Контрольная работа по "Геология"

5. Почвообразование

Почвообразовательный процесс (почвообразование) – это сложный природный процесс преобразования материнской горной породы в почву, ее становления и эволюции под воздействием комплекса факторов. По своей природе почвообразование – это биофизико-химический процесс.

Почвообразование

Преобразование горной породы в почву происходит в результате одновременно идущих процессов – выветривания и почвообразования. Они тесно связаны между собой, но обычно первый процесс предшествует. Физическое и химическое выветривание подготавливают породу к почвообразованию – доводят до состояния рухляка, в котором может содержаться некоторое количество влаги и элементов питания в доступной форме.

Общая схема почвообразования состоит из следующих основных стадий:

1) привнесение химических  элементов и соединений с атмосферными  осадками, почвенными животными  и растениями в почвообразующую  породу;

2) элементарные процессы  содействуют преобразованию, перемещению  и аккумуляции химических элементов  по профилю почвы и формированию  генетических горизонтов;

3) частичный вынос химических  элементов за пределы почвенного  профиля с участием атмосферных  осадков.

1 стадия – привнесение  химических элементов и соединений  с атмосферными осадками, почвенными  животными и растениями в почвообразующую  породу. Почвообразование начинается  с поселения на продуктах выветривания  горной породы микроорганизмов, растений, животных. Сначала поселяются  одноклеточные организмы (фото- и хемосинтезирующие авторофы), микроскопические водоросли. Они добывают из породы труднодоступные элементы и связывают азот – тем самым создают условия для поселения более сложных растительных организмов. Зеленые растения поглощают из породы необходимые химические элементы, осуществляют фотосинтез и создают органические вещества. Органические остатки отмерших организмов разлагаются микроорганизмами. Из большей части остатков, после их частичного разложения, синтезируется новое стойкое вещество – гумус, а остальная часть полностью минерализуется до конечных продуктов разложения – СО2, Н2О, ионы. Гумус постепенно накапливается в верхней части породы, придавая ей темную окраску и новые свойства. Одновременно с образованием гумуса идет и процесс его разложения микроорганизмами.

В результате постоянно идущих процессов синтеза и разложения органического вещества происходит круговорот углерода, азота и элементов зольного питания в системе почва – растение – почва. Его обычно называют малым или биологическим круговоротом веществ. Благодаря биологическому круговороту в верхних слоях почвы накапливаются элементы питания растений N, К, Р, Са, S, и др. В результате порода приобретает качественно новое свойство – плодородие.

Вместе с малым круговоротом веществ в природе имеет место и так называемый большой, или геологический, круговорот веществ. С ним связан процесс выноса из почвы взмученных и растворенных веществ в ручьи, реки, моря, океаны с образованием на дне водоема осадочных пород.

В результате геологических изменений земной коры они вновь могут выйти на дневную поверхность и попасть под влияние континентального выветривания. Очевидно, что для поддержания плодородия почвы необходимо стремиться содействовать проявлению биологического круговорота веществ и ограничивать геологический.

Отличительной чертой почвообразовательного процесса является синтез минеральных соединений – глинистых минералов, солей под воздействием организмов, продуктов их распада, атмосферных факторов. Одновременно идут и процессы разрушения минералов. В итоге минералогический состав почвы может существенно отличаться от минералогического состава материнской породы.

2 стадия – преобразование, перемещение и аккумуляция химических  элементов по профилю почвы  и формирование генетических  горизонтов.

Почвообразование сопровождается взаимодействием минеральных и органических веществ с образованием сложной системы органо-минеральных соединений.

Характерная черта почвообразовательного процесса – перераспределение части минеральных и органических веществ по вертикальному профилю с помощью воды и корневых систем растений и возникновение генетических горизонтов.

В начальной фазе образования почвы возникают фрагментарные почвенные горизонты. В период зрелой фазы формируется почвенный профиль и устанавливаются показатели состава и свойств почв.

3 стадия – частичный  вынос химических элементов за  пределы почвенного профиля с  участием атмосферных осадков. Эта  стадия начинается когда почва уже сформирована (наличие почвенного профиля, определенного состава и свойств почвы).

В результате общей схемы почвообразования формируется новая регулирующая, открытая биокосная система, для которой характерны цикличный и поступательный характер почвообразования. Скорость почвообразования зависит от величины используемых энергетических ресурсов. Поэтому почвообразование во влажных экваториальных лесах в девять раз происходит быстрее, чем в зоне тундры. Использование энергии на почвообразование в тундре составляет 8 МДж/см2 почвообразования в год, а в тропиках – 240–280 МДж/см2 в год. Соотношение энергии, используемой на процессы следующие: 100 частей идет на испарение, одна часть – на биохимические процессы, 0,01 части – на выветривание.

Почвообразование

Изменчивость в пространстве и во времени факторов почвообразования, а значит и процессов, которые имели место в прошлом и действуют в настоящее время, обусловливает закономерности географического распространения почв на земной поверхности, их развитие, эволюцию.

При изменении экологических условий (климат, растительность и др.) почва вступает в фазу эволюционного развития – в ней возникают новые признаки и свойства, соответствующие изменившимся экологическим факторам.

6. Инженерно-геологические  обследования

Инженерно-геологические работы предполагают выполнение следующих операций:

рекогносцировка;

инженерно-геологические съёмки;

бурение скважин с отбором грунтовых проб и воды;

проведение исследований геофизического характера;

исследования грунтов в полевых условиях;

лабораторные работы для определения свойства грунтов;

проведение химических анализов воды и речных наносов.

Работы, проводимые при инженерно-геологических изысканиях на проектируемых мостовых переходах, необходимы для получения следующих данных:

залегание и свойства грунтов в основаниях различных сооружений проектируемого моста;

получение сравнительной инженерно-геологической характеристики речной долины в районе возможных вариантов строительства;

сведения об аллювиальных речных отложениях и крупности наносов, перемещающихся во время паводков по дну реки;

инженерно-геологические условия сооружения оснований и фундаментов мостовых опор;

пригодность пойменных грунтов для сооружения регуляционных сооружений и подходных насыпей;

определение наличия в районе проектируемого сооружения карьеров природных естественных строительных материалов (песка, камня, гравия).

Обследования проводятся в объёмах достаточных для выполнения обоснования выбора вариантов и разработки необходимых проектных решений по выбранному варианту.

В зависимости от сложности разведочных работ условия геологических изысканий подразделяются на простые и сложные.

К простым относятся:

массивы магматических и метаморфических слабовыветрелых или невыветрелых пород;

слои слабовыветрелых сцементированных осадочных неразмягчаемых незасолённых и нерастворимых в водной среде пород, расположенных горизонтально или наклонённых к горизонту под углами 10 градусов;

слои гравийных, галечниковых, валунных и глинистых грунтов речного, морского и ледникового происхождения, которые являются продуктом разрушения метаморфических и магматических пород (без содержания органических веществ), расположенные горизонтально и под углом 10 градусов;

средней плотности или плотные пески (исключая пылеватые), незасолённые и без содержания органических веществ, горизонтальные или расположенные с наклоном под углами меньшими 10 градусов;

слои коренной глины, не содержащие органических веществ, горизонтально или расположенные под углом меньше 10 градусов;

при общем числе слоёв в зоне взаимодействия мостового сооружения с основанием не более четырёх;

при отсутствии явлений и происходящих процессов, оказывающих негативные воздействия на строительство моста – оползни, карст, селевые паводки, подмывы береговой линии, образование наледей, донный или боковой отпор пород и другие;

отсутствие в пределах несущей грунтовой толще напорных подземных вод.

Все прочие возможные условия относятся к сложным.

Инженерная геологическая рекогносцировка предшествует выполнению всех других работ. Обычно она выполняется вдоль осей каждого из намеченных вариантов проектируемого мостового перехода и на пятьсот метров вдоль реки от оси перехода с низовой и верховой стороны.

А при существовании геологических различных процессов и явлений неблагоприятного характера, должна быть обязательно охвачена вся территория их возможного влияния на строительство и эксплуатацию моста. Результаты, полученные при рекогносцировке, используются при уточнении и разработке планов по дальнейшим изысканиям.

Этапы выполняемых изысканий

Обследования на стадии выполнения технического проекта выполняются в два этапа. Осуществление первого этапа производится при выборе вариантов моста, второго – при проведении изысканий по выбранному варианту.

Проведение первого этапа заключается в изучении гидрологии района перехода, геологического строения долины реки, происходящих на участках рассматриваемых вариантов процессов физико-геологического характера и поисках карьеров местных стройматериалов и грунтов для будущего строительства.

Решение перечисленных задач производится выполнением инженерно-геологических съёмок, геофизических исследований и необходимых разведочных работ.

Изыскания на втором этапе выполняются непосредственно по выбранному варианту трассы мостового перехода для получения необходимых данных по:

определению отверстия моста;

разработке конструкции и схемы сооружения;

проектированию подходов, регуляционных и защитных сооружений;

обеспечению строительства местными материалами;

крупности наносов и их составе.

Для составления рабочих чертежей выполняется:

детальное изучение геологических и гидрологических условий у каждой опоры и других сооружений моста;

установление характеристик грунтов в основаниях всех сооружений;

детальное обследование неблагоприятных явлений, воздействующих на элементы моста;

доразведка разведанных запасов местных материалов;

дополнительные исследования необходимые для устранения замечаний после заключения технической экспертизы.

7.

Инженерно-геологическое обследование мест устройства выемок производится с целью определения условий устойчивости земляного полотна дороги, проходящего в выемке; определения устойчивости откосов будущей выемки и их крутизны; выявления грунтовых вод, их дебита и направления потока; установления пригодности грунтов выемки для возведения земляного полотна.

По гидрогеологическим условиям и глубине выемки разделяются на:

а) сухие - глубиной до 12 м;

б) сухие выемки глубиной свыше 12 м;

в) мокрые выемки.

Мокрые выемки любой глубины и сухие выемки глубиной более 12 м сооружаются по индивидуальным проектам.

Инженерно-геологическое обследование мест устройства выемок, сооружаемых по индивидуальным проектам, на стадии подробных изысканий заключается в инженерно-геологической съемке места устройства выемки, лабораторной и камеральной обработке.

 

Места устройства выемок, сооружаемых по индивидуальным проектам, подлежат обязательной топографической съемке.

Масштаб плана в зависимости от сложности рельефа участка, принимается от 1:500 до 1:2000. Ширина полосы, подлежащей съемке, должна быть не менее 200 м (по 100 м в каждую сторону от оси трассы).

Количество выработок (буровых скважин или точек электрозондирования) определяется геологическим строением и гидрогеологическими условиями места устройства выемки, ее глубиной и протяженностью.

При простом геологическом строении и отсутствии грунтовых вод в пределах предполагаемой к разработке толщи грунтов, выработки (буровые скважины) закладываются обычно по оси трассы. Расстояния между ними в зависимости от литологического состава пород и протяжения выемки принимаются от 30 до 50 м, причем количество выработок и их глубина должны обеспечить достоверность геологического разреза по всему протяжению выемки.

При наличии грунтовых вод буровые скважины размещаются не только по оси трассы, но и по поперечникам, с таким расчетом, чтобы определить отметки зеркала грунтовых вод и направление их движения, причем количество буровых скважин на поперечнике должно быть не менее трех. Расстояние буровых скважин от оси трассы вправо и влево, обычно не выходит за пределы ширины будущей выемки.

Глубина буровых скважин при инженерно-геологическом обследовании мест устройства выемок должна быть равна проектной глубине выемки плюс глубина зимнего промерзания, но не менее 2 м.

На косогорных участках выработки располагаются на поперечниках, закладываемых через 75 - 100

м. Количество выработок на каждом поперечнике может быть от 3 до 5.

Отбор проб для лабораторных анализов производится из каждой литологической разновидности грунтов, с целью определения пригодности удаляемого из выемки грунта для возведения насыпи, для определения устойчивости откосов выемки, а также для определения состава грунтов будущего земляного полотна дороги в пределах выемки.

 

Для характеристики откосов будущей выемки (крутизна, устойчивость, размываемость) пробы отбираются для лабораторного определения объемного веса, угла внутреннего трения, силы сцепления, естественной влажности, пластичности и размокания. Отбор проб производится из характерных литологических разновидностей грунтов.