Инженерная и экологическая геология
Основы экологии Биосфера- сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, • • составляющими в совокупности живое вещество планеты. Она охватывает нижнюю часть атмосферы (до высоты 25 -30 км) и верхнюю часть литосферы (до глубины 3 -4 км), и включает в себя: Живое вещество (все живые организмы) Биогенное (уголь, известняки, нефть и пр. ) Биокосное (создается с помощью живых организмов) Косное (в его обработке живое вещество не участвует – магматические ГП) Радиоактивное вещество Космическое вещество Рассеянные атомы. Все составляющие связаны между собой. • • Биогеоценоз – это однородный участок земной поверхности с определенным составом живых и косных компонентов, объединенных обменом веществ и энергии в единый природный комплекс. Экосистема – совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой осуществляется круговорот веществ.
Эволюция биосферы • • • В начале сформировалась литосфера, как предвестник окружающей среды. После появления жизни на суше – биосфера. В течение всей жизни Земли азойные (безжизненные) эпохи не наблюдались. Следовательно современное живое вещество генетически связано с живым веществом всех прошлых геологических эпох. Живые организмы – не второстепенные участники геологических процессов, а главный фактор миграции химических элементов. Вклад одного организма в геологическую деятельность бесконечно мал, но в совокупности и в течение бесконечно большого промежутка времени огромен и грандиозен. Основной фактор движения и развития процессов в биосфере – биохимическая энергия живого вещества.
Круговороты веществ в природе Различают два круговорота веществ в природе: большой, или геологический, и малый(биохимический). • Большой (геологический) круговорот вещества
• Малый (биохимический круговорот) происходит только в пределах биосферы. Он заключается в: • образовании живого вещества в процессе фотосинтеза. • Разложении органических соединений и превращении их в неорганические вещества.
Взаимодействие человека и природы. В истории взаимоотношении человека и природы можно выделить три основных этапа: • С древнейших времен до начала промышленной революции (конец 18 – начало 19 века)-развитие земледелия , началось строительство каналов, оросительных систем, распашка больших площадей. • Период мощного индустриального развития (конец 19 – начало 20 века)-Увеличение темпов индустриализации и техногенного преобразования земной поверхности. • Современный период (с 50 х годов 20 в – до нынешнего момента)-Воздействие приближается к пределам, переход которых может вызвать необратимый характер.
Загрязнение – поступление в природную среду любых твердых, газообразных и жидких веществ, микроорганизмов или энергий в количествах, вызывающих изменение состава и свойств компонентов природы и (или) оказывающих вредное действие на человека, флору и фауну. Виды: • Физическое (радиационное, тепловое, электромагнитное, шумовое) • Физичесско-химическое (аэрозльное) • Химическое • Биологическое (биогенное, микробиологическое)
Нормы: • ПДК – Предельно Допустимая Концентрация (разовая и среднесуточная) • ПДВ (выброс) • ПДС (сброс) • ПДУ (уровень).
Почва • Почва – первый от поверхности слой, насыщенный органической составляющей и минеральными солями, плодородный горизонт. • Эрозия почв. – разрушение верхних наиболее плодородных участков водой, ветром. Бывает ветровая (выдувание) и водная (вымывание плодородного слоя). • Борьба: • Землеустроительные мероприятия – правильная организация территории. • Агротехнические мероприятия – почвозащитные севообороты, химические средства борьбы. • Лесомелиоративные мероприятия – почвозащитные лесные полосы, залесение оврагов. • Гидротехнические мероприятия – водозадерживающие валы, водоотводные лотки, вершинные овражные сооружения.
Влияние человека на почву • • Загрязнения: избыточное удобрение, производственные отходы Засоление-процесс накопления вредных для растений солей в верхних слоях почвы. Засоление резко снижает продуктивность почв, негативно влияет на окружающую среду. Засоленными считаются почвы, содержащие 0, 25 % солей в плотном остатке. – – • • Развивается в засушливых районах в результате неумеренного полива орошаемых земель. Для предупреждения засоления устраивают дренажи, соблюдают нормы полива, создают лесные насаждения вдоль каналов, широко применяют полив дождеванием. Заболачивание – процесс переувлажнения плодородного слоя. Возникает в сильно переувлажненных районах. Сопровождается изменением состава и режима биогеоценозов, в связи с чем необходим комплекс осушительных мероприятий. Механические нарушения почвенного покрова- при отводе земель под строительство промышленных объектов, отторжение земель для прокладки линейно-протяжных сооружений, возведении гидротехнических и гидромелиоративных систем, при открытой разработке месторождений полезных ископаемый итп.
Влияние человека на горные породы. • • Статические нагрузки Динамические нагрузки Тепловое воздействие Электрическое воздействие Обводнение горных пород
Опасные геологические процессы. Оползень - отрыв и скольжение масс горных пород вниз по склону под действием силы тяжести, быстрое, либо длительное и постепенное Защита оползневых участков от воздействия строительных работ заключается в поддержании стабильности склонов. При необходимости выполняют активные инженерные мероприятия: • устраивают подпорные (строительство стенок, препятствующих схождению оползня) и анкерные сооружения (склон закрепляется сетью скважин, пробуренных перпендикулярно его поверхности- его удерживают от сползания стенки скважин); • Перераспределяют массивы горных пород на склоне; • Искусственно улучшают свойства грунтов; • Дренируют подземные воды (осушают склон).
• Обвал - падение больших масс горных пород на крутых и обрывистых склонах (падение, опрокидывание и обрушение). Обвалы в природе возникают вследствие ослабления связей в толще горных пород под воздействием выветривания, действия подземных и поверхностных вод и т. д
Подтопление-подъем уровня грунтовых вод, вызванный повышением горизонта воды в реках при сооружении водохранилищ и плотин, затоплением русл рек, потерями воды из водопроводной и канализационной сетей и пр. Или – повышение уровня грунтовых вод до критических величин, при которых отсутствуют необходимые условия строительства и эксплуатации как отдельных зданий так и территории в целом.
Карст- явления, связанные с растворением природными водами горных пород: гипс, каменная соль, известняк, мел, доломит и др. Наибольшие сложности возникают при: подземном растворении пород для добычи подземных ископаемых; • фильтрации воды из водохранилищ, прудов и каналов; • длительных интенсивных откачках подземных вод; • сброс агрессивных вод в карстующиеся породы. Основные неприятности, связанные с развитием карста: • Образование в недрах крупных пустот (пещер). • Обрушение сводов пещер и образование карстовых воронок, провалов и мульд проседания. • Развитие суффозионных процессов; • Загрязнение подземных вод (в том числе и питьевых горизонтов), исчезновение мелких речек и водоемов (полный перехват стока), развитие оползней и обвалов.
Сель - стремительный поток большой разрушительной силы, состоящий из смеси воды и рыхлообломочных пород, внезапно возникающий в бассейнах небольших горных рек в результате интенсивных дождей или бурного таяния снега, а также прорыва завалов и морен. Борьба с селями ведется преимущественно путем закрепления почвенного и растительного покрова, строительства специальных гидротехнических сооружений.
Мерзлотно-геологические процессы. • Процессы, развивающиеся в зоне вечной мерзлоты и присутствия толщ многолетнемерзлых пород. • Влияние оказывает создание водохранилищ, прокладка магистральных трубопроводов, пожары, земляные строительные работы. Особо сильное влияние оказывает строительство инженерных сооружений с большим тепловыделением. Автотранспорт разрушает растительный покров, нарушает поверхностный сток, что негативно влияет на многолетнемерзлые породы и приводит к развитию термоэрозии (просадка пород при расстаивании льда-цемента, связывающего грунты).
Негативные процессы, широко развивающиеся в зоне вечной мерзлоты: • • • термокарст- специфические формы рельефа, образовавшиеся при протаивании с поверхности многолетнемерзлых горных пород. Сезонное многолетнее пучение (при протаивании – замерзании верхнего слоя грунтов, сложенного глинистыми породами) Солифлюкция - медленное передвижение почв и рыхлых грунтов под влиянием попеременного протаивания, промерзания и силы тяжести. Наледи нарост льда, возникающий при замерзании: - подземных вод, изливающихся на поверхность земли; или - водотоков (речных вод), выходящих на поверхность ледяного покрова. Бугры пучения ( неравномерное поднятие (вспучивание) промерзающих почв и рыхлых горных пород из-за кристаллизации в них воды (образования льда) и разуплотнения минеральных частиц.
Подземные воды. Истощение– сокращение их естественных запасов в пределах определенного региона. Показатели: • прогрессирующие снижение уровня при одной и той же величине водоотбора • истощение эксплуатируемого водоносного горизонта при интенсивном водоотборе. Загрязнение – ухудшение качества подземных вод в результате деятельности человека, которое делает воды непригодными для использования. Основные источники: • воды сельскохозяйственных и животноводческих ферм; • утечки из канализации; • Загрязнение поверхностных вод; • Избыточное применение ядохимикатов и удобрений; • Выбросы в атмосферу; • Производство и переработка; • Хранение опасных отходов.
Борьба: • истощение – регулирование водоотбора – рациональное размещение водозаборов по площади – правильное определение величины эксплуатационных запасов • загрязнение – профилактические меры (расчет потенциальных утечек, наблюдения) – специальные меры (изоляция источников загрязнения, специальные дренажные мероприятия)
Инженерная геология
Основные понятия • Инженерная геология — наука геологического цикла, ветвь геологии, изучающая морфологию, динамику и региональные особенности верхних горизонтов земной коры (литосферы) и их взаимодействие с инженерными сооружениями (элементами техносферы) в связи с осуществленной, текущей или планируемой хозяйственной, прежде всего инженерностроительной, деятельностью человека. • Инженерно-геологическим элементом следует считать инженерно-геологическое тело, представленное одной горной породой, статистически однородное по некоторому показателю свойств, выбираемому в каждом конкретном случае исходя из требований расчета того или иного инженерно-геологического процесса, который выполняют при проектировании сооружения. • Грунт-любая горная порода или осадок, используемый в инженерно-строительной деятельности человека.
Основные типы грунтов • • • Скальные(плотные песчаники, известняки, конгломераты) Полускальные(известняки глинистые, алевролиты, сланцы) Рыхлые несвязные(пески, гравий, галечники) Мягкие связные(глины, суглинки, …) Породы особого состояния (пески-плывуны, илы, …)
Фундаменты на различных типах грунта • На илах: устройство песчаной подушки с последующей каменной наброской • На торфах: подушки, выторфовывание, сваи • На плывунах: водопонижение, искусственное замораживание • На ленточных глинах: кладка с арматурой • На просадочных грунтах: предохранение от замачивания • На ММП: сохранение мерзлого состояния
Фундаменты в сейсмоактивных районах • • Выбор благоприятной площадки Учет уровня ответственности Расчет нагрузок Конструктивное решение, повышающее прочность несущей конструкции • Высокое качество стройматериалов
Мосты Мост — искусственное сооружение, возведенное через реку, озеро, пролив или любое другое водное препятствие. Мост, возведённый через дорогу, называют путепроводом, мост через овраг или ущелье-виадуком.
Мосты состоят из пролётных строений и опор. Пролётные строения служат для восприятия нагрузок и передачи их опорам; на них может располагаться проезжая часть, пешеходный переход, трубопровод. Опоры переносят нагрузки с пролётных строений на основание моста. Высота моста-расстояние от верха пролетного строения до горизонта меженных вод Свободная высота-расстояние от низа пролетного строения до горизонта паводковых вод.
По назначению мосты бывают: • • Автодорожные Железнодорожные Совмещенные Специального назначения
По условиям службы: • • Мосты обычного типа Разводные Трансбордеры Наплавные Путепроводы Эстакады Виадуки
По конструкции: • Балочные мосты-мосты с пролётными строениями, основными несущими конструкциями которых служат балки. – Неразрезные(одна балка пролётного строения перекрывает несколько пролётов или сразу все ) – Разрезные(состоит из ряда балок, причём одна балка перекрывает один пролёт ) – Консольные(состоит из двух типов балок. Одни балки опираются на две опоры и имеют консольные свесы. Другие балки называются подвесными, поскольку опираются на соседние балки. Соединение балок осуществляется при помощи шарниров)
• Висячие — мост, в котором основная несущая конструкция выполнена из гибких элементов (канатов, цепей и др. ), работающих на растяжение, а проезжая часть подвешена.
• Вантовые — разновидность висячих мостов: роль основной несущей конструкции выполняет вантовая ферма, выполненная из прямолинейных стальных канатов. Ванты прикреплены к пилонам — высоким стойкам, монтируемым непосредственно на опорах.
• Арочные — основными несущими конструкциями являются арки или своды. – Арка — криволинейный брус, у которого поперечный размер меньше высоты. – Свод — криволинейный брус, у которого ширина сечения значительно больше высоты.
• Рамная система — состоит из рам, стойки которых выполняют роль опор, а ригели — роль пролётных строений.
• Наплавные, или понтонные мосты, имеющие плавучие опорыпонтоны.
Скачать презентацию Инженерная и экологическая геология Основы экологии Биосфера-
Инженерная и экологическая геология.ppt