Эксфолиация суставов - Википедия - Exfoliation joint

Эксфолиация вокруг суставов Half Dome в Йосемитский национальный парк, Калифорния.
Отслоение швов в граните на Зачарованная скала Государственная природная зона, Техас, США. Отрывные блоки соскользнули по крутой плоскости стыка.

Эксфолиация суставов или же стыки листов представляют собой системы трещин в породе, параллельные поверхности, и часто приводят к эрозии концентрических плит. (Видеть Совместное (геология) ).

Общая характеристика эксфолиации суставов

Образование шелушащихся суставов

Несмотря на то, что они часто встречаются во многих различных ландшафтах, геологам еще предстоит прийти к согласию по общей теории образования трещин расслоения. Было предложено много разных теорий, ниже приводится краткий обзор наиболее распространенных.

Удаление вскрыши и отскок

Отшелушивающие швы, обнаженные при врезании дороги Йосемитский национальный парк, Калифорния.

Эта теория была первоначально предложена одним из первых геоморфологов. Grove Карл Гилберт в 1904 г. В основе этой теории лежит то, что эрозия из перегружать и эксгумация глубоко заглубленной породы на поверхность земли позволяет ранее сжатой породе расширяться в радиальном направлении, создавая растягивающее напряжение и разрушая породу слоями, параллельными поверхности земли. Описание этого механизма привело к появлению альтернативных терминов для отслаивающихся швов, включая швы сброса давления или разгрузки. Хотя логика этой теории привлекательна, есть много несоответствий с полевыми и лабораторными наблюдениями, предполагающими, что она может быть неполной, например:[6][10][12]

  • Отслоившиеся швы можно найти в камнях, которые никогда не были глубоко засыпаны.
  • Лабораторные исследования показывают, что простое сжатие и релаксация образцов горной породы в реальных условиях не вызывает трещин.
  • Отслаивающиеся швы чаще всего встречаются в областях с параллельными поверхностями сжимающими стресс, тогда как эта теория требует, чтобы они происходили в зонах расширения.

Одно возможное расширение этой теории для соответствия сжимающее напряжение теория (изложенная ниже) выглядит следующим образом[3] (Goodman, 1989): Эксгумация глубоко погребенных горных пород снижает вертикальные стресс, но горизонтальные напряжения могут оставаться в компетентном массиве горных пород, поскольку среда ограничена латерально. Горизонтальные напряжения выравниваются с текущей поверхностью земли, когда вертикальное напряжение падает до нуля на этой границе. Таким образом, при эксгумации могут возникать большие параллельные поверхности сжимающие напряжения, которые могут привести к разрушению породы при растяжении, как описано ниже.

Термоупругая деформация

Порода расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении, а различные породообразующие минералы имеют переменную скорость тепловое расширение / сокращение. Суточные колебания температуры поверхности породы могут быть довольно значительными, и многие предположили, что напряжения, возникающие во время нагрева, вызывают расширение и отслаивание приповерхностной зоны породы в виде тонких плит (например, Wolters, 1969).[12] Большой дневной или наблюдались вызванные огнем колебания температуры, приводящие к образованию тонких слоев и отслаиваний на поверхности горных пород, иногда называемых расслоением.[13] Однако, поскольку суточные колебания температуры достигают глубины в несколько сантиметров в породе (из-за низкой теплопроводность ), эта теория не может объяснить наблюдаемую глубину расслоения трещин, которая может достигать 100 метров.[1][3][6][10]

Химическое выветривание

Минеральная выветривание при проникновении воды может вызвать отслаивание тонких оболочек горных пород, так как объем некоторых минералов увеличивается при гидратация.[10] Однако не вся гидратация минералов приводит к увеличению объема, в то время как полевые наблюдения за отслаивающимися швами показывают, что поверхности суставов не претерпели значительных химических изменений, поэтому эту теорию можно отвергнуть как объяснение происхождения крупномасштабных, более глубоких отслаивающихся суставов.

Напряжение сжатия и разрушение при растяжении

Эксфолиация изменила приповерхностные части массивных гранитных пород в Йосемити Национальный парк, помогающий создать множество впечатляющих куполов, в том числе показанный здесь Half Dome.

Большой сжимающий тектонический подчеркивает параллельно земной (или свободной) поверхности может создавать режим растяжения переломы в горных породах, где направление распространения трещины параллельно наибольшему главному сжимающему напряжению, а направление раскрытия трещины перпендикулярно свободной поверхности.[3][6][7][8][9][10][14] Этот тип трещин наблюдается в лаборатории, по крайней мере, с 1900 года (как при одноосном, так и при двухосном неограниченном сжимающем нагружении; см. Gramberg, 1989).[15] Трещины при растяжении могут образовываться в поле сжимающих напряжений из-за влияния проникающих микротрещин в решетке горных пород и расширения так называемых трещины крыла от около вершин предпочтительно ориентированных микротрещин, которые затем изгибаются и выравниваются с направлением основного напряжения сжатия.[16][17] Образовавшиеся таким образом трещины иногда называют осевым расколом, продольным расколом или растяжением и обычно наблюдаются в лаборатории во время испытаний на одноосное сжатие. Высокое горизонтальное или параллельное поверхности сжимающее напряжение может быть результатом регионального тектонический или топографические напряжения, или эрозией или выемкой покрывающих пород.

С учетом полевых данных и наблюдений за возникновением, режимом разрушения и вторичными формами, высокие поверхностно-параллельные сжимающие напряжения и разрушение при растяжении (осевой раскол) кажутся наиболее правдоподобной теорией, объясняющей образование отслоившихся швов.

Значение инженерной геологии

Признание наличия отслаивающихся суставов может иметь важные последствия для инженерная геология. Наиболее заметным может быть их влияние на устойчивость склона. Отслаивающиеся швы, следующие за топографией наклонных стенок долин, склонов холмов и обрывов, могут создавать каменные блоки, которые особенно подвержены скольжению. Особенно, когда носок склона подрезан (естественным путем или в результате деятельности человека), скольжение по плоскостям отслаивающегося сустава вероятно, если совместный провал превышает угол трения сустава. На фундаментные работы также может повлиять наличие отслоившихся швов, например, в случае плотины.[18] Эксфолиация суставов, лежащих в основе плотина фундамент может создать значительную протечку опасность, в то время как повышенное давление воды в стыках может привести к поднятию или скольжению плотины. Наконец, отслаивающиеся суставы могут сильно контролировать грунтовые воды поток и перенос загрязняющих веществ.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Гилберт, Г. (1904). «Купола и купольные сооружения высокой Сьерры». Бюллетень Геологического общества Америки. 15: 29–36.
  2. ^ а б c Маттес, Ф. (1930). «Геологическая история долины Йосемити». Специалист по геологической службе США. 160.
  3. ^ а б c d е ж грамм час я Гудман, Р. (1993). Инженерная геология. Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья.
  4. ^ а б c Дейл, Т. (1923). «Промышленные граниты Новой Англии». Бюллетень геологической службы США. 738.
  5. ^ а б c d Янс, Р. Х. (1943). «Листовые конструкции в гранитах». Журнал геологии. 51 (2): 71–98. Bibcode:1943JG ..... 51 ... 71J. Дои:10.1086/625130.
  6. ^ а б c d Хольцхаузен, Г. (1989). «Происхождение листовой структуры, 1. Морфология и граничные условия». Инженерная геология. 27 (1–4): 225–278. Дои:10.1016/0013-7952(89)90035-5.
  7. ^ а б Bahat, D .; Grossenbacher, K .; Карасаки, К. (январь 1999 г.). «Механизм образования швов отслоения в гранитных породах, Национальный парк Йосемити». Журнал структурной геологии. 21 (1): 85–96. Bibcode:1999JSG .... 21 ... 85B. Дои:10.1016 / s0191-8141 (98) 00069-8. ISSN  0191-8141.
  8. ^ а б Мандл, Г. (2005). Скальные соединения. Берлин: Springer-Verlag. ISBN  9783642063916.
  9. ^ а б Брэдли, W.C. (1963). «Масштабное расслоение массивных песчаников плато Колорадо». Бюллетень Геологического общества Америки. 74 (5): 519–527. Дои:10.1130 / 0016-7606 (1963) 74 [519: LEIMSO] 2.0.CO; 2.
  10. ^ а б c d е ж Twidale, C.R. (1973). «О происхождении стыковки листов». Горная механика и горная инженерия. 5 (3): 163–187. Bibcode:1973РМФМР ... 5..163Т. Дои:10.1007 / BF01238046.
  11. ^ а б Romani, J.R .; Твидейл, C.R. (1999). «Изломы листов, другие формы напряжений и некоторые инженерные последствия». Геоморфология. 31: 13–27. Bibcode:1999Геомо..31 ... 13В. Дои:10.1016 / S0169-555X (99) 00070-7.
  12. ^ а б Уолтерс, Р. (1969). "Zur Ursache der Entstehung oberflächenparalleler Klüfte". Горная механика и горная инженерия. 1 (1): 53–70. Bibcode:1969РМФМР ... 1 ... 53Вт. Дои:10.1007 / BF01247357.
  13. ^ Блэквелдер, Э. (1927). «Огонь как средство выветривания горных пород». Журнал геологии. 35 (2): 134–140. Bibcode:1927JG ..... 35..134B. Дои:10.1086/623392.
  14. ^ Brunner, F.K .; Шайдеггер, A.E. (1973). «Отшелушивание». Механика горных пород. 5: 43–62. Bibcode:1973РМФМР ... 5 ... 43Б. Дои:10.1007 / bf01246756. ISSN  1434-453X.
  15. ^ Грамберг, Дж. (1989). Нетрадиционный взгляд на механику горных пород и механику разрушения. А.А. Балкема. ISBN  9061918065.
  16. ^ Hoek, E .; Бенявский, З.Т. (1965). «Распространение хрупкого разрушения горных пород при сжатии». Международный журнал механики разрушения. 1 (3): 137–155. Дои:10.1007 / BF00186851.
  17. ^ Fairhurst, C .; Cook, N.G.W. (1966). «Явление раскола горной породы параллельно направлению максимального сжатия в окрестности поверхности». Материалы 1-го Конгресса, Международное общество механиков горных пород: 687–692.
  18. ^ Терзаги, К. (1962). «Фундамент плотины на облицованном граните». Геотехника. 12 (3): 199–208. Дои:10.1680 / geot.1962.12.3.199. ISSN  0016-8505.

внешняя ссылка