Контрольная работа по "Геологии"

Исследователями были определены оптимальные  условия, соблюдение которых позволяет  уменьшить затраты на уплотнение пород. Установлено, что вначале  при увеличении влажности значение р_д возрастает. При этом плотность пород становится наибольшей. Эта влажность получила название оптимальная, При дальнейшем увеличении влажности плотность пород уменьшается. При приближении влажности пород к величине молекулярной влагоемкости возрастает смазывающее влияние пленочной воды. Это лишь способствует уплотнению грунтов.

При увеличении влажности свыше  значения максимально молекулярной влагоемкости вода заполняет уже  значительную часть объема пор. И  в этом случае вода, заполняющая  поры грунтов, препятствует уплотнению. Без удаления некоторого количества воды из порового пространства под  действием катка уплотнение может  не произойти. Вода при этом играет роль механического препятствия, сопротивляясь  уплотнению. Вместе с тем, малая прочность  суглинков при высокой влажности  приводит к их выдавливанию из-под  катка. Оно проявляется в виде зыби. Поэтому уплотнение суглинков  необходимо производить только при  оптимальной влажности.

Напорные воды.

К напорным (артезианским) водам относятся  подземные воды, находящиеся в  водоносных горизонтах, перекрытых и  подстилаемых водоупорными (или относительно водоупорными) слоями горных пород, и  обладающие гидростатическим напором. Они располагаются на больших  пространствах и глубинах вне  сферы воздействия местных дрен (рек, оврагов и др.). Артезианские межпластовые напорные воды названы по месту их первоначального нахождения в XII в. во французской провинции Артуа (древнее название Артезия). Водоносные горизонты, содержащие напорные межпластовые воды, связаны с различными главным образом отрицательными структурами земной коры: синеклизами, мульдами, предгорными и межгорными прогибами и моноклиналями (греч. "моно" - один, "клино" - склоняю). По условиям залегания пород, содержащих артезианские воды, выделяются артезианские бассейны и артезианские склоны.

Под артезианскими бассейнами понимают совокупность артезианских водоносных горизонтов, залегающих в синеклизах и других прогибах. В каждом артезианском бассейне выделяются: а) область питания - площади выхода на дневную поверхность водоносных пород, располагающихся на наивысших гипсометрических отметках; б) область разгрузки - места выхода на поверхность водоносного горизонта на более низких абсолютных отметках по сравнению с областью питания.

Такая разгрузка может осуществляться в виде восходящих источников, местами  же в виде скрытых очагов разгрузки  в рыхлые отложения под руслами  рек или на дне моря (субмаринные источники); в) область напора - основная площадь распространения артезианских вод, расположенная между областями питания и разгрузки. В области напора уровень напорных вод всегда располагается выше кровли водоносного горизонта. Расстояние по вертикали от кровли водоносного горизонта до этого уровня и называетсянапором. Если на разрезе соединить линией отметки уровней воды в областях питания и разгрузки, то эта линия примерно покажет, до какой высоты поднимется напорная вода при вскрытии ее колодцами или буровыми скважинами. Уровень напорных вод называют пьезометрическим (греч. "пьезо" - давлю) и всегда выражается в абсолютных отметках, а величина напора - в метрах. Пьезометрическая поверхность напорного водоносного горизонта изображается обычно на специальных картах гидроизопьез. Гидроизопьезы (иногда их называют изопьезы, или пьезо-изогипсы) - линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными отметками пьезометрического уровня.

 

8. Сформулируйте основной  закон фильтрации подземных вод.  Опишите методы определения коэффициента  фильтрации и расхода плоского  потока подземных вод. Назовите  требования к питьевой воде. Объясните  причины агрессивности воды к  бетону и металлу

Линейный закон фильтрации.

Движение подземных вод в  пористых породах (пески, супеси, суглинки) неглубокого залегания имеет  параллельно-струйчатый или ламинарный характер, т.е. без разрывов и пульсации, [плавным изменением скорости и подчиняется  закону Дарси, экспериментально установленному им в 1856 г. I Основной закон фильтрации -- закон Дарси выражается формулой:

Q=K_фF= K_фFi,

где Q --расход воды (количество фильтрующейся воды в единицу

времени), м³/сут;

K_ф-- постоянная величина для данной породы, характеризующая ее водопроницаемость; эта величина называется коэффициентом фильтрации, м/сут;

F -- площадь поперечного сечения потока, м²;

ДH -- разность уровней в двух рассматриваемых сечениях, м;

l -- длина пути фильтрации, м;

i -- гидравлический уклон.

Разделив обе части уравнения  на F и назвав -- скоростью фильтрации V, м/сут, получим:

V=К_фi.

Это уравнение показывает, что по линейному закону скорость фильтрации прямо пропорциональна гидравлическому  градиенту.

Если принять i = 1, то получим V=К_ф, т.е. при гидравлически градиенте, равном единице, коэффициент фильтрации численно равен скорости фильтрации.

Формула позволяет определить так  называемую кажущуюся скорость фильтрации. Так как вода течет лишь через часа сечения F, равную площади пор и трещин породы, то для определения действительной скорости фильтрации V, м/сут, следует учесть пористость п,выраженную в долях единицы и корректировать расчет: для песков и крупнообломочных пород V_д=V/n; для глинистых --

V_д=V/n_акт,

где n_акт -- актив пористость в долях единицы.

Нелинейный закон фильтрации.

В крупнообломочных, сильно трещиноватых скальных породах неглубокого залегания при наличии крупных пустот трещин значительной протяженности движение водного потока имеет вихревой или турбулентный вид. Оно характеризуем вихреобразностыо, пульсацией и перемешиванием отдельных струй воды.

Нелинейный закон фильтрации выражается форм>~: А.А. Краснопольского:

V=K_к ,

где К_к --коэффициент, определяемый опытным путем в поле, м/сут;

i-- гидравлический уклон.

Методы определения коэффициента фильтрации.

К основным фильтрационным параметрам пород относят коэффициент фильтрации, а также коэффициенты водопроводимости, пьезопроводности и уровнепроводности.

Во всех уравнениях определения  движения подземных вод основной расчетной величиной, количественно  характеризующей фильтрационные свойства пород, является коэффициент фильтрации К_ф м/сут. На его величину, а следовательно, и на пень водопроницаемости рыхлых пород оказывают влияние:

диаметр пор -- с уменьшением диаметра пор уменьшается коэффициент фильтрации;

количество глинистых частиц -- с увеличением количества глинистых частиц, особенно монтмориллонита, К_ф уменьшается;

характер обменных катионов -- при  наличии двухвалентных катионов (Са²⁺, Мg²⁺) водопроницаемость и К_ф возрастают, а в присутствии одновалентных катионов (Nа⁺, К⁺) -- уменьшаются. Влияние Nа⁺, уменьшающее К_ф суглинков в десятки и сотни раз, используется на практике для сокращения потерь воды из водохранилищ.

Определение коэффициента фильтрации методом инфилътрации из шурфа. Существует несколько способов для выполнения этой работы (методы А.К. Болдырева, Н.С. Нестерова, Н.К.Гиринского, Н.Н. Веригина, Н.Н. Биндемана и др.). Наиболее простым является метод А.К. Болдырева. Он применяется для определения К_ф в грунтах, не насыщенных водой. Метод заключается в следующем. В сухом грунте вырывается шурф, не доходящий до уровня грунтовых вод. Из градуированных судов, поставленных у бровки шурфа, по трубке наливается вода на дно шурфа так, чтобы уровень воды в приямке на дне шурфа оставался все время постоянным - около 10 см. Для наблюдения за уровнем воды на дне шурфа устанавливается рейка. Через каждые 10-30 мин ведут замеры расхода воды на фильтрацию по шкалам сосудов. Опыт проводят до стабилизации расхода воды (в песках 10-20 ч, в суглинках 24-48 ч).

Определив значение установившегося (стабилизировавшаяся) расхода Q_уст, м³/сут, и разделив его на площадь дна шурфа F, м², получают среднюю скорость инфильтрации из шурфа м/сут, равную

V_уст =.

Коэффициент фильтрации определяется еще и следующий методами: 1) полевыми работами - откачками; 2) лаборатории  ми методами с использованием специальных  приборов; 3) эмпирическим формулам.

Определение коэффициента фильтрации откачкой воды из скважин. Определения К_ф откачкой воды из скважин дают наиболее точные данные для расчета коэффициента фильтрации. Откачки разделяются на откачки из одиночных скважин и кустовые.I Откачка из одиночной скважины позволяет предварительно Вшить водообильность изучаемых пород. Произвести точный расчет коэффициента фильтрации по данным откачек из одной скважины нельзя, т.к. неизвестна величина радиуса влияния, следующий пункт входящая в расчетные формулы.Кустовые откачки проводятся на специально выбритых опытных участках при глубине залегания водоносного горизонта не более 100 м. Опытный куст состоит из центральнной (опытной) скважины и ряда наблюдательных, располагаемых по одному или нескольких лучам в случае неоднородности водоносного пласта. При четырех лучевой системе расположения скважин один луч проводится о направление потока подземных вод, второй -- против направления потока подземных вод третий и четвертый -- в направлениях, перпендикулярных к ним. При двухлучевой системе применяются один или два луча, состоящие из двух-трех наблюдательных скважин. Один из лучей проводится вниз по течению подземных вод, второй перпендикулярно направлению потока, Расстояние наблюдательных скважин от центральной рекомендуется применять равным 5; 10; 20; 40; 80 м.

Оценка качества питьевой воды. При оценке подземных вод водоснабжения пользуются ГОСТами. В этой связи питьевая вода должна быть бесцветной, прозрачной, иметь температуру от 4 до 15°С, не иметь неприятного вкуса и запаха, не содержать болезнетворных бактерий и солей тяжелых металлов. Сухой остаток в воде не должен превышать 1 г/л. жесткость должна быть менее 7 мг-экв/л. Совершенно не допускается в питьевой воде присутствие аммиака и азотистой кислоты, указывающих на фекальную загрязненность. Питьевая вода может содержать не более 0,1 мг/л свинца, 0,05 мг/л мышьяка, 1,5 мг/л фтора, 3 мг/л меди, 5 мг/л цинка, 1 мг/л железа 0,6 мг/л урана, 0,005 мг/л ртути. В воде не должны присутствовать болезнетворные бактерии брюшного тифа, холеры и другая недопустимая патогенная флора. Бактериальное загрязнение оценивается по «коли-титру», который должен быть не менее 300 мл и «коли-индексу», который должен быть не более 3.

Оценка качества технической воды. Вода, предназначен для промышленных целей, должна быть прозрачной, без запаха и мягкой. Вода для питания котлов должна иметь сухой остаток не более 0,3 г/л, содержать хлора мене 200 мг/л, жесткость должна быть не более 3 мг-экв/л.

Агрессивность подземных  вод по отношению к бетону. Бетонные сооружения, находясь в соприкосновении с подземными или поверхностными водами, часто разрушаются некоторые химическими соединениями, содержащимися в воде. Это разрешающее действие естественных вод называется агрессивной способностьо вод. В целях увеличения срока службы сооружений необходимо определить степень агрессивности воды.

Сульфатная агрессивность. При повышенном содержании сульфатов происходит кристаллизация в бетоне гипса Са5О₄-2Н₂О с увеличением объема в 2 раза и образование «цементной бациллы», с увеличенная объема в 2,5 раза. Все это приводит к разрушению бетона.

Магнезиальная агрессивность ведет к разрушению бетона при проникновении в тело бетона воды с повышенным содержанием. При содержании иона более 2000 мг/л вода агрессивна по отношению к бетонным сооружениям в песчаных породах, а при содержании иона свыше 5000 мг/л вода становится агрессивной в суглинках,

Карбонатная (углекислая) агрессивность проявляется преимущественно в песчаных породах. Карбонатная агрессия возникает [результате действия агрессивной углекислоты СО₂. В процессе взаимодействия с водой из цемента выделяется свободная известь С0₃, которая реагирует со свободной углекислотой СО₂ Реакция идет по схеме:

СаС0₃ + СО₂'+ Н₂0 = Са (НСО₃)₂

Образующийся бикарбонат кальция  является растворимым и легко  выносится из бетона. Максимальным содержанием агрессивен СО₇является 3 мг/л, при менее опасных породах -- 8,3 мг/л.

Кислородная агрессивность вызывается содержащимся в воде кислородом и проявляется преимущественно по отношению к металлическим конструкциям.

При совместном присутствии кислорода  с углекислотой агрессивное действие кислорода повышается.

 

9. Опишите методы инженерно- геологических исследований

Лабораторный иследования физико-механических свойств пород

1. Правила отбора проб

Для лабораторных исследований физико-механических свойств грунтов отбирают пробы с нарушенной или ненарушенной (монолиты) структурой. Вид пробы зависит от целей исследования горной породы и ее состояния, а способ отбора – от типа разведочной выработки из которой отбирают пробу. При инженерно-геологических изысканиях применяют три метода отбора проб: точечный, бороздовой и валовый. Точечный метод заключается в том, что слой породы характеризуют одним или несколькими образцами относительно небольшого размера. При бороздовом методе по всему опробуемому пласту вкрест его простирания делают борозды, из которых отбирают грунт для пробы. Валовый метод состоит в исследовании всего извлеченного из выработки грунта. Два последних метода обычно применяют при разведке строительных материалов