Материал: им лабораторная 1, Сыпачев

7

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:

1. 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;

2. Построения мерзлотных инженерно-геологических карт, разрезов, схем;

3. определения состава, объема, методики н направления инженерно-геологического изучения мерзлых горных пород;

4. 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.

Классификация мерзлых грунтов по льдистости

Грунты с криогенными структурными связями подразделяют на

следующие таксономические единицы (табл. 1.4), выделяемые по

группам признаков:

– класс – по общему характеру структурных связей;

– группа – по характеру структурных связей (с учетом их

прочности);

– подгруппа – по происхождению и условиям образования;

– тип – по вещественному составу;

– вид – по наименованию грунтов (с учетом размеров частиц и

показателей свойств);

– разновидности – по количественным показателям

вещественного состава, свойств и структуры грунтов.

Класс природных мерзлых грунтов

7