Понятие о геологической среде и геодинамической обстановке.

Геологическая среда верхние горизонты литосферы,взаимодействующие (актуально или потенциально) с техносферой (техническими объектами). СогласноЕ. М. Сергееву (1979) под геологической средой понимается «верхняя часть литосферы, котораярассматривается как многокомпонентная динамичная система, находящаяся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека и, в свою очередь, в известной степени определяющая этудеятельность». Геологическая среда это подсистема гидролитосферы и биосферы.

Ге́одинамическая обстано́вка в теории тектоники плит,характерная геологическая структура, с определённым соотношением плит.

В одной и той же геодинамической обстановке схожим образом происходят большинство геологическихпроцессов:

Тектонические процессы (характерные типы разломов и складок)

Магматизм (определённые типы магматических пород)

Землетрясения

Осадконакопление

Геохимические процессы

Метаморфизм

Образуются определённые типы месторождений полезных ископаемых.

3.Поясните основные закономерности развития геологических процессов на примере любого процесса из числа, изученных нами.

Геологическими называют процессы, протекающие в недрах Земли или на ее поверхности и связанные с образованием, перемещением или разрушением горных пород. Эти процессы постоянно изменяют облик нашей планеты.

Различают эндогенные (внутренней динамики) и экзогенные (внешней динамики) процессы.

Основной движущей силой эндогенных процессов является энергия, которая выделяется за счет перераспределения вещества в недрах Земли, радиоактивного превращения элементов, химических реакций.

К ним относятся: магматизм, метаморфизм, вулканизм, землетрясение и породообразование.

Экзогенные процессы действуют под влиянием солнечной энергии. Они проявляются во взаимодействии литосферы с атмосферой, гидросферой и биосферой.

Эндогенными (внутренними) процессами называются такие геологические процессы, происхождение которых связано с глубокими недрами Земли. Вещество земного шара развивается во всех своих частях, в том числе и в глубинных. В недрах Земли под внешними ее оболочками происходят сложные физико-механические и физико - химические преобразования вещества, в результате которых возникают мощные силы, воздействующие на земную кору и коренным образом преобразующие последнюю. Вот эти-то преобразующие процессы и называются эндогенными процессами.

Наиболее отчетливо эндогенные процессы выражаются в явлениях вулканизма, под которыми понимаются процессы, связанные с перемещением магмы как в верхние слои земной коры, так и на ее поверхность.

Билет

1.Приведите одну из классификаций оползней. Поясните, для чего составляются классификации.

Классифицируются оползни: по масштабам явления, скорости движения и активности, механизму процесса, мощности и месту образования.

По масштабам оползни классифицируются на крупные, средние и мелкомасштабные.

Крупные вызываются, как правило, естественными причинами и образуются вдоль склонов на сотни метров. Их толщина достигает 10-20 и более метров. Оползневое тело часто сохраняет свою монолитность.

Средние и мелкомасштабные имеют меньшие размеры и характерны для антропогенных процессов.

Масштаб часто характеризуется вовлеченной в процесс площадью. В этом случае они подразделяются на грандиозные — 400 га и более, очень крупные — 200-400 га, крупные — 100-200 га, средние — 50- 100 га, мелкие — 5-50 га и очень мелкие — до 5 га.

По скорости движения весьма разнообразны, что видно из табл. 2.3.

По активности оползни подразделяются на активные и неактивные. Главными факторами здесь являются породы склонов и наличие влаг и. В зависимости от количества влаги они делятся на сухие, слабо влажные, влажные и очень влажные. Например, очень влажные содержат такое количество воды, которая создает условия для жидкого течения.

По механизму процесса подразделяются: на оползни сдвига, выдавливания, вязкопластические, г идродинамическою выноса, внезапною разжижения. Часто имеют признаки комбинированного механизма.

По мощности процесса оползни делятся на малые — до 10 тыс. м³, средние — от 11 до 100 тыс. м³, крупные — от 101 до 1000 тыс. м³, очень крупные — свыше 1000 тыс. м- вовлекаемой в процесс массы горных пород.

По месту образования они подразделяются на горные, подводные, смежные и искусственных земляных сооружений (котлованов, каналов, отвалов пород).

2.Результатом каких исследований является закон Дарси и каково его практическое применение?

Закон Дарси (Анри Дарси, 1856) — закон фильтрации жидкостей и газов в пористой среде. Исторически закон был получен А.Дарси экспериментально^[1], но может быть получен с помощью осреднения уравнений Навье – Стокса, описывающих течение в масштабе пор^[2] (в настоящее время имеются доказательства для пористых сред с периодической^[3]^[4] и случайной^[5] микроструктурой). Выражает зависимость скорости фильтрации флюида от градиента напора:

где: — скорость фильтрации, — коэффициент фильтрации, — градиент напора^[6].

Закон Дарси примени́м для фильтрации жидкостей, подчиняющихся закону вязкого трения Ньютона (закону Навье — Стокса). Для фильтрации неньютоновских жидкостей (например, некоторых нефтей) связь между градиентом давления и скоростью фильтрации может быть нелинейной или вообще неалгебраической (например, дифференциальной).

Для ньютоновских жидкостей область применения закона Дарси ограничивается малыми скоростями фильтрации (числа Рейнольдса, рассчитанные по характерному размеру пор, меньше или порядка единицы). При бо́льших скоростях зависимость между градиентом давления и скоростью фильтрации нелинейна (хорошее совпадение с экспериментальными данными даёт квадратичная зависимость — закон фильтрации Форхгеймера).

3.С мнением каких ученых, обосновывающих теории происхождения подземных вод, Вы согласны? Аргументируйте свою точку зрения

ТЕОРИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД делятся на

1) инфильтрационная; 2) конденсационная; 3) ювенильная; 4)погребенных вод.

1. Инфильтрационная теория подземные воды происходят из атмосферных осадков, которые помельчайшим канальцам горных пород проникают в землю, где и скапливаются, что происходит не вравнинах, а в горных местах и особенно легко в том случае, когда в породах много трещин; вода, проникаявглубь и встречая водонепроницаемые пласты, накапливается и, местами вытекая на поверхность, даетначало источникам.

2. Конденсационная теория конденсация водяных паров атмосферы в почве может происходить вследствиеперемещения парообразной влаги от мест с более высокой температурой и более высоким давлением парав места с более низкой температурой и более низким давлением пара; это явление возможно в течениевсего года

3. Ювенильная теория Из расплавленной магмы эти продукты начинают выделяться, и попадая вобласти с более низкими температурами, конденсируются, образуя ювенильные (т. е. девственные) воды,которые в виде источников выходят на земную поверхность. В отличие от них воды атмосферногопроисхождения Э. Зюсс назвал вадозными (от латинского слова Vadere — блуждать), т. е. участвующими вобщем круговороте влаги на земле.

4. Теория погребенных вод рассматривает часть подземных вод как захороненные остатки во древних бассейнов.

Билет

1.С чем связано выделение в истории развития инженерной геологии в нашей стране 3-х этапов развития?

Первый этап истории инженерной геологии начинается с 20-х годов ХХ века с возникновения грунтоведения и механики грунтов.

Второй этап развития инженерной геологии (1950-1990 гг.)в нашей стране начался с середины ХХ века и продолжался до распада СССР. Он характеризовался бурным развитием грунтоведения, механики грунтов и инженерной геодинамики. Большой вклад в грунтоведение в начале этого периода внесли такие ученые как Е.М.Сергеев, С.С.Морозов, В.А.Приклонский, И.М.Горькова, В.Д.Ломтадзе, Н.Я.Денисов, И.В.Попов, Н.Н.Маслов и др., разработвашие основные методологические положения этого направления.

Третий этап развития инженерной геологии На этом этапе коренным образом изменилась организация инженерно-геологических исследований и инженерных изысканий. Возникло множество частных изыскательских компаний, сократилось государственное финансирование научно-исследовательских работ в области инженерной геологии. Вместе с тем, на этом этапе существенно расширились теоретические исследования во всех направлениях инженерной геологии, а также началось бурное внедрение информационных технологий, разработка специализированных инженерно-геологических ГИС, внедрение автоматизированных средств изучения грунтов и т.п. Принципиально новым в развитии инженерной геодинамики и инженерной геологии в целом этого периода стала разработка экологических аспектов.

2.Составьте таблицу, в которой будет отображена классификация физически связанных вод.

Связанная вода в горных породах неоднородна. В ней может быть выделен ряд категорий, отличающихся по природе и условиям образования, по свойствам и многим другим особенностям. С середины 30-х годов вплоть до нашего времени было предложено много различных классификаций воды в горных породах, но наиболее обоснованной является классификация Р.И. Злочевской (1988), согласно которой вода в горных породах может относиться к трем категориям: связанной,переходного типа и свободной

Согласно этой классификации, связанная вода удерживается в породе за счет химических и физических сил связи (с энергией 0,1 - 800 кДж/моль), действующих со стороны поверхности минералов и изменяющих структуру и свойства воды. Она бывает двух видов (см. табл. 1). К первому относится вода, входящая в состав кристаллических решеток различных минералов. Это так называемая конституционная, немолекулярная форма воды типа ОН-групп, кристаллизационная вода различных кристаллогидратов (если они есть в данной горной породе), а также вода, "связанная" координационно-ненасыщенными атомами и ионами кристаллической решетки минералов. Ко второму виду относится адсорбционная вода, образующаяся за счет адсорбционного "притяжения" молекул воды к активным адсорбционным центрам поверхности минералов. Среди нее выделяются две разновидности: а) с наибольшей энергией притяжения к поверхности (около 40 - 120 кДж/моль) - вода мономолекулярной адсорбции и б) с меньшей энергией связи (<40 кДж/моль) - вода полимолекулярной адсорбции. Связанная вода образует адсорбционные пленки толщиной в один или несколько молекулярных слоев и в горных породах содержится в порах или микротрещинах размером менее 0,001 мкм. У этого типа воды физические свойства в наибольшей степени отличаются от свободной.

3.Составьте таблицу, в которой будет отображена классификация химически связанных вод.

Свободная вода, подразделяется на: 1) гравитационную — передвижению которой по порам под дей ствием силы тяжести не препятствуют капиллярные и электромоле кулярные силы, а также воду в отдельно локализованных порах боль ше 1 мм; 2) капиллярную — удерживаемую в порах и трещинах капилляр ными силами. Считается, что вся вода, за исключением химически связанной, может быть удалена из почвы при нагревании ее до температуры 105–110 °C [1]. Вторая классификация приводится в работе [6]. Согласно ей, существуют следующие типы воды в почвогрунтах: I. Связанная вода — удерживается в почвогрунтах за счет хими ческих и физикохимических сил, действующих со стороны поверхности частиц и изменяющих ее свойства по сравнению со свободной водой (рис. 2). Подразделяется на два типа: 1. Вода кристаллической решетки (конституционная, кристал лизационносвязанная). Эта вода входит в состав минералов в виде ионов в молекуле минерала, или в виде молекул в кристаллической решетке минерала. 2. Адсорбционная вода (мономолекулярной и полимолекулярной адсорбции). Адсорбционносвязанная вода имеет различные энергетические виды: а) наибольшей энергии связи (40–120 кДж/моль) — вода мономолекулярной адсорбции; б) меньшей энергии связи (< 40 кДж/моль) — вода полимолекулярной адсорбции.