Рубрика «Инженерная геология»
Происхождение и условия нахождения минералов
Минералогия не ограничивается определением свойств минералов, она исследует также происхождение, условия нахождения и природные ассоциации минералов. Со времени возникновения Земли примерно 4,6 млрд. лет назад многие минералы разрушились в результате механического дробления, химических преобразований или плавления. Но элементы, слагавшие эти минералы, сохранились, перегруппировались и образовали новые минералы.Таким образом, существующие ныне минералы являются продуктами процессов, развивавшихся на протяжении геологической истории Земли.
Главным объектом геологических, в том числе и минералогических исследований является земная кора, под которой подразумевается самая верхняя оболочка земного шара, доступная непосредственному наблюдению.Наши фактические знания о строении и химическом составе земной коры основываются почти исключительно на наблюдениях над самыми поверхностными частями нашей планеты.
Введение в минералогию
Минералы — твердые природные образования, входящие в состав горных пород Земли, Луны и некоторых других планет, а также метеоритов и астероидов. Минералы, как правило, — довольно однородные кристаллические вещества с упорядоченной внутренней структурой и определенным составом, который может быть выражен соответствующей химической формулой.
Минералы не являются смесью мельчайших минеральных частиц, как, например, наждак (состоящий в основном из корунда и магнетита) или лимонит (агрегат гетита и других гидроксидов железа), к ним относятся также соединения элементов с неупорядоченной структурой, подобные вулканическим стеклам (обсидиану и др.).
Минералами считаются химические элементы или их соединения, образовавшиеся в результате естественных природных процессов. Из числа минералов исключаются такие важнейшие виды минерального сырья органического происхождения, как уголь и нефть. Минералогия — наука о минералах, их классификации, химическом составе, особенностях и закономерностях строения (структуры), происхождении, условиях нахождения в природе и практическом применении.
Для более глубокого объяснения внутреннего строения минералов и их связи с историей Земли минералогия привлекает математику, физику и химию. Она в большей мере, чем другие геологические науки, использует количественные данные, так как для адекватного описания минералов необходимы тонкий химический анализ и точные физические измерения.
Свойства минералов
Минералы — это химические соединения (исключение составляют самородные элементы). Однако даже бесцветные, оптически прозрачные образцы этих минералов почти всегда содержат небольшие количества примесей.
Природные растворы или расплавы, из которых кристаллизуются минералы, обычно состоят из многих элементов. В процессе образования соединений немногочисленные атомы менее распространенных элементов могут замещать атомы главных элементов. Такое замещение настолько обычно, что химический состав многих минералов лишь очень редко приближается к составу чистого соединения.
Например, состав распространенного породообразующего минерала оливина меняется в пределах составов двух т.н. конечных членов ряда: от форстерита, силиката магния Mg2SiO4, до фаялита, силиката железа Fe2SiO4. Отношения Mg:Si:O в первом минерале и Fe:Si:O — во втором составляют 2:1:4.
В оливинах промежуточного состава значения отношений те же, т.е. (Mg + Fe):Si:O равно 2:1:4, а формула записывается в виде (Mg,Fe)2SiO4. Если относительные количества магния и железа известны, то это можно отразить в формуле (Mg0,80Fe0,20)2SiO4, из которой видно, что 80% атомов металла представлены магнием, а 20% — железом.
Классификация минералов
Хотя химический состав служил основой классификации минералов с середины 19 в., минералоги не всегда придерживались единого мнения о том, каким должен быть порядок расположения в ней минералов. Согласно одному из методов построения классификации, минералы группировали по одинаковому главному металлу или катиону.
При этом минералы железа попадали в одну группу, минералы свинца — в другую, минералы цинка — в третью и т.д. Однако по мере развития науки выяснилось, что минералы, содержащие один и тот же неметалл (анион или анионную группу), имеют сходные свойства и похожи между собой гораздо больше, чем минералы с общим металлом.
К тому же минералы с общим анионом встречаются в одинаковой геологической обстановке и имеют близкое происхождение. В результате в современной систематике минералы объединяются в классы по признаку общего аниона или анионной группы.
Единственное исключение составляют самородные элементы, которые встречаются в природе сами по себе, не образуя соединений с другими элементами.
Суффозия
Суффозия [suffosio — подкапывание] — выщелачивание растворимых (хлоридных, хлоридно-сульфатных, карбонатных) солей почвы, нарушение микроагрегатной структуры грунтов и вмывание в глубину с нисходящими токами воды тончайших частиц г. п., в дальнейшем также выносимых подземными водами.
Это вызывает оседание всей вышележащей толщи с образованием на поверхности замкнутых понижений; либо мелких (микрозападин, блюдец, западин, воронок), либо более крупных (падин). Диаметр первых до 10, редко до 100—500 м при глубине от 10 до 150 см, вторых 0,6—1,5 км при глубине 150—200 см. Суффозионные понижения особенно характерны для лёссов и лёссовидных грунтов. Очень хорошо (лучше, чем в натуре) выделяются на аэрофотоснимках (Геологический словарь: в 2-х томах. — М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978.).
Суффозия — вынос мелких минеральных частиц и растворимых веществ из грунта фильтрующейся в его толще водой, вызывающий иногда оседание вышележащей толщи и нарушение структуры грунта. Различают след. виды суффозии: механическую — вынос преим. мелких минер, частиц; химическую — вымывание растворимых солей; коллоидную — вынос частиц грунта с разрушением микроагрегатов коагулированных глинистых частиц.
Баотит
Словарь геологических терминов
Просадочные грунты
Отличительная особенность просадочных грунтов заключается в их способности в напряженном состоянии от собственного веса или внешней нагрузки от фундамента при повышении влажности — замачивании давать дополнительные осадки, называемые просадками.
К просадочным грунтам относятся лессы, лессовидные супеси, суглинки и глины, некоторые виды покровных суглинков и супесей, а также в отдельных случаях мелкие и пылеватые пески с повышенной структурной прочностью, насыпные глинистые грунты, отходы промышленных производств (колосниковая пыль, зола и т. п.), пепловые отложения и др.
Просадочность грунтов обуславливается особенностями процесса формирования и существования толщ этих грунтов, в результате чего они находятся в недоуплотненном состоянии. Недоуплотненное состояние лессового грунта может сохраняться на протяжении всего периода существования толщи, если не произойдет повышения влажности и нагрузки.
В этом случае может произойти дополнительное уплотнение грунта в нижних слоях под действием его собственного веса. Но так как просадка зависит от величины нагрузки, недоуплотненность толщи лессовых грунтов по отношению к внешней нагрузке, превышающей напряжения от собственного веса грунта, сохранится. Возможность последующего уплотнения лессового грунта, находящегося в недоуплотненном состоянии от внешней нагрузки или собственного веса, при повышении влажности определяется соотношением снижения его прочности при увлажнении и величиной действующей нагрузки.
Засоленные грунты
Засоленные грунты, содержащие воднорастворимые соли: легкорастворимые (хлористые и сернокислые соли натрия, калия, магния, карбонаты натрия, хлориды кальция, нитраты натрия и магния и др.), среднерастворимые. (сульфаты кальция) и труднорастворимые (карбонаты кальция и магния, фосфаты кальция, алюминия, железа).
Засоленность грунтов (состав и количество содержащихся в них растворимых солей) зависит от генетич. типа грунта, условий его залегания и характера современных геохимич. процессов. Засоленными могут быть грунты различного возраста, залегающие на глубине и на поверхности земли, в т. ч. почвы.
Засоленными называются грунты, содержащие солевые включения в количестве, влияющем на физико-механические и электрохимические свойства, и являющиеся объектом инженерно-строительной деятельности человека. Присутствие в рыхлых раздробленных горных породах (грунтах) растворимых солей обусловливает их специфические свойства.
Содержание солей в грунте характеризуется степенью засоленности грунта, под которой понимается отношение массы солей к массе сухого грунта в единице объема.
Засоленные грунты при фильтрации воды могут подвергаться суффозии. Выщелачивание, т.е. процесс, при котором некоторые компоненты твердого вещества избирательно переходят в раствор, называется химической суффозией, а вынос водой отдельных мельчайших минеральных частиц — механической суффозией. Процесс химической суффозии можно представить следующим образом. Фильтрующаяся вода растворяет соли на стенках пор и в легко доступных местах; таким образом она способствует увеличению пористости.
Насыпные грунты
К насыпным относятся грунты с нарушенной структурой, напластования которых образованы в результате отвалов, отсыпок строительных котлованов, намыва, вскрышных работ при открытой разработке полезных ископаемых, а также отвалы отходов одного или различных видов производства, свалки бытовых отходов и т. п. Деформируемость насыпных грунтов зависит от степени однородности их сложения, способа и давности образования, а также состава грунтов и отходов.
Насыпные грунты в материалах инженерно-геологических изысканий, а также в проектах оснований и фундаментов именуются с дополнительным указанием их видов в зависимости от: однородности состава и сложения, способа укладки, вида исходного материала, составляющего основную часть насыпи, и степени уплотнения их от собственного веса. При наличии крупных включений, имеющих контакты между собой, насыпные грунты именуются по виду этих включений с указанием материалов, заполняющих поры и пустоты.
Насыпные грунты, используемые в качестве оснований зданий и сооружений, должны именоваться в описаниях результатов изысканий для проектирования оснований, а также в проектах оснований и фундаментов согласно номенклатуре, принятой в нормативных документах, с дополнительным указанием вида грунта в зависимости от однородности состава и сложения, способа отсылки или образования напластования, вида исходного материала, составляющего основную часть насыпи, давности отсыпки. Насыпные грунты, в которых крупные включения различных материалов сопри касаются, именуют по виду этих включений с указанием материалов, заполняющих поры.