- •Научные определения и термины, применяемые при изучении мерзлых горных пород
- •Классификация мерзлых горных пород (грунтов) по генезису, длительность существования в мерзлом состоянии, содержание льда, состояние, температура и другие признаки
- •Классификация мерзлых грунтов по льдистости
- •Класс природных мерзлых грунтов
Иркутский национальный исследовательский технический университет
Институт недропользования
Кафедра прикладной геологии, геофизики и геоинформационных систем
ИНЖЕНЕРНОЕ МЕРЗЛОТОВЕДЕНИЕ
Лабораторная работа № 1
КЛАССИФИКАЦИИ МЕРЗЛЫХ ПОРОД
Выполнил:
студент группы
РГ-17-1
Сыпачев Р.И
Проверил:
профессор
Верхозин И.И.
Иркутск 2021
Цель работы
Целью практической работы является изучение основных научных понятий и терминологии, применяемой в мерзлотоведении, для оценки и классификации мерзлых горных пород (грунтов) по различным показателям.
Общие сведения
Классификация — это основной раздел любой естественной науки, первый и важный этап обобщения, она отражает степень изученности рассматриваемых предметов в определенном аспекте. Во всякой пауке общая классификация изучаемых предметов является центральной теоретической проблемой.
Классификация горных пород в мерзлотоведении является, кроме того, средством и методом их познания, Она необходима для:
разделения мерзлых горных пород, встречающихся в природе, на группы, существенно различающиеся по генетическим и петрографическим признакам и строительным качествам, чтобы, пользуясь классификацией, можно было давать предварительную инженерно-геологическую оценку мерзлых толщ;
Построения мерзлотных инженерно-геологических карт, разрезов, схем;
определения состава, объема, методики н направления инженерно-геологического изучения мерзлых горных пород;
выбора методов улучшения свойств мерзлых горных пород и способов инженерной защиты сооружений от мерзлотных геологических процессов и явлений.
Классификации мерзлых горных пород по различным признакам (генезису, длительности существования в мерзлом состоянии, содержанию в них льда и др.) приведены в учебной, справочной и нормативной литературе.
Научные определения и термины, применяемые при изучении мерзлых горных пород
Геокриология (мерзлотоведение), наука о мёрзлых горных породах (почвах, грунтах). Изучает происхождение, историю развития, условия существования мёрзлых толщ в земной коре; процессы и явления, происходящие в промерзающих, мёрзлых и оттаивающих горных породах (почвах, грунтах); их строение, состав и свойства; геофизические., физико-геологические, геоморфологические и гидрогеологические явления, связанные с процессами промерзания, оттаивания и диагенеза мёрзлых толщ.
Мерзлые горные породы – имеют нулевую или отрицательную температуру и содержат в составе лед. Породы, имеющие отрицательную температуру, но не содержащие льда называются морозные.
Переходная форма – переходными являются мерзлые горные породы, находящиеся 2-3 года в мерзлом состоянии (холодные зимы).
Криогидрогеохимия – наука об особенностях формирования химического состава подземных вод криолитозоны, зависимости их гидрохимического режима о величины промерзания, условий водообмена, а также от литологического состава слагающих пород, геоморфологии местности и др. факторов.
Криолитология - специальный раздел литологии, призванный изучать состав и криогенное строение мерзлых толщ осадочных пород в зависимости от обстановки их накопления и промерза-ния и устанавливать закономерности распределения льдистости в осадочных отложениях на ос-нове мерзлотно-фациального анализа. Сформулированы основы инженерной криолитологии;
Геотермия мерзлой зоны литосферы - научное направление, в рамках которого изучаются основные природные факторы, приводящие к возникновению и развитию мерзлых пород, а также выявляется связь мощности криолитозоны с геотектоникой, геодинамикой и тепловым состоянием глубоких недр Земли;
Термореология мерзлых грунтов - новое направление в геокриологии изучающее терморео-логические свойства мерзлых грунтов и льда на основании исследований их структурных преобразований, физико-механических свойств и т.д.;
Ландшафтное мерзлотоведение, основными задачами которого являются изучение закономерностей пространственной дифференциации и динамики мерзлотных ландшафтов, разработка критериев в оценке их устойчивости и прогноза развития;
Теория физико-химических процессов, протекающих в природной среде при участии твер-дой фазы воды (льда) и незамерзших жидких пленок воды.
Классификация мерзлых горных пород (грунтов) по генезису, длительность существования в мерзлом состоянии, содержание льда, состояние, температура и другие признаки
Согласно ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация, грунт мерзлый
это грунт, имеющий отрицательную или нулевую температуру,
содержащий в своем составе видимые ледяные включения и (или) лед-
цемент и характеризующийся структурными криогенными связями.
Грунт многолетнемерзлый (синоним – грунт многолетнемерзлый) –
грунт, находящийся в мерзлом состоянии постоянно в течение трех и
более лет.
Грунт сезонномерзлый – грунт, находящийся в мерзлом состоянии
периодически в течение холодного сезона.
Грунт сыпучемерзлый (синоним – «сухая мерзлота») –
крупнообломочный и песчаный грунт, имеющий отрицательную
температуру, но не сцементированный льдом и не обладающий силами
сцепления.
Грунт охлажденный – засоленные крупнообломочные, песчаные и
глинистые грунты, отрицательная температура которых выше
температуры начала их замерзания.
Грунт мерзлый распученный – дисперсный грунт, который при
оттаивании уменьшает свой объем.
Грунт твердомерзлый – дисперсный грунт, прочно
сцементированный льдом, характеризуемый относительно хрупким
разрушением и практически несжимаемый под внешней нагрузкой.
Грунт пластичномерзлый – дисперсный грунт, сцементированный
льдом, но обладающий вязкими свойствами и сжимаемостью под
внешней нагрузкой.
Лед в мерзлых породах может находиться в виде:
– отдельных кристаллов размером от неразличимых простым
глазом до четко видимых, часто образующих скопления в виде
гнезд;
– закономерно залегающих в породе горизонтальных,
наклонных и ледяных вертикальных шлиров, слоев, линз различной
толщины, расположенных на различном расстоянии друг от друга и
образующих определенные криогенные текстуры;
– крупных масс подземного льда, таких как, например, ледяные
жилы (повторно-жильные льды) и пласты льда, которые можно рас-
сматривать как мономинеральную горную породу.
Периодическое изменение температуры горных пород, фор-
мирующейся в течение годового (многолетнего, векового) периода,
приводит к разному эффекту теплового состояния приповерхностных
слоев горных пород (почв, грунтов). Там, где среднегодовая
температура пород положительная, с поверхности развито сезонное (зимнее) промерзание пород и слой сезонного промерзания
подстилается талыми (или немерзлыми) породами. В области развития
многолетнемерзлых пород глубже слоя сезонного (летнего) оттаивания
среднегодовая температура пород отрицательная, а слой сезонного
оттаивания подстилается многолетнемерзлыми породами. Глубина
сезонного промерзания талых пород и сезонного оттаивания мерзлых
пород обычно изменяется от первых десятков сантиметров в льдистых
торфах до 1–3 м в дисперсных и до 3–7 м в коренных породах.
По длительности существования мерзлого состояния пород
принято различать следующие разновидности:
– кратковременномерзлые породы (часы, сутки);
– сезонномерзлые породы (месяцы);
– многолетнемерзлые породы (годы, сотни и тысячи лет).
Между этими категориями мерзлых пород могут образовываться
промежуточные формы и взаимные переходы.
Многолетнемерзлые толщи горных пород по типу промерзания
подразделяются на эпигенетически и сингенетически промерзающие.
К эпигенетически промерзшим (эпикриогенным) относятся горные
породы, которые перешли в многолетнемерзлое состояние после того,
как завершился процесс накопления осадков и их диагенетического
преобразования.
Сингенетически промерзшие (синкриогенные) горные породы
формируются из осадочных отложений на мерзлом субстрате, когда
геологически синхронно происходят накопление осадка и его переход в
мерзлое состояние. Также выделяются диакриогенные
(парасинкриогенные) толщи, которые формируются при промерзании
(сверху вниз и с боков) переувлажненных нелитифицированных пород
(свежеотложенных осадков и илов).
По льдистости за счет видимых ледяных включений грунты
подразделяют согласно табл. 1.1, ГОСТа 25100–95 Грунты.
Классификация. Льдистость грунта за счет видимых ледяных
включений ii, д. е., – это отношение объема содержащегося в нем
видимых ледяных включений к объему мерзлого грунта.