Реферат интересные случай решение инженерно геологических и гидрогеологических задач

Обновлено: 05.07.2024

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Целями и задачами нашей работы являются:

оценка инженерно геологических условий;

оценка гидрогеологических условий в целях водоснабжения и выбор местоположения водозабора.

В нашей работе мы используем следующие исходные материалы:

построенный геологический разрез.

Информация с карты:

Наибольшая абсолютная отметка не превышает 200 м, следовательно рельеф равнинный. Речная долина симметричная.

Карта построена по стратиграфическому принципу. На поверхность выходят горные породы четвертичного ( gQ1-суглинок буровато-красный, опесчаненый, с гравием, щебнем,галькой, отдельными волунами кристаллических пород; aQ3-песок светло-серый, мелкозернистый, местами с галькой и гравием, средней плотности; aQ4-песок, светло-серый, мелкозернистый, в нижней части слоя-мелкий гравий и галька, рыхлый; dpQ4-оползень, состоящий из отдельных глыб оползающей породы), мелового (K2-песок светло-серый, мелко-зернистый, плотный, с прослоями кремнистых песчаников; K2-песок белый, мелкозернистый, внизу переходит в рыхлые песчаники ), периода. Условие залегания горных пород – горизонтальное. На карте наблюдается оползень. К карте прилагается стратиграфическая колонка, из которой мы берем информацию о возрасте и составе горных пород.

Информация из бурового журнала:

абсолютные отметки скважин;

геологический возраст горных пород;

глубина залегания слоев;

глубина залегания подземных вод.

Информация с геологического разреза:

количество скважин ( 7 скважин );

глубина скважин ( минимальная – 80 м, максимальная – 160 м );

расстояние между скважинами ( минимальное – 115 м, максимальное – 285м).

а) Общая характеристика рельефа.

Наибольшая абсолютная отметка – 680.0 м, следовательно рельеф равнинный. Геологический процесс- оползень.

б) Строение речной долины.

Долина реки асимметричная. Абсолютная отметка уреза воды – 535.0 м. Террасы продольные. Тип террас – аллювиальные (аккумулятивные) вложенные.

Абсолютная отметка поверхности: 540.0 м. Превышение над урезом воды: справа от русла – 3.0 м; слева от русла – 8.0 м. Ширина справа от русла – 100 м; ширина слева от русла – 35 м. Пойма тянется вдоль всего русла реки. Выложена аллювиальными горными породами aQ4.

Одна надпойменная терраса:

Абсолютная отметка поверхности: 550 м; слева от русла реки – 137 м. Превышение над урезом воды; слева от русла реки – 15.0 м. Ширина-40.0 м. Выложена аллювиальными горными породами aQ3.

Коренной берег долины справа от русла реки имеет абсолютную отметку – 680.0 м, слева от русла реки – 620.0 м Перепад высот составляет 60.0 м.

Геологическое строение района.

а) Литология и стратиграфия.

Самыми древними являются горные породы раннедевонского периода D1. 12 слой представлен известняками светло-серыми, плотными, в верхней части слоя трещиноватый-за счет чего является водопроницаемым. Эта порода проходит по всему разрезу, достигая мощности: min 18м, max 38м. Залегание породы горизонтальное. Относительная отметка кровли слоя max 535.0 м, min 460.0 м.

Следующий возрастной комплекс – горные породы мезозойской эры: Юрского периода. Нижний 10 слой (J2) представлен глиной-с тонкими прослоями глинистого песка, тугопластичная, черная, плотная. Максимальная глубина залегания горных пород – 102 м. . Минимальная – 11 м. Максимальная мощность отложений 31 м , минимальная – 13 м. Выше залегает 9 слой (J3) – глина, местами опесчаненая, тугопластичная, плотная, серая. Максимальная глубина залегания горных пород – 129 м. Минимальная – 6м. Максимальная мощность отложений 37 м , минимальная 4 м. Речная долина выложена аллювиальными отложениями. На правой стороне реки на кореном склоне распологаются отложения юрского и большая часть мелового периода мезозойской эры,представленные глинами светло-серыми, серыми, мелкозернистыми с прослоями кремнистых песчаников.Корытообразное углубление речной долины представлено серым, мелкозернистым, песком , в нижней части с гравием и галькой ( 2 слой; мощность – 2 - 11 м ). Слева и справа от речной долины этот слой выходит на поверхность и представляет собой надпойменную террасу. Дно поймы выложено песком серым среднезернистым, в нижней части галечник и гравий. Мощность – 10 м.

Надпойменная терраса слева от устья реки сложена aQ3 – песок серый, мелкозернистый, в нижней части с гравием и галькой. Мощность – 0 –6 м, выходит на поверхность.

б) Тектоника.

Изучаемой территория находится на платформе ( нагорная форма ). Горные породы самого древнего возраста ( девонской эры) являются кристаллическим фундаментом. Имеется стратиграфическое несогласие между породами юрского и четвертичного периодов . На левом коренном берегу имеется стратиграфическое несогласие между слоями fgQ1 и J2. Наряду с четвертичным периодом на поверхность выходят горные породы мелового периода.

Описание кривой вертикальных колебаний.

Инженерно-геологические особенности горных пород.

Рассмотрим территорию, которую мы можем использовать для строительства. Опишем грунт.gQ1- нескальные, водопроницаемые; влагоемкие, сжимаемые, деформации длительны во времени. Пески aQ3, aQ4- песчаные без жестких связей, водопроницаемы, маловлагоемки, сыпучи в сухом состоянии, непластичны при увлажнении, малосжимаемы, чувствительны к вибрации. Суглинок лессовидный aQ3- нескальная связная порода, во влажном состоянии слабопластичная, теряет структурность, не разбухает, в воде легко размокает; при высыхании слабо затвердевает, недоуплотнена, прочность резко понижается при увлажнении, просадочна: оплывает в откосах. Слабый водоупор. K2-песок светло-серый , с прослоями кремнистых песчаников, водопроницаемы, маловлагоёмки, малосжимаемы, слаборастворимы

Экзогенные процессы и явления.

Неблагоприятным экзогенным процессом на моем разрезе является река. Геологическое строение речных долин имеет важное значение при инженерно-геологической их оценке в строительных целях. На пути своего движения реки совершают большую геологическую работу – разрушают горные породы ( эрозия ), переносят ( аккумуляция ) продукты разрушения в растворенном виде , во взвешенном состоянии и перекатыванием обломков по дну. Большое влияние на реки оказывает производственная деятельность человека. Сброс в реки большого количества вод с орошаемых территорий может привести к усилению эрозионной деятельности. Строительство водохранилищ в свою очередь влияет на положение базиса эрозии всей реки или ее части. Выше плотин уменьшаются скорости течения, растет аккумуляция наносов, ниже плотин резко возрастает донная эрозия. Для зданий и сооружений , расположенных в речных долинах, подмыв берегов представляет значительную опасность. Скорость размыва берегов, сложенных рыхлыми породами, может быть значительной. С боковой эрозией борются укреплением берегов с регулированием течения реки. Способы укрепления подводной и надводной части берега различны. Подводную часть берега ниже меженного горизонта укрепляют каменной наброской и фашинными тюфяками , загруженными камнем; надводная часть крепится бетонными армированными плитами, подпорными стенками, камнем в плетневых клетках. Неблагоприятно сказываются паводки на пойму реки. Сооружения и берега долины необходимо защищать земляными дамбами, отсыпкой камня и другими способами, позволяющими нейтрализовать эрозионную силу паводковых вод.

Еще одним важным экзогенным процессом является – просадка( основное свойство многих лессовых грунтов). При просадке происходит уплотнение грунта по вертикали. Поверхность земли в месте замачивания толщи водой опускается. Вследствие опускания поверхности земли здания и сооружения претерпевают деформации. В состоянии природной влажности и ненарушенной структуры они являются достаточно устойчивым основанием. Однако возможность появления просадки при замачивании требует обязательного осуществления различного рода мероприятий по борьбе с просадочностью. Основными противопросадочными мероприятиями являются: водозащита грунтов, усиление конструкций зданий и устранение просадочных свойств грунтов различными методами. Современные способы строительства на лессовых грунтах позволяют успешно противодействовать возникновению просадочных явлений.

На территории района ярко выражен оползень на правом кореном берегу. Это скольжение грунта по склону привело к бугристому рельефу. За счет давления сползающей породы dpQ4 у подошвы склона формируются валы выдавления. Меры борьбы: не допускать обводнения склонов, вырубки деревьев, следует производить откачки подземных вод, отвод поверхностных вод.

Вывод о строительстве.

Опишем территорию которую мы можем рассматривать для строительства. Для этого может служить коренной берег справа от реки. Он сложен породами мелового периода, залегают горизонтально. Размер участка- 300 м. Характер поверхности – равнинный. Абсолютная отметка 665.0-690.0м. Поверхность представлена слоем К2-класс нескальных грунтов, плотный, не должен доуплотняться, удалённость подземных вод.

Глубина залегания подземных вод.

На нашем участке наблюдаются грунтовые и напорные воды. Глубина залегания грунтовой воды составляет 72 м., напорной – около 134 м. Вода расположена на такой глубине где она не будет мешать строительству.

Из негативных процессов мешающих строительству есть просадка( основное свойство многих лессовых грунтов). При просадке происходит уплотнение грунта по вертикали. Поверхность земли в месте замачивания толщи водой опускается. Вследствие опускания поверхности земли здания и сооружения претерпевают деформации. В состоянии природной влажности и ненарушенной структуры они являются достаточно устойчивым основанием. Однако возможность появления просадки при замачивании требует обязательного осуществления различного рода мероприятий по борьбе с просадочностью. Основными противопросадочными мероприятиями являются: водозащита грунтов, усиление конструкций зданий и устранение просадочных свойств грунтов различными методами. Современные способы строительства на лессовых грунтах позволяют успешно противодействовать возникновению просадочных явлений. На основании анализа инженерно-геологических условий я рекомендую наиболее благоприятный участок для строительства на правом коренном берегу, на плотных песках( мощностью – 45 м) , который при необходимости можно забетонировать( небольшой слой песка можно снять). Этот участок в отличие от других является более выгодным и экономичным. Не подвергается просадке и негативному влиянию реки.

Оценка гидрогеологических условий в целях водоснабжения и выбор местоположения водозабора.

Средне-сложные гидрогеологические условия – три водоносных слоя, не связанные между собой.

2.Выбор наиболее перспективного водоносного горизонта для забора воды.

Наиболее подходящий водоносный горизонт –известняки плотные. На этом водоносном горизонте чистая вода(удалённость от очага загрязнения), режим постоянный, достаточно высокий коэффициент фильтрации 60-80 м/сут. В качестве опорной скважины будет скважина № 22.

4. Состав и задачи дальнейших гидрогеологических исследований.

На первой стадии изысканий мы отмечаем неполноту полученных данных. Нам необходимо получить дополнительно следующие сведения: о климате, гидрогеологическом режиме реки, типе и степени загрязнения речной воды, о химическом составе подземных вод, об особенностях эксплуатации действующих водозаборов и др. К основным видам дальнейших исследований можно отнести разведочное бурение, опытные работы, стационарные режимные наблюдения и лабораторные исследования. Разведочное бурение проводится на недостаточно изученных участках. Дополнительные исследования можно провести на любом участке моего разреза.

Главной целью опытных работ является определение коэффициента фильтрации. Определение Кф с помощью наливов шурф. Определение Кф в зоне аэрации. Откачки опытные. По степени водопроницаемости различают горные породы или грунты сильноводные Кф-30 м/сут, слабоводные Кф 0.01-1 м/сут, водоупоры- менее 0.01 м/сут.

Опытные работы намечаются для проведения опытных и пробно-эксплуатационных откачек на месте проектируемого водозабора. С этой целью могут быть использованы ранее пройденные разведочные и дополнительные, главным образом, наблюдательные скважины. На опытных кустах принимаются все расчетные параметры, аналогичные запроектированным. Обязательно указывается назначение опытных работ и продолжительность во времени откачек. Все откачки сопровождаются отбором воды для определения ее состава и качества в лабораторных условиях. В процессе откачек обязательно устанавливается отсутствие или наличие гидравлической связи между грунтовыми и нижележащими подземными водами. Оценивается возможность совместного использования двух водоносных горизонтов для целей водоснабжения. Рассматриваются вопросы возможного загрязнения этого или иного водоносного горизонта.

Режимные наблюдения намечаются с целью изучения закономерностей изменения во времени уровней воды, их расхода, температуры и химического состава. Эти исследования проводятся стационарными гидрогеологическими станциями или партиями для оценки эксплуатационных запасов подземных вод.

Большое влияние на условия питания и формирования подземных вод оказывает климат. Существенное влияние оказывает и деятельность человека.

В процессе режимных наблюдений особое внимание уделяется контролю за возможным загрязнением подземных вод на действующих водозаборах. Значительно и быстро растущий забор подземных вод, а также влияние на них различных видов инженерно-строительной и хозяйственной деятельности человека приводят к существенному преобразованию режима и баланса подземных вод. Процесс этот неизбежный, нужно научиться управлять им, чтобы не допустить истощения подземных вод и снижения их качества.

Лабораторные исследования намечаются, главным образом, для изучения химического и бактериологического состава подземных и поверхностных вод.

После проведения детальных гидрогеологических исследований составляется окончательный отчет по изученному району, утверждаются запасы подземных вод и приступают к составлению проекта водозабора.

Необходимость инженерно-геологической и гидрогеологической оценки месторождений полезных ископаемых возникает на всех этапах освоения и производится в совокупности с их геологическим изучением. В результате такого изучения должны быть получены все исходные данные для оценки запасов месторождения, проектирования горного предприятия, а при необходимости осушительных и защитных мероприятий.

Непосредственно методика инженерно-геологических и гидрогеологических исследований предопределяется следующими факторами: 1. сложностью природных инженерно-геологических и гидрогеологических условий месторождений; 2. стадией разведки; 3. способом разработки и системой вскрытия; 4. характером необходимых осушительных или защитных мероприятий.

Для проектирования инженерно-геологических исследований в целях прогнозирования условий освоения месторождения можно разделить на три класса: А – с простыми инженерно-геологическими условиями (разрез представлен устойчивыми породами); Б – со сложными инженерно-геологическими условиями (в разрезе преобладают глинистые и обводненные песчано-глинистые породы); В – с весьма сложными инженерно-геологическими условиями (разрез представлен мощными отложениями песков, содержащих напорные воды).

По сложности гидрогеологических условий месторождения можно разделить на три группы: I – месторождения с простыми гидрогеологическими условиями, II - месторождения со сложными гидрогеологическими условиями и III - месторождения с весьма сложными гидрогеологическими условиями. [ ]

По физико-геологическим особенностям месторождения разделяют на две категории: благоприятные в физико-геологическом отношении и месторождения, в районе которых имеют место оползни естественных склонов, оползни – сели, снежные лавины, обвалы, осыпи и др.

На месторождениях расположенных в весьма сложных условиях (III группа) после завершения разведочных работ и утверждения запасов в ГКЗ возникает необходимость в дополнительных специальных работах. Назначение этих работ – получение исчерпывающей информации для составления проектов и рабочей документации по предварительному осушению участков, выбору специальных способов проходки основных выработок, вскрытие полей (стволов, разрезных траншей), разработки мероприятий по обеспечению устойчивости бортов проектируемых карьеров и естественных склонов, а также других специальных мер. Эти работы заключаются в проведении опытно-производственного водопонижения иногда являющегося начальной фазой строительного водопонижения.

На месторождениях твердых полезных ископаемых выполняются также инженерно-геологические исследования (обычно проектными организациями) для жилищного и наземного промышленного и транспортного строительства согласно СНИПу, их целесообразно начинать с проектной стадии (в одну стадию – рабочий проект или в две стадии – проект и рабочую документацию).

Месторождения твердых полезных ископаемых разрабатываются открытым, подземным и комбинированным способами. Известны также так называемые особые способы разработки - подземная газификация углей, добыча руд подземным выщелачиванием, подземное выпаривание серы, подземное растворение солей.

Выбор системы разработки зависит от ряда факторов, из которых основное значение принадлежит форме, размерам и пространственному положению тел полезных ископаемых глубине залегания от земной поверхности, углам падения и взаимного расположению пластов, жил и вообще рудных тел. Иногда имеют значения свойства полезных ископаемых - вещественный состав, характер распределения полезных компонентов, включения пустых пород, крепость, трещиноватость, кливаж.

Ha выбop системы разработки оказывает влияние возможность использования различных комплексов механизмов для добычи, экономическое значение полезного ископаемого.

Преимуществом открытых горных работ является более высокая производительность труда, более низкая себестоимость добычи по сравнению с шахтами. Карьеры могут обеспечить применение высокопроизводительных крупногабаритных горных машин. В карьере не требуется крепление, закладка, вентиляция; условия работы более безопасны. Однако, открытые горные работы существенно влияют на ухудшение экологических условий в районе сооружения карьеров.

Для прогнозирования и оценки процессов, возникающих при том или ином способе разработки месторождения должен выполняться определенный комплекс исследований. Основной принцип заключается в том, что при открытом способе разработки степень изученности (особенно инженерно-геологической) должна быть выше, чем при подземном способе.

Подземный способ требует учета, по крайней мере, трех положений: 1) условий проходки основных выработок вскрытия участка – стволов шахт; 2) инженерно-геологической реакции кровли и почвы на проведении выработок; 3) изменение физико-механических и фильтрационных свойств пород в зоне обрушения и деформации.

Открытый способ разработки требует учета его специфики как при оценке степени обводненности месторождения так и инженерно-геологических условий его освоения. [17]

До передачи месторождения полезных ископаемых в промышленное освоение должны быть изучены горнотехнические условия разработки, т. е. выяснены его инженерно-геологические и гидрогеологические особенности. Для решения этих задач, как правило, используются те же разведочные выработки, что и для изучения геологического строения месторождения.

Общими задачам инженерно-геологических исследований являются: 1) определение разрабатываемости пород и полезного ископаемого; 2) оценка устойчивости горных выработок; 3) определение специальных горно-технических условий.

Для решения первой задачи определяются физико-механические свойства полезного ископаемого и вмещающих пород: объемная масса, сопротивление раздавливанию, разрыву и сдвигу, абразивность, способность к самовозгоранию, слеживанию и другие свойства.

Оценка устойчивости горных выработок и прочности горных пород производится по результатам определения физико-механических свойств и изучения зависимости этих свойств от минерально-петрографического состава, структур, текстур, трещиноватости пород и гидрогеологических условий.

Специальными горнотехническими условиями могут быть оценка развития карста, оползни, сейсмичность района, возможность возникновения горных ударов, степень, характер и состав газопроявлений, силикозоопасность, тип и интенсивность развития многолетней мерзлоты и другие инженерно-геологические явления.

В состав и задачи гидрогеологических исследований начиная со стадии оценочных работ и вплоть до завершения разведки входят: 1) изучение площади распространения и условий залегания водоносных горизонтов и комплексов; 2) изучение условий питания, режимы, химический состав и бактериологические свойства подземных и поверхностных вод.

Основные задачи гидрогеологических исследований заключаются в определении:1) характера взаимосвязи подземных и поверхностных вод; 2) водообильности и водопроницаемости пород; 3) величины возможных водопритоков в горные выработки; 4) агрессивности подземных вод и возможности их использования для бытового и промышленного водоснабжения.

На оценочной стадии дается общая характеристика гидрогеологических условий, а в процессе разведки все перечисленные виды исследований проводятся с максимальной полнотой и достоверностью, характеристики получают более точную количественную оценку,

В связи с освоением в процессе эксплуатации глубоких горизонтов месторождений, вовлечением в разработку объектов со сложными горно-геологическими условиями возрастает необходимость более детального инженерно-геологического и гидрогеологического обеспечения горных работ. Содержание, объем и последовательность исследований определяются комплексом природных и технологических факторов. Инженерно-геологические и гидрогеологические условия месторождений выявляются по результатам стадии оценки и в целом.

При строительстве и эксплуатации горных предприятий необходимо дополнять и уточнять ранее полученные данные.

Инженерно-геологические исследования при эксплуатации выполняются для определения свойств горных пород в массиве и отбитой горной массе, уточнения инженерно-геологической структуры разрабатываемых и отвальных массивов, оценки деформаций стенок горных выработок, бортов карьеров и отвалов, других проявлений горного давления, включая горные удары, внезапные выбросы пород и газа, а также для разработки мероприятий по предотвращению оползней, провалов, обрушении и др.

Проведение инженерно-геологических исследований при эксплуатации месторождении позволяет прогнозировать характеристики разрабатываемости горных пород, качественные показатели сохраняемости и транспортабельности добытой горной массы. На основе этих измерений и прогнозов определяется устойчивость разрабатываемых массивов горных пород, обосновываются рекомендации по поэтапному снижению запаса устойчивости подземных горных выработок и карьерных откосов за счет повышения достоверности исходных данных.

Результаты инженерно-геологических исследовании используются для районирования карьерных (шахтных) полей и отвальных
территорий, более детального изучения структуры инженерно-геологических ярусов. На основе районирования и детализации строения ярусов разрабатываются мероприятия по управлению состоянием массива для обеспечения безопасности и экономической эффективности горных работ, охране недр и земельных ресурсов, восстановлению нарушенных территорий.

Гидрогеологические исследования при эксплуатации проводятся для выявления в натурных условиях фактических водопритоков из вскрываемых при разработке водоносных горизонтов, изучения их режима в зависимости от природных и горнотехнических условий, определения химического состава подземных вод, установления влияния действующего горного предприятия на природные условия и инженерные сооружения, накопления информации для критического анализа ранее полученных данных.

Изучение в натурных производственных условиях режима водопритоков из вскрываемых горизонтов позволяет при необходимости скорректировать ранее принятые проектные решения. Это касается, например, мощности оборудования стационарного водоотлива, мощности и размещения дренажных устройств, типа и конструкции крепи выработок, углов откосов бортов карьера. Более точным будет также прогноз водопритоков при повторном вскрытии этих горизонтов или же при развитии фронта горных работ.

Использование результатов исследований позволяет почти полностью исключить возможность прорывов воды и плывунов в горные выработки, деформацию крепи, стенок выработок и бортов карьеров. Это обеспечивает планомерное ведение горных работ даже в самых сложных и неблагоприятных горно-геологических условиях. [3]

Изучение химического состава подземных и техногенных вод на действующем предприятии дает возможность избежать их загрязнения, например, при смешении вод из разных горизонта и обеспечивает сохранность и защиту инженерных сооружении от действия агрессивных вод. Наконец, в процессе исследовании решаются вопросы водообеспечения предприятии, охраны подземных и поверхностных вод от истощения и загрязнения при горнопромышленном техногенезе [ ] .

При решении гидрогеологических задач приходится оперировать различными терминами и параметрами. Прежде всего, это касается грунтов, способных пропускать через себя воду, и грунтов, преграждающих путь воде.

Водопроницаемость - это способность грунтов, при наличии в них пор, трещин и т. д., пропускать через себя воду под действием напора. Слои горных пород, содержащие воду, и способные пропускать её сквозь свою толщу, называют водоносными (рис.унок 1). Это характерно для рыхлых (песок, гравий, супесь) и трещиноватых пород.

Слои горных пород, препятствующие движению подземных вод (скальные породы без трещин, глина), называют водонепроницаемыми или водоупорными (рис.унок 1).

Рисунок 1 Условные обозначения в гидрогеологических схемах

Уровень, которого достигает вода в грунтах (верхняя граница водоносного слоя) называется уровнем грунтовых вод (УГВ).

Расстояние от верхней границы (абсолютной отметки кровли) водоупора – а.о.к.в. до уровня грунтовых вод (Н) называется мощностью водоносного пласта.

Подземные воды в большинстве случаев меняют своё положение в пространстве с течением времени. Движение подземных вод в водоносных слоях, горизонтах или пластах называется фильтрацией. Считается, что при фильтрации движение воды происходит при полном заполнении пор и, трещин водой.

Движение начинается, если в разных частях водоносного пласта наблюдаются различные уровни воды, при этом она движется от мест с бóльшим уровнем (напором) – Н₁ к местам с мéньшим напором Н₂ (рис.унок 2).

Рис.унок 2 Схема расчёта гидравлического уклона

Чем больше разность напоров ΔН = Н₁ – Н₂ , тем быстрее вода движется. Отношение разности напоровк длине пути, пройденного подземными водами в водоносном пласте (ΔН : L), называется гидравлическим уклоном или гидравлическим градиентом (J).

Масса движущейся воды создает фильтрационный поток. Принято выделять различные виды движения подземных вод:

а) по стабильности параметров

· установившееся движение характеризуется тем, что все элементы фильтрационного потока (направление, скорость, расход и др.) практически не изменяются во времени. Незначительные изменения не учитывают;

· неустановившееся движение подземных вод отличается тем, что его основные элементы изменяются не только в зависимости от координат пространства, но и от времени. Это вызвано различными естественными и искусственными факторами (засушливый период, работы по откачке воды и др.).

б) по наличию напора

· безнапорные потоки имеют свободную поверхность, движение воды в них происходит под действием силы тяжести. Они характеризуются недостаточным заполнением водой поперечного сечения водоносного пласта;

· в напорных потоках движение происходит как под действием силы тяжести, так и за счёт упругих свойств воды и водоносных горных пород. Они отличаются полным заполнением водой поперечного сечения пласта;

· в ряде случаев выделяют напорно-безнапорные потоки (при откачке воды из скважин, если пьезометрический уровень опускается ниже кровли напорного водоносного горизонта;

в) по характеру движения

· ламинарное движение – струйки воды передвигаются без завихрения, параллельно друг другу с небольшими скоростями. Такое движение называется параллельноструйчатым, оно господствует в земной коре;

· турбулентное движение вихреобразное, оно отличается высокой скоростью, пульсацией и перемешиванием отдельных струй воды.

Раздел гидрогеологии, изучающий закономерности движения подземных вод, называется динамикой подземных вод. Законы движения подземных вод используются при гидрогеологических расчётах водозаборов, дренажей, для определения запасов подземных вод и т.д.

Важной характеристикой потока является скорость. Но для определения скорости движения грунтового потока не достаточно только величин, характеризующих водоносный пласт. Необходимо иметь сведения о водных свойствах горных пород, составляющих водоносный слой, а именно о коэффициенте фильтрации (К_ф) . Его величина может быть получена разными способами:

а) полевыми методами с помощью опытных откачек и наливов воды в горные выработки. Эти методы наиболее достоверны, но трудоёмки и дороги;

б) лабораторными методами, основанными на изучении скорости движения воды через образец грунта, например, при помощи трубки СПЕЦГЕО;

в) приближенно по табличным данным (таблица. 1):

Таблица 1 - Коэффициенты фильтрации горных пород

Характеристика пород

Коэффициент фильтрации, м/сут

Очень хорошо проницаемые галечники с крупным песком, сильно закарстованные и сильно трещиноватые породы Хорошо проницаемые галечники и гравий, частично с мелким песком, крупный песок, чистый среднезернистый песок, закарстованные, трещиноватые и другие породы Проницаемые галечники и гравий, засоренные мелким песком и частично глиной, среднезернистые пески и мелкозернистые, слабо закарстованные, малотрещиноватые и другие породы Слабопроницаемые тонкозернистые пески, супеси, слаботрещиноватые породы Весьма слабопроницаемые суглинки Почти непроницаемые глины, плотные мергели и другие монолитные скальные породы

100-1000 и более 100-10 10-1 1-0,1 0,1-0,001 Менее 0,001

Его величина может быть получена разными способами:

в) приближенно по табличным данным;

г) расчётным путём с использованием многочисленных эмпирических формул, связывающих коэффициент фильтрации грунта с его гранулометрическим составом, пористостью, степенью однородности и т. д.

При условии ламинарного характера течения воды, подчиняющегося закону Дарси, коэффициент фильтрации представляет собой линейное соотношение между скоростью фильтрации (V)и гидравлическим градиентом (J), т. е.: V=K_ф·J , откуда К_ф = V/J;

При движении воды в породах с крупными порами и трещинами турбулентный поток не подчиняется закону Дарси. Его параметры вычисляются при помощи уравнения Краснопольского: V=K_К·√J, откуда K_К = V 2 /J .

При гидравлическом градиенте, равном единице, коэффициент фильтрацииравен скорости фильтрации и обладает её размерностью: м/сут; м/с; см/с. Отсюда, под коэффициентом фильтрации понимают скорость фильтрации воды через грунт при гидравлическом уклоне, равном единице в первой степени, что соответствует падению уровня воды с уклоном равным tg 45 о к горизонту.

В зависимости от величины K_ф, горные породы подразделяют на следующие типы:

К_ф > 30 м/сут - сильноводопроницаемые породы;

К_ф от 1 до 30 м/сут - средне водопроницаемые породы;

К_ф от 0,1 до 1 м/сут - слабоводопроницаемые породы;

К_ф 2 /сут.), где

Н - мощность безнапорного пласта (м).

Т= К_ф · m (м 2 /сут.), где

m - мощность напорного пласта (м).

Исследование подземных вод осуществляется с помощью различных горных выработок::

а) скважина – вертикальная или наклонная горная выработка цилиндрической формы различной глубины (от первых метров до нескольких километров) и небольшого диаметра (от первых сантиметров до нескольких десятков сантиметров).

При гидрогеологических расчётах учитывается радиус скважины (r). Его принято измерять в миллиметрах, но при решении задач для единства размерности величин его переводят в метры;

б) траншея (канава) – горизонтальная горная выработка небольшой ширины и глубины (первые метры), но большой протяжённости;

в) колодец – вертикальная горная выработка квадратного, прямоугольного или круглого сечения. Он может достигать значительных размеров (шахтные колодцы);

г) котлован - вертикальная горная выработка квадратного или прямоугольного сечения, может достигать значительных размеров.

Начальная точка горной выработки называется устьем, абсолютная отметка устья – а.о.у.

Для гидрогеологических расчётов по траншеям, колодцам и котлованам, как и по скважинам, применяется такая их характеристика как радиус. Для того, чтобы найти радиус выработки квадратного или прямоугольного сечения вначале необходимо вычислить её площадь:

F = L · B, где

L - длина горной выработки, м;

B - ширина горной выработки, м.

r = √F_кр : π . Такой радиус называют приведённым.

По отношению к водоносным горизонтам горные выработки делят на(рис.унок 3):

· совершенные, вскрывающие водоносный слой или горизонт на полную его мощность, и достигающие водоупора. Вода в них поступает только со стенок;

· несовершенные выработки вскрывают водоносный слой или горизонт не на полную его мощность. Вода в такие выработки поступает не только со стенок, но и со дна.

а) б)

Рис.унок 3 Горные выработки: а) совершенная; б) несовершенная

Расстояние между выработками в формулах обозначается – L (м), а один погонный метр этого расстояния – l (м).

Уровень воды в пройденных горных выработках постепенно выравнивается с уровнем воды в водоносном пласте (рис.унок 4) и его называют статическим. Абсолютная отметка статического уровня обозначается а.о.с.у.

Если по каким-либо причинам изменяется уровень воды в водоносном пласте, то изменяется он и в горных выработках. При откачке воды из горной выработки уровень подземных вод в ней снижается. Такой уровень называют динамическим. Абсолютная отметка динамического уровня обозначается а.о.д.у.

Расстояние от динамического уровня до дна выработки обозначается h иназывается высотой столба воды в выработке после откачки.

Разность между статическим и динамическим уровнями (H - h), т.е. величину на которую понижается уровень воды в результате откачки, называют понижением (S) (фр. depression – депрессия, впадина). На практике слишком больших понижений уровня при откачке воды из горных выработок не добиваются, из-за необходимости оставлять столб воды для заглубления насоса, учитывать потерю напора и т. д. Кроме того, постепенно растут затраты энергии на подъём воды, а сами насосы имеют предел высоты подъёма. Поэтому величину понижения уровня в практике принимают не более 50-75% полной мощности водоносного пласта. Например, при мощности пласта 10 м допускается откачать не более 5 - 7,5 м.

При откачке воды из выработок снижение уровня в них происходит довольно быстро. В самóм же водоносном пласте, вследствие трения воды о частицы грунта, понижение уровня подземных вод идёт медленнее. Чем ближе к выработке, тем отчётливее отклонение. Пространство в водоносном пласте, оказавшееся свободным от воды, в плане имеет округлую форму, а в разрезе - воронкообразную. Сверху оно ограничено уровнем грунтовых вод, снизу -динамическим уровнем, а по бокам плавными линиями (депрессиóнными кривыми), крутизна которых возрастает по мере приближения к оси скважины. Такая фигура называется депрессиóнной воронкой (рисунок 4).

Рис.унок 4Основные условные обозначения для гидрогеологических

Расчётов

При откачке воды из выработок снижение уровня в них происходит довольно быстро. В самóм же водоносном пласте, вследствие трения воды о частицы грунта, понижение уровня подземных вод идёт медленнее. Чем ближе к выработке, тем отчётливее отклонение. Пространство в водоносном пласте, оказавшееся свободным от воды, в плане имеет округлую форму, а в разрезе - воронкообразную. Сверху оно ограничено уровнем грунтовых вод, снизу -динамическим уровнем, а по бокам плавными линиями (депрессионными кривыми), крутизна которых возрастает по мере приближения к оси скважины. Такая фигура называется депрессионной воронкой (рис. 4).

Установление границ депрессионной воронки, зависящих от водопроводимости пород, имеет большое практическое значение при оценке фильтрационных свойств пород, выделении зон санитарной охраны подземных вод от их естественного загрязнения и т. д. Поэтому очень важным гидрогеологическим параметром для расчетов является радиус депрессионной воронки или радиус влияния (R). Чтобы получить его значение опытным путём, вдоль заданного направления (профиля) на определенном расстоянии друг от друга бурят три скважины (или более). Одна из скважин является центральной (опытной), из нее откачивают воду. Другие - наблюдательные, в них следят за понижением уровня. Это самый точный, хотя и дорогостоящий метод для определения радиуса влияния скважины.

Радиус депрессионной воронки нередко определяют по приближенным формулам:

а) для безнапорныхвод используют формулу Кусакина:

R = 2S√H · Кф, где

S – величина понижения уровня, м;

Н - мощность слоя грунтовых вод, м;

Кф - коэффициент фильтрации слоя, м/сут.

б) для напорных вод радиус влияния можно определить по формуле Зихардта:

R=10S√ Кф, где

S - величина понижения уровня, м;

Кф - коэффициент фильтрации слоя, м/сут.

Дебит (от фр. débit – расход) или производительность (Q) горной выработки - это объём воды, добытый из выработки в процессе откачки. Выражается, чаще всего, в м 3 /сут. При расчетах дебита используют формулу Дюпюи:

Приэтомнередко переходят от натуральных логарифмов к десятичным, заменяя πчисловым значением 3,14 и деля его на переводной коэффициент 2,3. После чего формула будет выглядеть так:

Задачи на определение притока воды к горным выработкам можно решать по обеим этим формулам, результат будет один и тот же.

Количество воды, протекающее в единицу времени через сечение потока шириной 1 м обозначают q,называют величиной единичного притока и находят делением всего дебита на ширину потока l.

Для откачки воды из горных выработок используют различные механизмы и приспособления - н. асосы (рисунок 5):

Насосы, используемые для гидрогеологических скважин (рис. 5):

1 – патрубок всасывающий; 2 – патрубок 1 – спускной кран; 2 – рабочее колесо;

нагнетательный; 3 – крышка заливочного 3 – задвижка; 4 – обводная трубка;

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Изыскание источников водоснабжения на детальной стадии поисков в зависимости от назначения и степени изученности формируют следующие задачи и методы их решений.

Изучение геологических структур и отложений, слагающих эти структуры, геологический возраст пород, структурные особенности, условия залегания, мощность, изучение стратиграфии, условные обозначения тектонически слагающих отложений.

Оценка источников формирования эксплуатационных запасов подземных вод и их ресурсов. Выбор и обоснование схемы водозабора. Изучение элементов режима подземных вод, гидродинамических параметров и особенностей подземных вод. Определение качества подземных вод, расчет зон санитарной охраны. Изучение литологического состава пород водоносных горизонтов. Уточнение и детализация условий формирования и залегание выбранного водоносного горизонта, на перспективных участках с целью получения необходимых и достаточных материалов для их сравнительной оценки и обоснование выбора оптимального участка для размещения проектируемого водозабора подземных вод, в том числе:

Проходка разведочных и разведочно-эксплуатационных скважин, для установления участков водозабора.

Геофизические исследования в скважинах следует осуществлять в сочетании с другими видами работ: при проходке разведочных и разведочно-эксплуатационных скважин с целью уточнения данных бурения.

. Опытно-фильтрационные работы - следует выполнять с целью определения гидрогеологических параметров, оценки граничных условий водоносных горизонтов, возможные производительности водозаборных сооружений, изучение качества подземных вод, получение данных для оценки ресурсов подземных вод.

. Лабораторные исследования состава и качества подземных вод, как источника водоснабжения с целью определения физических свойств, химических и бактериологических показателей качества воды, сравнительной оценки качества различных водоносных горизонтов и установление возможности их использования в соответствии с целевым назначением в течение установившегося срока эксплуатации.

. Режимные наблюдения следует выполнять за уровнем, гидрохимическим, бактериологическим, газовым и температурным режимом подземных вод, а также возможными изменениями гидрогеологических параметров.

Инженерно-геологические изыскания в период строительства и эксплуатации подземных вод выполняются с целью установления степени достоверности данных гидрогеологического обоснования проекта водозабора на основе сравнения с опытом его эксплуатации, оценки эффективности мероприятий по санитарной охране водозабора, и при необходимости условий эксплуатации и проектных параметров водозабора подземных вод. Целью изучения инженерно-геологических условий района и участка намечаемого строительства водозабора является прогноз его взаимодействия с природной средой.

При этом основными задачами является:

Изучение распространения, строения, состава, сложения, состояния и свойств грунтов для оценки возможности и целесообразности их использования в качестве среды, оснований и материалов

Читайте также: