скол, справа - выветрелая поверхность

в) БИОЛОГИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ представляет собой как механическое разрушение исходных пород корнями растений и роющими животными, так и изменение состава пород при взаимодействии с продуктами их жизнедеятельности (рисунок 5) :

Рисунок 5 Растения разрушают асфальт

Все виды выветривания повсеместно идут одновременно, но в конкретных климатических условиях какой-либо из них преобладает.

Процесс выветривания начинается с поверхности и распространяется в глубину, постепенно изменяя коренн ỳ ю породу (рисунок 6) :

Рисунок 6 Кора выветривания

Так образуется кор á выветривания - продукты выветривания горных пород, оставшиеся на месте образования или ЭЛЮ'ВИЙ , (от лат. eluo – вымываю) на картах обозначается: е .

Элюви á льные отложения неоднородны как по составу, так и по крупности слагающих частиц. Поэтому теоретически в коре выветривания выделяют (сверху вниз) 4 зоны, хотя в конкретных случаях какие-то из них могут отсутствовать (рисунок 7) :

Рисунок 7 Зоны выветривания

1-я зона полного дробления характеризуется высокой степенью измельчения частиц. Первичные минералы тонко раздроблены и являются примесью к вторичным. Толща сильносжимаема. За счёт глинистых частиц – пластичность, связность, набухание при увлажнении. Водопроницаемость ничтожна.

2-я зона щеб é нистая состоит из обломков – щ é бня и дресвы. Редкие куски материнской породы непрочные, легко рассыпаются. Водопроницаемость и сопротивляемость сжатию значительно выше, чем у пород 1-й зоны. Пластичность почти отсутствует. Мощность зоны 1-3 м.

3-я зона глыбовая состоит из материнских пород, разбитых трещинами на отдельные глыбы, промежутки заполнены песчано-глинистым материалом. Водопроницаемость чрезвычайно высокая.

Силы сцепления между глыбами отсутствуют, действуют только силы внутреннего трения. Размеры глыб от 10-15 см в верхней части до нескольких метров. Мощность зоны достигает нескольких десятков метров.

4-я зона монолитная не имеет следов механической раздробленности. Наблюдается некоторое ослабление сопротивления породы механическим воздействиям из-за нарушения контактов на плоскостях скрытой трещинов á тости, появление глинистой примазки.

Физико-механические свойства коры выветривания зависят от минерального состава исходных пород, их структуры и состояния. Сопротивляемость нагрузке у выветрелых пород во всех случаях понижается. Со временем разрушенный материал выносится ветром и водой, а более прочные части массива остаются (рисунок 8) :

Рисунок 8 Останцы' на плато Маньпупунёр (Урал). № 4 из «семи чудес» России

Для профилактики выветривания применяют меры, препятствующие проникновению воды в трещины горных пород: цементирование трещин, покрытие массива плёнками и др., съём выветрелых масс и возведение сооружений на толще коренных пород является наиболее радикальной мерой для решения проблемы строительства в таких условиях.

Если это невозможно, то устойчивость проектируемых сооружений обеспечивают специальные инженерные мероприятия по укреплению грунтов.

Идея искусственного изменения состава и свойств грунтов в России возникла в XVШ веке. В настоящее время используют следующие методы укрепления недостаточно прочных грунтов.

МЕХАНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ: улучшения дисперсных грунтов: укатка (неприменима для мощных толщ) ; трамбование; грунтонабивные сваи; виброуплотнение; сейсмоуплотнение энергией взрыва.

ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ: электрохимическое закрепление постоянным током (60-200 V ) ; термоупрочение ( ó бжиг) ; замораживание.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ: д и с п е р г а ц и я; а г р е г а ц и я; г и д р о ф о б и з а ц и я; к о л ь м а т а ц и я; г л и н и з а ц и я; с о л о н ц е в а н и е;

ХИМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ : б и т у м и з а ц и я; с м о л и з а ц и я; с и л и к а т и з а ц и я; ц е м е н т а ц и я (рисунок 9) :

Рисунок 9 Закрепление грунтов

Эóл – бог ветра в греческой мифологии ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ВЕТРА или э ó ловые процессы

Аэродинамические процессы (от греч. «аэр» - воздух; dinamis – сила) , вызываемые действием ветра заключаются в разрушении горных пород под действием ветра, в переносе и отложении разрушенного материала.

а) разрушительная работа ветра: ДЕФЛЯЦИЯ (от лат. deflation - выдувание, сдувание) выдувание рыхлого материала. В районах, сложенных рыхлыми и мягкими породами формируются котловины выдувания (рисунок 10) : длиной до сотен километров, шириной несколько километров, глубиной несколько сотен метров;

Рисунок 10 Котловина выдувания

Чем мельче частицы, тем выше они поднимаются и дальше уносятся от места разрушения исходной породы. Происходит сортировка материала: пыль поднимается на высоту до 1000 и более метров (рисунок 11) , самые мелкие песчинки – на несколько десятков метров, крупнопесчаные частицы на 8-10 м, крупные частицы (диаметром 3-4 см) подбрасывает ветром на 2-3 м.

Рисунок 11 Пылевая буря

дефляции всегда сопутствует КОРРÁЗИЯ (от лат. corrasio - обтачивание) - шлифование различных поверхностей летящими песчинками (рисунок 12) :

Рисунок 12 Корр á зия

Если горные породы неоднородны (гранит, габбро) , то их поверхность становится ячéистой (рисунок 13) , в гнейсах образуются желобк и , в слоистых породах отчётливо видны отдельные слои (рисунок 14) , однородные массивы обтачиваются относительно равномерно.

Рисунок 13 Яч é истая структура

Рисунок 14 Слои отпрепарированы корразией

Защита площадки от разрушительной работы ветра аналогична действиям при выветривании, то есть заключается в закреплении несвязных грунтов, цементации трещин, нанесении специальных покрытий на поверхности.

б) созидательная работа ветра. Частицы, переносимые ветром, встречая на своём пути какое-либо препятствие, останавливаются, накапливаются, образуют небольшие бугры . Ветровые отложения – v часто называют ЭÓЛОВЫМИ (Эóл – бог ветра в греческой мифологии) . Их основные составляющие – песок и пыль (рисунок 15) .

Рисунок 15 Э ó ловые отложения

Бугры быстро растут, достигая в высоту от единиц до сотен метров – бархáны (тюрк.) и дюны (от нем. Düne) . Они часто образуют цепи и могут передвигаться со скоростью от нескольких сантиметров до десятков метров в год.

Движущиеся пески представляют большую опасность, т.к. при своём перемещении они засыпают плодородные земли, здания и сооружения (рисунок 16) :

Рисунок 16 Э ó ловые отложения

Для закрепления движущихся песков сажают растения с мощной корневой системой; создают искусственные дюны, располагая щитовые ограждения поперёк направления ветра; в отдельных случаях пески закрепляют твердеющими растворами, наиболее эффективны битумные эмульсии.

ГРАВИТАЦИОННЫЕ И ВОДНО-ГРАВИТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ Куски пород, отделившиеся от массива, в условиях расчленённого рельефа неизбежно подвергаются влиянию силы тяжести и перемещаются вниз по склону. Отложенный материал называется КОЛЛЮВИЕМ (от лат. colluvio; скопление, беспорядочная груда) , на картах обозначается: с .

ГРАВИТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ ( ó сыпи, обвалы и др.) отличаются кратковременностью. Материал перемещается по склону под действием силы тяжести, стремительно, переворачиваясь и дробясь по пути (рисунок 17) :

Рисунок 17 Обвал

Применяют профилактическое обрушение опасных частей склона. Для защиты дорог, расположенных вдоль подножия склона, на особо опасных участках строят галереи, прикрывающие дорогу (рисунки 18, 19, 20) :

Рисунок 18 Участок дороги с нависающим карнизом в швейцарских Альпах

Рисунок 19 Галерея на опасном склоне

Рисунок 20 Галерея на опасном склоне

ВОДНО-ГРАВИТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ (óползни и др.) происходят при участии воды. Для их проявления необходимо наличие на склоне рыхлых водонасыщенных грунтов, Залегающих на глинистом ложе .

Вода, попадая на склон, утяжеляет грунты и увлажняет глину, делая её скользкой. Оползневые массы в процессе движения со склона не переворачиваются и не дробятся.

Они движутся вниз со скоростью от первых сантиметров до нескольких метров в год, в зависимости от крутизны склона и его увлажнения (рисунок 21) :

Рисунок 21 Оползень

Признаки оползнеопасного склона (рисунок 22) : трещины вдоль поверхности склона; неровность поверхности склона, особенно в нижней части; валы вып ỳ чивания вдоль подножия склона; забол ó ченность между ними; теряют вертикальность столбы, заборы, деревья ( рисунок 23) ; появляются трещины в стенах.

Рисунок 22 Элементы ó ползневого склона

Рисунок 23 На ó ползневом склоне деревья приобретают наклон

Меры защиты инженерных сооружений: пассивные (направленные на сохранение устойчивости склона) : запрет на подрезание склона; запрет сброса вод; запрет на уничтожение растительности и т.д. (рисунок 24) :

Рисунок 24 Растения корнями удерживают грунтовые массы на склоне

активные (борьба с самим процессом) : закрепление грунтов растворами; удерживание сползающих масс подпорными стенками; создание новых откосов и т. д. (рисунки 25-29) :

Рисунок 25 Подпорные стенки испытывают колоссальную нагрузку

Рисунок 26 Железобетонная плита замедляет оползание грунтов

Рисунок 27 Набережная укрепляет склон

Рисунок 28 Защита ó ползневого склона

Рисунок 29 К сожалению, смещение грунтовых масс может быть стремительным

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!