Читать книгу: «Геология»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время объемы промышленного и гражданского строительства увеличиваются, а также усложняются объекты строительства, повышается высотность зданий, расширяется подземное строительство. Часто строительство приходится вести в пределах уже существующей застройки, проводить реконструкцию старых зданий, которая требует дополнительного исследования основания сооружения, и на ранее неиспользуемых землях ввиду сложных инженерно-геологических условий. В связи с этим возрастает необходимость точного и экономически обоснованного проектирования, невозможного без грамотного применения инженерно-геологических исследований природных условий территорий будущего строительства.

При подготовке бакалавров по основным образовательным программам, составленным в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 08.03.01 «Строительство» дисциплина «Геология» изучается в рамках модуля «Инженерное обеспечение строительства».

В соответствии с учебными планами подготовки бакалавров по образовательным траекториям «Механическое оборудование и технологические комплексы предприятий строительных материалов, изделий и конструкций», «Производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций», «Городское строительство и хозяйство», «Проектирование зданий», «Проектирование и эксплуатация систем теплогазоснабжения, вентиляции и кондиционирования», «Проектирование, изготовление и монтаж конструкций зданий и сооружений», «Теплоснабжение и вентиляция», «Технология и организация промышленного и гражданского строительства», «Проектирование и возведение объектов промышленного и гражданского строительства», «Экспертиза и управление недвижимостью», «Экспертиза инвестиционно-строительного проекта и управление недвижимостью», «Водоснабжение и водоотведение», «Гидропневмосистемы в строительстве и промышленности», «Стоимостной инжиниринг в строительстве» рабочая программа дисциплины «Геология» предусматривает 18 часов лекций, 18 часов лабораторных работ, две контрольные работы и расчетно-графическую работу.

1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ «ГЕОЛОГИЯ»

Дисциплина «Геология» является комплексным курсом, объединяющим основные сведения из области общей геологии, гидрогеологии, грунтоведения, геодинамики, методики инженерно-геологических изысканий и других геологических дисциплин, которые в той или иной мере связаны с вопросами строительства:

– общая геология – наука, изучающая состав, строение Земли;

– историческая геология – наука, изучающая историю и закономерности развития земной коры;

– минералогия и петрография – науки о минералах и горных породах;

– геоморфология – наука, изучающая развитие рельефа поверхности земной коры, его происхождение и связи с геологическим строением;

– геодинамика – наука, изучающая процессы, протекающие в недрах Земли и на ее поверхности;

– грунтоведение – наука, изучающая физические и физикомеханические свойства грунтов;

– механика грунтов – наука, изучающая деформации и напряжения, возникающие в горных породах под действием внешних и внутренних сил;

– гидрогеология – наука о подземных водах, их составе, свойствах, происхождении;

– геокриология – наука, предметом изучения которой является зона многолетней мерзлоты в земной коре и все процессы и явления этой зоны, осложняющие строительное производство.

Горные породы (грунты) служат строительными материалами, средой для строительства и основанием зданий и сооружений. От взаимодействия сооружений с окружающей геологической средой зависит их долговечность и надежность.

1.1. Основы общей геологии

1.1.1. Строение Земли и земной коры

Форма Земли – геоид. Трехосный эллипсоид вращения с полярным сжатием. R_э = 6378,16 км, R_п = 6356,78 км;

М = 6х10 ²⁴ кг; g = 9,8 м/с ².

Магнитное поле Земли ассиметрично под действием солнечного ветра. Форма его меняется, образуя сферу, которая защищает планету от жесткого излучения.

Оболочки Земли подразделяются на внутренние и внешние. К внешним оболочкам Земли относятся атмосфера, гидросфера и биосфера.

В состав атмосферы входят:

– тропосфера, высотой в полярных широтах до 10 км, до 12 км в умеренных и 18 км в тропических широтах; содержит 80 % всей массы атмосферного воздуха и 90 % водяного пара;

характеризуется возникновением облаков, развитием циклонов и антициклонов;

– стратосфера (до 55 км), у верхней границы зоны находится озоновый слой, являющийся защитой Земли от ультрафиолетового излучения Солнца;

– мезосфера (до 80 км); в ней находятся свободные радикалы возбужденных молекул, которые обусловливают свечение атмосферы (северное сияние);

– термосфера (до 700 км), температура до высоты 200 – 300 км возрастает до 150 °К;

– экзосфера (выше 700 км) – сфера рассеивания.

Химический состав атмосферы, %: 78,084 N₂, 20,946 O₂, 0,934 Ar, 0,035 СО₂, 0,002 – все остальные газы и водяной пар.

Гидросфера по площади занимает 71 % поверхности Земли, в ее составе: мировой океан, подземные воды, реки, моря, ледники и др.; 98 % – соленые воды, пресные – 2 %.

Биосфера – область распространения живых организмов, включает в себя земную кору, атмосферу и гидросферу.

1.1.2. Породообразующие минералы и горные породы

Земная кора сложена горными породами, которые состоят из минералов. Изучением минералов занимается наука минералогия.

Минералы

Минерал (лат. minera – руда) – химическое соединение, образующееся в результате естественных физико-химических и геологических процессов в земной коре или на ее поверхности. В земной коре содержится несколько тысяч минералов и их разновидностей, но только около сотни из них наиболее часто встречаются и в больших количествах входят в состав горных пород. Эти минералы называются породообразующими. Минералы, содержание которых в породах незначительно (менее 5 %) называются акцессорными.

По способу образования минералы могут быть объединены в две группы:

– эндогенные минералы, образующиеся на различных глубинах за счет внутренней энергии Земли в результате кристаллизации магмы и преобразования первичных минералов в условиях высоких давлений и температур;

– экзогенные минералы, образующиеся за счет внешней (солнечной) энергии в результате процессов выветривания (воздействие атмосферы, гидросферы, биосферы) разнообразных пород. Каждый минерал обладает определенным химическим составом и определенной кристаллической структурой, т. е. закономерным расположением в пространстве элементарных частиц (молекул, атомов, ионов). В зависимости от особенностей химического состава и кристаллической структуры минералы образуют многогранники различной формы, называемые кристаллами. Эти характеристики минералов обусловливают все физические свойства, такие как цвет, блеск, твердость и т. д.