Главная Коллекция "Revolution" Геология, гидрология и геодезия Инженерное обеспечение строительства (геология)

Инженерное обеспечение строительства (геология)

Введение

В современный период являются востребованными: высокий уровень знаний, академическая и социальная мобильность, профессионализм специалистов, готовность к самообразованию и самосовершенствованию. В связи с этим должны измениться подходы к планированию, организации учебно-воспитательной работы, в том числе и самостоятельной работы студентов. Прежде всего, это касается изменения характера и содержания учебного процесса, переноса акцента на самостоятельный вид деятельности, который является не просто самоцелью, а средством достижения глубоких и прочных знаний, инструментом формирования у студентов активности и самостоятельности.

Настоящие методические указания по дисциплине «Инженерное обеспечение строительства (геология)» разработаны в соответствии с требованиями к знаниям и умениям по математическому, естественнонаучному и общетехническому циклу дисциплин, изложенными в государственном образовательном стандарте бакалавриата по направлению подготовки 08.03.01 (270800) «Строительство». Цель ее изучения - приобретение студентами теоретических и практических знаний по геологии.

Целью методических указаний является повышение эффективности учебного процесса, в том числе благодаря самостоятельной работе, в которой студент становится активным субъектом обучения, что означает:

- способность занимать в обучении активную позицию;

- готовность мобилизовать интеллектуальные и волевые усилия для достижения учебных целей;

- умение проектировать, планировать и прогнозировать учебную деятельность;

- привычку инициировать свою познавательную деятельность на основе внутренней положительной мотивации;

- осознание своих потенциальных учебных возможностей и психологическую готовность составить программу действий по саморазвитию.

1. Рекомендации по выполнению расчётно-графической работы

Выполнение студентами расчётно-графической работы (РГР) является одной из форм самостоятельной работы по дисциплине «Инженерное обеспечение строительства (геология)».

Целью РГР является закрепление и углубление навыков по основным разделам гидрогеологии, а также овладение умением практического применения полученных знаний.

Задачами РГР являются:

- систематизация, закрепление и расширение теоретических знаний и практических умений студента в области гидрогеологии;

- построение карты гидроизогипс по данным бурения скважин на топографической основе;

- решение задач по карте гидроизогипс;

- составление гидрогеологического разреза по указанному на карте створу скважин с указанием литологических разностей рассматриваемой территории;

- выполнение расчёта расхода потока грунтовых вод и притока подземных вод к водозаборным сооружениям;

- анализ полученных результатов расчёта и построений.

1.1 Порядок выполнения расчётно-графической работы

При выполнении РГР непосредственное руководство работой студентов осуществляет преподаватель, проводящий практические занятия, в обязанности которого входит:

- выдача задания на выполнение РГР;

- оказание студенту помощи в подборе необходимой литературы;

- проведение консультаций в соответствии с графиком;

- контроль за ходом выполнения РГР;

- проверка выполненной РГР;

- защита РГР в виде текущего контроля ТК₃.

1.2 Содержание расчётно-графической работы

РГР должна содержать:

- титульный лист;

- бланк задания;

- содержание;

- расчётно-графическую часть;

- выводы;

- список литературы.

Бланк задания на выполнение РГР выдаётся студенту преподавателем согласно указанному варианту, пример представлен в приложении А.

Расчётно-графическая часть включает следующие задания: по имеющимся данным абсолютных отметок поверхности земли устья скважин и глубин залегания грунтовых вод и водоупора рассчитать отметки поверхности грунтовых вод, водоупора и мощность водоносного горизонта; построить карту гидроизогипс. Пользуясь построенной картой решить ряд задач по определению направления потока грунтовых вод, взаиомосвязи между грунтовыми и поверхностными водами, определению коэффициента фильтрации; построить гидро-геолого-литологический разрез по створу скважин: определить расход потока в заданном сечении; рассчитать дебит совершенной и несовершенной грунтовых скважин.

1.3 Оформление расчётно-графической работы

Работа выполняется на листах бумаги формата А4. Допускается компьютерный набор текста. Общий объём - 10-15 страниц машинописного текста. Разделы РГР должны иметь порядковые номера в пределах всего документа, обозначенные арабской цифрой без точки. Подразделы должны иметь нумерацию в пределах каждого раздела.

Страницы нумеруются арабскими цифрами в верхнем правом углу листа. Титульный лист и содержание не нумеруют, но включают в общую нумерацию.

Карта гидроизогипс строится на чистых листах, разрез - на миллиметровой бумаге формата А4 с указанием наименования и пояснительных данных (условные обозначения) в соответствии с требованиями ГОСТ.

В конце работы нужно обязательно привести список литературы, использованной при выполнении работы.

1.4 Защита расчётно-графической работы

Выполненная студентом РГР проверяется преподавателем.

Работа подписывается студентом и преподавателем на титульном листе с указанием даты. Если работа отвечает предъявленным к ней требованиям, она возвращается студенту с указанием о допуске к защите.

2. РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Основные теоретические положения

Грунтовые воды - это постоянные во времени и значительные по площади распространения горизонты подземных вод, залегающие на первом от поверхности водоупоре.

Под водоупором понимаются слабо водопроницаемые слои горных пород, чаще всего это горизонты глин. Площадь распространения грунтовых вод называется грунтовым бассейном. Сверху грунтовые воды ограничены естественно сформировавшейся свободной поверхностью и не имеют напора. Эта поверхность получила название зеркала грунтовых вод (ЗГВ). В разрезе положение верхней границы водоносного горизонта характеризуется линией, которая называется уровнем грунтовых вод (УГВ) (рисунок 1).

ааґ - зона аэрации; ввґ - зона насыщения; сс' - водоупорный слой

Рисунок 1 - Схема залегания грунтовых вод

Зеркало грунтовых вод - есть поверхность раздела зоны аэрации и зоны полного водонасыщения. Оно не является абсолютно плоским, имеет вид волнистой поверхности, сглажено повторяющей рельеф местности. Глубина залегания зеркала грунтовых вод зависит от местных метеорологических условий и геологических условий и изменяется от 0 до 50 м и более. В том случае, когда зеркало грунтовых вод совпадает с дневной поверхностью, наблюдается заболачивание местности. По берегам рек, в пониженных участках местности зачастую наблюдаются источники - ключи, родники. Это явление связано чаще всего с выходом грунтовых вод на поверхность.

Грунтовые воды находятся в постоянном движении. Они перемещаются путем фильтрации через породы от участков с повышенными отметками зеркала грунтовых вод к пониженным участкам, образуя потоки. Потоки могут быть прямолинейными, криволинейными, плоскими, радиально сходящимися и радиально расходящимися.

Гидрогеологическую обстановку того или иного участка принято изображать с помощью гидрогеологических карт, в частности карт гидроизогипс.

На заболоченных и засоленных землях при решении задач их мелиорации, по результатам полевых исследований строят карты гидроизогипс, а затем на них или отдельно - карты глубин залегания грунтовых вод.

По картам гидроизогипс можно определить области залегания грунтовых вод, их питания и разгрузки, установить взаимосвязь с водами оросительных каналов, рек, найти уклон потока и скорости движения подземных вод.

2.2 Исходные данные для построения гидрогеологических карт

В каждом варианте задания приводится участок, на котором пробурено 16 скважин по квадратной сетке, размером 1500x1500 м, скважины расположены по 4-м створам, в каждом створе 4 скважины (масштаб карты 1:10000) (рисунок 2).

В процессе бурения по каждой скважине определяют (рисунок 3, таблица 1):

- абсолютную отметку устья скважины, Н₁, м;

- глубину залегания грунтовых вод, h₁, м;

- глубину залегания водоупорного слоя, h₂, м.

Рисунок 3 - Схема наблюдательной скважины

1 - зона аэрации;

2 - зона насыщения (горизонт грунтовых вод);

3 - водоупорный слой (глина);

h1 - глубина залегания грунтовых вод;

h2 - глубина залегания водоупора;

Н1 - абсолютная отметка поверхности земли;

На основании этих данных рассчитывают :

- отметку поверхности грунтовых вод - Н₂ = Н₁ - h₁, м (гр. 5, табл. 1);

- отметку поверхности водоупора - Н₃ = Н₁ - h₂, м (гр. 6, табл. 1);

- мощность водоносного слоя - М = h₂ - h₁, м (гр. 7, табл. 1).

2.3 Построение карты гидроизогипс и глубин залегания грунтовых вод

Данные таблицы 1 переносятся на план. Возле устья каждой скважины подписываются отметки следующим образом:

Таблица 1 - Результаты определения расчетных параметров водоносного горизонта

№ скважин	Отметка поверхности земли, Н₁, м	Глубина залегания, м	Абсолютная отметка, м	Мощность водоносного горизонта, м *М = h₂- h*₁	Литология
		грунтовых вод h₁	водоупора h₂	ЗГВ Н₂	кровли водоупора Н₃
1	2	3	4	5	6	7	8
1	65,5	5,8	8,6	59,7	56,9	2,8
2	64,1	3,2	7,7	60,9	56,4	4,5
3 р	62,9	0,1	7,2	61,8	55,7	7,1
4	63,2	1,9	7,4	61,3	55,8	5,5
5 ст	64,2	6,0	8,5	58,2	55,7	2,5	Песок ср. крупности
6 ст	62,8	3,5	8,0	59,3	54,8	4,5
7 ст	62,2	1,6	8,0	60,6	54,2	6,4	Песок крупный
8 ст	61,5	0,9	7,3	60,6	54,2	6,4
9	62,7	6,6	7,9	56,1	54,8	1,3
10	61,6	3,5	7,9	58,1	53,8	4,4
11	61,1	1,8	7,8	59,3	53,3	6,0
12 р	60,2	0	7,0	60,2	53,2	7,0
13	61,5	5,7	8,2	55,8	53,3	2,5
14	59,8	2,5	7,4	57,3	52,4	4,9
15 р	58,6	0	6,7	58,6	51,9	6,7
16	61,1	2,7	8,7	58,4	52,4	6,0

^*- гр. 8 заполняется после определения класса песчаного грунта (п. 4.4.3)

Построение следует начинать от любого квадрата, опирающегося на ближайшие четыре скважины. Палетка (рисунок 4-а) накладывается на одну из точек таким образом, чтобы отметка на палетке и отметка точки совпадали. Эта точка фиксируется путем прокола иголкой. Далее палетка поворачивается вокруг иголки до тех пор, пока отметка второй точки не совпадет с отметкой по палетке. На пересечении отрезка, соединяющего точки с масштабной сеткой палетки, находят искомые точки (рисунок 4-б). Далее проводят построение в рядом расположенных квадратах, постепенно закрывая всю площадь.

На карте гидроизогипс строим четыре типа линий: горизонтали, гидроизогипсы, стратоизогипсы и гидроизобаты (рисунок 5).

Горизонтали - линии на карте, соединяющие точки с одинаковыми отметками поверхности земли.

Гидроизогипсы - линии на карте, соединяющие точки с одинаковыми отметками зеркала грунтовых вод.

Стратоизогипсы - линии равных отметок поверхности водоупорного слоя.

Гидроизобаты - линии равных глубин залегания зеркала грунтовых вод.

а - палетка для интерполяции, б - схема интерполяции

Рисунок 4 - Интерполяция при помощи масштабной сетки

Находим далее путем интерполяции между абсолютными отметками устьев скважин точки с одинаковыми отметками, равными целому числу (сечение всех изолиний 1,0 м). Соединив точки с одинаковыми отметками плавными линиями, получаем горизонтали рельефа. Направление понижения показывается бергштрихами. Аналогично строят гидроизогипсы и стратоизогипсы. Все линии поименовываются, то есть в разрыве указывается отметка данной изолинии. Гидроизобаты обозначаются специальными условными знаками, там показываются участки, где глубина залегания зеркала грунтовых вод менее трех метров - синим цветом, от 3 до 5 м - желтым, от 5 до 7 м - зеленым и более 7 м - красным цветом (рисунок 5).

Все надписи делают тем же цветом, что и соответствующие линии: горизонтали - коричневым, гидроизогипсы - синим, стратоизогипсы - зеленым цветом, гидроизобаты - черным (рисунок 5).

2.4 Решение задач по карте гидроизогипс

2.4.1 Определение направления движения потока грунтовых вод

Направление потока определяется по нормали к гидроизогипсе. Из точки с повышенной отметкой зеркала грунтовых вод проводится линия в сторону пониженных отметок, сохраняя перпендикулярность к ближайшей гидроизогипсе. Направление потока обозначается синей стрелкой (рисунок 5).

2.4.2 Установление связи между грунтовыми и поверхностными водами на участке

Устанавливается по направлению линии тока грунтовых вод к реке, каналу или от них (рисунки 6,7,8). В нашем примере река питает грунтовые воды.

Рисунок 5 - Пример оформления карты гидроизогипс и глубин залегания грунтовых вод

2.4.3 Определение параметров водоносного горизонта в указанных на карте гидроизогипс точках

Каждая из указанных величин (глубина залегания грунтовых вод h₁, глубина залегания водоупора h₂, и мощность водоносного горизонта М находится как разность соответствующих абсолютных отметок Н₁, Н₂и Н₃ в данной на карте точке, которые определяются графически по карте гидроизогипс (таблица 2).

Таблица 2 - Определение параметров водоносного горизонта в указанных на карте гидроизогипс точках А, В и С

Точки	Абсолютные отметки, м	Глубина залегания, м	Мощность водоносного горизонта М, м
	поверхности земли, Н₁	грунтовых вод, Н₂	водоупора, Н₃	грунтовых вод, h₁	водоупора, h₂
А	63,70	59,45	55,75	4,25	7,95	3,70
В	61,65	60,30	53,85	1,35	7,80	6,45
С	60,25	58,30	52,75	1,95	7,50	5,55

2.4.4 Расчет расхода потока в заданном сечении

В соответствии с законом Дарси, расход прямо пропорционален коэффициенту фильтрации, площади поперечного сечения потока, напорному градиенту и выражается формулой:

(1)

где Q - расход потока, м/сут;

k_ф - коэффициент фильтрации, м/сут;

щ - площадь сечения потока, м

J - напорный градиент.

2.4.5 Расчет коэффициента фильтрации

Показателем водопроницаемости служит коэффициент фильтрации пород (k_ф, м/сут, см/сек), являющийся скоростной величиной. Это важнейшая характеристика грунта, которая показывает способность его пропускать через себя воду, зависит от размеров пустот и трещин.

По результатам механического анализа грунта, представленным в таблице 3, строится график гранулометрического состава в полулогарифмическом масштабе (рисунок 10). Для того чтобы нанести на логарифмическую сетку результаты механического состава, необходимо по оси абсцисс откладывать логарифмы диаметров частиц, а по оси ординат - процентное содержание фракций по их совокупности. Затем полученные точки соединяем кривой линией и получаем интегральную кривую.

По построенной кривой определяем диаметры частиц, соответствующие 10 и 60 % содержанию от суммы всех частиц, первый из них называется эффективным диаметром (d₁₀ = d_е) - диаметр, меньше которого в неоднородной породе содержится 10 %.

Для нахождения d_е проводится горизонтальная линия до пересечения с кривой гранулометрического состава. Затем опускается перпендикуляр на ось абсцисс и отмечается значение эффективного диаметра. Аналогичным путем устанавливается значение d₆₀. Эти диаметры используются для определения коэффициента неоднородности, который рассчитывается по формуле:

(2)

Вычисление коэффициента фильтрации по эмпирическим формулам основано на использовании данных гранулометрического состава песков, его пористости вязкости воды и других показателей, влияющих на его величину.

Наиболее известными являются формулы Хазена и Слихтера.

Таблица 3 - Результаты механического анализа грунтов

Размеры фракции, мм	Содержание фракции, %	Наибольший диаметр фракции, мм	Суммарное содержание фракции, %
	образец 1	образец 2		образец 1	образец 2
0,001-0,005	2,2	-	0,005	2,2	-
0,005-0,01	3,3	1,9	0,01	5,5	1,9
0,01-0,05	3,2	2,8	0,05	8,7	4,7
0,05-0,1	3,8	1,5	0,1	12,5	6,2
0,1-0,25	34,7	5,0	0,25	47,2	11,2
0,25-0,5	17,8	11,5	0,5	65,0	22,7
0,5-1,0	19,3	35,5	1,0	84,3	58,2
1,0-2,0	8,1	19,0	2,0	92,4	77,2
2,0-5,0	6,2	18,6	5,0	98,6	95,8
5,0-10,0	1,4	4,2	10,0	100,0	100,0
Температура воды, 0С	16,0	7,0
Естественная пористость, %	32,0	34,5

Формула Хазена имеет вид:

k_ф = С • d_е²• (0,7 + 0,03•t), м/сут, (3)

где k_ф - коэффициент фильтрации, м/сут;

d_е - эффективный диаметр песчаного грунта, определяется по графику гранулометрического состава, d_е = d₁₀, мм;

t - температура фильтрующейся воды;

(0,7 + 0,03•t) - температурная поправка, учитывающая влияние температуры на вязкость воды и скорость ее фильтрации через грунт;

С - эмпирический коэффициент, изменяющийся от 400 (глинистый песок) до 1200 (чистый песок), вычисляется по формуле Ланге:

С = 400 + 40 • (п - п_min ), (4)

где п - естественная пористость песка, %

п_min - теоретическая минимальная пористость песка, равна 26,2 %.

Формула Хазена применима лишь для определения коэффициента фильтрации песков с действующим диаметром d_е от 0,1 до 3,0 мм и коэффициентом неоднородности К_н < 5.

Формула Слихтера:

, (5)

где k_ф - коэффициент фильтрации, м/сут;

т - числовой коэффициент, зависящий от пористости, определяется по таблице 4;

м - коэффициент вязкости воды, определяемый по таблице 5;

d_е - эффективный диаметр песчаного грунта, определяется по графику гранулометрического состава, d_е = d₁₀, мм.

Таблица 4 - Значение коэффициента т в зависимости от пористости п

n	m	n	m	n	m	n	m
0,26	0,01187	0,32	0,02352	0,38	0,04151	0,44	0,06776
0,27	0,01350	0,33	0,02601	0,39	0,04524	0,45	0,07295
0,28	0,01517	0,34	0,02878	0,40	0,04922	0,46	0,07838
0,29	0,01694	0,35	0,03163	0,41	0,05339	0,47	0,08455
0,30	0,01905	0,36	0,03473	0,42	0,05789
0,31	0,2122	0,37	0,03808	0,43	0,06267

Таблица 5 - Изменение коэффициента вязкости м в зависимости от температуры t⁰

t0	м	t0	м	t0	м	t0	м
0	0,0178	9	0,0135	18	0,0105	27	0,0087
1	0,0172	10	0,0131	19	0,0103	28	0,0085
2	0,0167	11	0,0127	20	0,0101	29	0,0083
3	0,0162	12	0,0124	21	0,0099	30	0,0081
4	0,0157	13	0,0120	22	0,0097	35	0,0073
5	0,0152	14	0,0117	23	0,0095	40	0,0066
6	0,0147	15	0,0114	24	0,0093	45	0,0060
7	0,0143	16	0,0110	25	0,0091	50	0,0055
8	0,0139	17	0,0108	26	0,0089

Формула Слихтера применима для песков, действующий диаметр которых изменяется в пределах d_е от 0,001 до 5 мм, а коэффициент неоднородности К_н > 5.

Пример: Образец 1: d₁₀= 0,063; d₆₀= 0,40; > 5 - грунт неоднородный. Следовательно, коэффициент фильтрации определяем по формуле Слихтера, предварительно выбрав из таблицы 4 значение числового коэффициента т = 0,02352 по величине пористости п = 0,32 и из таблицы 5 значение коэффициента вязкости м = 0,0110 по значению температуры t = 16⁰С.

песок среднезернистый

Образец 2: d₁₀= 0,24; d₆₀= 1,2; - грунт однородный. Коэффициент фильтрации для данного образца определяем по формуле Хазена:

С = 400 + 40• (34,5 - 26,2)= 732

k_ф2 = 732 • 0,24²• (0,7 + 0,03•,7) =38,37 м/сут, песок крупнозернистый.

2.4.6 Определение класса песчаного грунта

Класс грунта может быть определен на основании существующей классификации по ГОСТ 25100-95.

Для установления наименования грунта следует последовательно суммировать проценты содержания частиц от крупных к мелким, принимая наименование грунта по первому удовлетворяющему показателю (таблица 6).

Таблица 6 - Классификация песчаных грунтов по ГОСТ 25100-95

Разновидность грунтов	Размер зерен, частиц, d, мм	Содержание зерен, частиц, % по массе
Пески:
Гравелистый	> 2	> 25
Крупный	> 0,50	> 50
Средней крупности	> 0,25	> 50
Мелкий	> 0,10	? 75
Пылеватый	> 0,10	< 75

В нашем примере получаем образец 1 - песок средней крупности, образец 2 - песок крупный.

По вычисленным значениям k_ф и классу грунта проверяем разновидность основных литологических разностей (таблица 7). Если они совпадают, то находим среднее значение коэффициента фильтрации из двух образцов, которое будем использовать при расчёте расхода потока Q:

Рисунок 10 - Пример построения кривой гранулометрического состава песчаных грунтов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 7 - Ориентировочные значения коэффициентов фильтрации

Породы	Коэффициент фильтрации, м/сут	Характеристика пород по водопроницаемости
Глины	0,001	водонепроницаемые
Суглинок тяжелый	0,05	слабоводопроницаемые
Суглинок легкий	0,05-0,1
Супесь	0,1-0,5
Лесс	0,25-0,5
Песок пылеватый	0,5-1,0	водопроницаемые
Песок мелкозернистый	1,0-5,0
Песок среднезернистый	5-20
Песок крупный	20-50
Гравий	20-150
Галечник	100-500
Крупный галечник без песчаного заполнения	500-1000
Известняки трещиноватые, закарстованные	50-500-1000

2.4.7 Расчет площади сечения потока

На карте гидроизогипс указан створ скважин (скв. с индексом «ст.») перпендикулярно к направлению движения потока грунтовых вод.

Площадь сечения потока в указанном створе скважин рассчитывают по формуле:

щ = В • М_ср, м²; (6)

где щ - площадь сечения потока, мІ;

В - расстояние между крайними скважинами створа, м;

М_ср - средняя мощность потока грунтовых вод (определяется по скважинам створа), м.

Пример. щ =1500•4,95 =7425м².

2.4.8 Построение гидрогеологического разреза

На основании данных карты гидроизогипс (Н₁, Н₂, Н₃и расстоянию между скважинами створа) и таблицы 8 строится гидрогеологический разрез по заданному направлению. Разрез строится на миллиметровой бумаге в вертикальном и горизонтальном масштабах. Горизонтальный масштаб принимается равным масштабу карты гидроизогипс 1:10000 (рисунок 11). Вертикальный масштаб удобнее всего принять равным 1:200. Пример построения гидрогеологического разреза представлен на рисунке 11.

На карте гидроизогипс указывается линия для построения гидрогеологического разреза по номерам скважин с индексами «ст.».

Построение разреза начинается с вычерчивания топографического профиля по выбранному направлению. Профиль вычерчивается по абсолютным отметкам устьев скважин (таблица 8). Для нанесения топографического профиля с левой стороны листа строится вертикальная шкала в масштабе 1:200 с указанием абсолютных отметок через каждые два метра. Максимальная отметка определяется абсолютной отметкой самой высокой точки на поверхности земли по линии разреза, она округляется до целого числа в сторону увеличения.

Таблица 8 - Исходные данные для построения гидрогеологического разреза

Номер скважины	Абс. отметка устья скв., м	Породы, вскрытые скважинами
		суглинок, dQIV	песок разнозернистый, aQIV	супесь, N3	глина, P2	известняк, K2
1	2	3	4	5	6	7
5	64,2	2,4	-	6,1	4,5	2,5
6	62,8	1,6	-	6,4	4,2	3,1
7	62,2	-	1,8	6,2	3,0	2,8
8	61,5	-	1,9	5,4	2,6	3,0

Минимальная отметка шкалы соответствует минимальной отметке дна скважины, она округляется до целого числа в сторону уменьшения. Для получения абсолютных отметок дна каждой скважины необходимо из абсолютной отметки устья вычесть глубину данной скважины, которая равна сумме мощностей всех пород, вскрытых при бурении данной скважины, указанных в графах 3, 4, 5, 6, 7.

Пользуясь шкалой высот и абсолютными отметками устьев скважин, находящихся на линии разреза, строится линия топографического профиля. На топографическую основу в виде вертикальных линий наносятся скважины, длина которых равна глубине скважины.

На гидрогеологический разрез наносят отметки уровня грунтовых вод в скважинах створа и соединяют их синей пунктирной линией.

На вертикальных линиях, изображающих на разрезе скважины, необходимо отложить слой пород, вскрытых при бурении, сверху вниз с учетом мощности каждой породы и вертикального масштаба. Каждый последующий слой откладывается вниз от подошвы (нижней границы) предыдущего.

В скважинах по всему разрезу строятся границы слоев между породами разного возраста, происхождения и состава. Начинать проведение границ в виде линии следует сверху, от самых молодых пород. Это обычно

Рисунок 11 - Пример построения гидрогеологического разреза

Размещено на http://www.allbest.ru/

породы четвертичной системы, по происхождению делювиальные, аллювиальные и реже - элювиальные. Для наиболее древней породы проводится только верхняя граница (рисунок 11). В зависимости от возраста пласты горных пород на разрезе закрашиваются, а в зависимости от состава - заштриховываются, здесь же указываются стратиграфические индексы в соответствии с геохронологической шкалой, четвертичные отложения указываются с учетом их генетических типов (приложение Б) и условных обозначений (Приложение В).

2.4.9 Определение напорного градиента

Движение подземных вод происходит от участков с большими абсолютными отметками к меньшим по линиям, перпендикулярным гидроизогипсам. По направлению потока выбираются две точки (T₁ и Т₂) по разные стороны от створа скважин (рисунок 12). Расстояние между ними - путь фильтрации - должен составлять не более 160-250 м Напорный градиент (J) на участке T₁- Т₂ рассчитывается по формуле:

где и - отметки зеркала грунтовых вод в точках T₁ и Т₂ (рисунок 3), м;

L - путь фильтрации потока, м.

Пример:

Используя все полученные расчетные параметры, определяем расход потока в заданном на карте гидроизогипс сечении:

2.5 Расход притока подземных вод к водозаборным сооружениям

Водозаборными называются сооружения, служащие для отбора подземных вод. Они предназначаются для понижения уровней подземных вод при осушении сельскохозяйственных угодий, строительных котлованов, месторождений полезных ископаемых, для регулирования глубины залегания грунтовых вод на орошаемых землях и отбора подземных вод для орошения и снабжения.

Водозаборы бывают горизонтальные и вертикальные.

Горизонтальные - водозаборы (закрытые дрены, осушительные канавы, штольни и др.) применяют при неглубоком залегании подземных вод. Они особенно эффективны в тех случаях, когда необходимо перехватить широкий поток подземных вод при его небольшой мощности.

Вертикальные - водозаборы - колодцы, скважины, шахты - применяют для эксплуатации напорных и безнапорных подземных вод, залегающих практически на любой глубине.

Вертикальные водозаборы, вскрывающие грунтовые воды, называют грунтовыми колодцами и скважинами, а водозаборы, вскрывающие напорные воды,- артезианскими колодцами и скважинами.

По характеру вскрытия водоносного горизонта водозаборы делятся на: совершенные и несовершенные.

Совершенные колодцы и скважины вскрывают водоносный горизонт на всю его мощность, т.е. достигают водоупора (рисунок 12).

Несовершенные водозаборы вскрывают лишь часть водоносной толщи и не доходят до водоупорного слоя (рисунок 13). Такие водозаборы применяют при значительной мощности водоносного горизонта.

Рисунок 12 - Схема совершенной скважины

Количество воды, которое можно получить из скважины в единицу времени при откачке или самоизливе, называется расходом или дебитом скважины.

Уровень воды в скважине до начала откачки называется статическим. Под влиянием откачки происходит понижение уровня грунтовых вод (или пьезометрического уровня напорных вод) как в самой скважине, так и вокруг неё. Уровень воды в скважине в процессе откачки называется динамическим.

Влияние откачки постепенно распространяется на все большее расстояние от скважины, в результате вокруг неё образуется депрессионная воронка параболической формы. Наибольшее понижение уровня наблюдается непосредственно у скважины. По мере удаления от скважины, влияние откачки уменьшается.

Рисунок 13 - Схема несовершенной скважины

Расстояние от оси скважины до сечения, в котором изменения уровня подземных вод практически не наблюдается, называется радиусом влияния скважины или радиусом депрессионной воронки. Значение его зависит от продолжительности откачки, фильтрационных свойств водоносных отложений, условий питания подземных вод и других факторов.

Одним из важнейших вопросов практической гидрогеологии является определение производительности водозабора, т.е. установление его дебита или притока воды к водозабору. Дебит водозабора рассчитывают по формулам, выбор которых обуславливается гидравлическими свойствами водоносного горизонта, типом водозабора, близостью поверхностных водоёмов, рек и другими факторами.

Формулы для расчёта дебита скважин различны для напорных и безнапорных вод, совершенных и несовершенных колодцев, но все они выводятся из формулы закона Дарси применительно к конкретным сечениям с определёнными значениями мощности водоносного горизонта, высоты столба в скважине, величины понижения, радиусом скважины и депрессионной воронки.

2.5.1 Расчет притока воды к совершенной грунтовой скважине

Расчетная схема притока воды к совершенной грунтовой скважине представлена на рисунке 14.

Для расчёта притока воды к совершенной грунтовой скважине используем формулу Дарси:

Q = K? щ ?J

где Q - расход потока, м³/сут;

K - коэффициент фильтрации, м/сут;

щ - площадь сечения потока, м²

J - напорный градиент.

Z⁰- статический уровень, м; Z'- динамический уровень, м; S - понижение уровня воды в скважине, м; H - мощность водоносного горизонта, м; H_скв_.- глубина скважины, м;

h - высота столба воды в скважине в процессе откачки, м; R - радиус влияния скважины (радиус депрессионной воронки), м; r - радиус скважин, м; x, y - координаты произвольного сечения потока.

Рисунок 14 - Расчётная схема притока воды к совершенной грунтовой скважине

Вода, двигаясь к скважине, проходит через ряд сечений все меньшей площади. Эти сечения представляют собой боковые поверхности цилиндров. На границах депрессионной воронки их площади будут соответственно равны 2RH и 2rh. Остальные сечения по пути движения потока к скважине будут иметь промежуточные значения. Для произвольного сечения с точкой не депрессионной кривой, имеющей координаты - xy, площадь фильтрационного потока будет равна:

щ = 2xy

Напорный градиент для этой точки J = характеризует бесконечно малое изменение напора на бесконечно маломпути,т.е. Уклон кривой в произвольнойточке потока. Приток воды к скважине выразится уравнением:

(8)

Приводя полученное дифференциальное уравнение к виду, удобному для интегрирования, и интегрируя его, получаем:

(9)

м³/сут - формула Дюпюи (10)

Учитывая, что понижение S = H - h в процессе откачки установить легче, чем величину h, формулу Дюпюи целесообразно переписать в более удобном для расчёта виде:

(11)

Эта формула позволяет прогнозировать дебит скважины до начала строительства водозабора, определять величину оптимального понижения уровня воды в скважинах при откачке.

Расчет притока воды к совершенной скважине рекомендуется выполнять в следующей последовательности:

1. На листе миллиметровой бумаги (формат А4) вычертить расчётную схему притока воды к грунтовой совершенной скважине в выбранном масштабе.

2. Определить мощность водоносного горизонта по формуле (рисунок 14):

H = H_скв- Z⁰

H = 36,0 - 18,0 = 18,0 м.

3. Рассчитать величину понижения уровня воды в скважине по разности значений динамического и статического уровней:

S = Z^'- Z⁰.

S = 29,0 - 18,0 = 11,0 м.

4. Полученные данные внести в соответствующие графы таблицы 9.

5. Выполнить расчёт величины притока воды к скважине по формуле Дюпюи:

гидроизогипс грунтовый поверхностный приток

2.5.2 Расчет притока воды к несовершенной грунтовой скважине

При значительной глубине залегания водоупорного слоя большинство скважин являются несовершенными. Поток подземных вод, поступающих в такую скважину при откачке, испытывает дополнительное гидродинамическое сопротивление. Дебит несовершенной скважины при равных гидрогеологических условиях и одинаковом понижении обычно меньше, чем совершенной (рисунок 15).

При откачке влияние скважины распространяется не на весь водоносный горизонт, а только на так называемую активную зону (таблица 10).

H_вод- глубина залегания водоупорного слоя, м; H_скв- глубина скважины, м; Z⁰- статический уровень, м; Z' - динамический уровень, м; S - понижение уровня воды в скважине, м; F- заглубление скважины под статический уровень, м; H₀ - мощность активной зоны, м; h₀-расстояние от динамического уровня до границы активной зоны, м; R - радиус влияния скважины (радиус депрессионной воронки), м; r - радиус скважины, м.

Рисунок 15 - Расчетная схема притока воды к несовершенной грунтовой скважине

Таблица 9 - Данные к расчёту притока воды к грунтовой совершенной скважине

Вариант	Размеры скважины	Статический уровень воды, м, Z⁰	Мощность водоносного горизонта, м, H = Hскв.- Z⁰	Заданные параметры откачки	Коэффициент фильтрации водоносных пород, м/сут., k	Характеристика пород водоносного горизонта
	диаметр, м, 2r	глубина м, *Hскв.*			динамический уровень грунтовых вод, м Z^?	понижение уровня воды, м, **S = Z^?-** Z⁰	радиус депрессионной воронки, м. R
1	0,325	36,0	18,0	18,0	29,0	11,0	142	24,0	Песок грубозернистый

Таблица 10 - Данные к расчёту дебита несовершенной грунтовой скважины

Вариант

Размер скважины

Глубина

залегания

водоупора, м,

Hвод

Статический уровень

воды, м,

Мощность водоносного горизонта, м,

Н = Hвод.- Z0

Заглубление скважины под статический уровень, м,

F = Hскв- Z0

Заданные параметры откачки

Коэффициент фильтрации м/сут,k

Характеристика

пород водоносного

горизонта

диаметр

м,

глубина

м,

Hскв.

динамический уровень грунтовых вод, м,Z?

понижение уровня воды, м,

S= Z?- Z0

мощность активной зоны, м,

Hо

расстояние от динамического уровня до границы активной зоны, м,

h0 = H0-S

радиус влияния скважины, м,

0,273

Страница:

методичка "Инженерное обеспечение строительства (геология)" скачать

Подобные документы

Карты четвертичных отложений. Совершенные и несовершенные скважины
Особенности геологических карт, которые показывают распространение на земной поверхности выходов горных пород, различающихся по возрасту, происхождению и условиям залегания. Приток подземных вод к водозаборным сооружениям. Механические свойства грунтов.

реферат [27,4 K], добавлен 04.03.2011
Построение гидрогеологического разреза
Построение гидрогеологического разреза. Составление схематической геолого-литологической карты. Построение карты гидроизогибс. Построение карты глубины залегания уровня грунтовых вод. Составление схемы откачки и расчет коэффициентов фильтрации откачки.

контрольная работа [33,2 K], добавлен 23.05.2008
Основы геологии
Построение геологической колонки скважины с использованием описания буровых скважин. История геологического развития района. Построение разреза. Абсолютные отметки устьев и результаты одновременного замера глубин залегания уровней грунтовых вод.

контрольная работа [19,9 K], добавлен 21.12.2013
Характеристика грунтовых вод
Питание, распространение, зоны разгрузки, градиент напора, коэффициент фильтрации, определение положения зеркала воды грунтовых вод, их режим, защищенность от загрязнения. Движения вод в грунтах и взаимосвязь их между собой и с водами рек и озёр.

реферат [181,7 K], добавлен 15.01.2010
Инженерная геология
Основные этапы развития инженерной геологии как науки. Особенности определения абсолютного возраста горных пород. Ключевые методы борьбы с подвижными песками. Анализ строительства в районе вечной мерзлоты. Способы определения притока воды к водозаборам.

курсовая работа [1017,4 K], добавлен 10.09.2013
Расчет динамики подземных вод
Движение воды в зонах аэрации и насыщения, водоносных пластах. Определение скорости движения подземных вод, установившееся и неустановившееся движение. Методы моделирования фильтрации. Приток воды к водозаборным сооружениям. Определение радиуса влияния.

курсовая работа [340,2 K], добавлен 21.10.2009
Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты
Значение инженерной геологии для проектирования и строительства. Задачи, решаемые этой наукой. Происхождение, минералогический и химический составы, структура, текстура и условия залегания. Основные физико-механические показатели свойств горных пород.

контрольная работа [260,9 K], добавлен 14.07.2010
Геологический разрез и его построение по карте горных пород
Значение инженерной геологии для промышленного и гражданского строительства. Описание условий образования и строительные свойства грунтовых отложений (аллювиальных). Относительный и абсолютный возраст горных пород. Основной закон фильтрации подземных вод.

курсовая работа [1,4 M], добавлен 24.06.2011
Инженерное обеспечение строительства
Инженерно-геодезические изыскания для строительства площадных сооружений. Подготовка исходных данных. Обработка ведомости вычисления прямоугольных координат, высотных ходов нивелирования, журнала тахеометрической съёмки. Построение топографического плана.

курсовая работа [207,1 K], добавлен 17.05.2015
Построение геологического разреза по колонкам буровых скважин
Геолого-морфологическое строение и гидрогеологические условия. Рельеф и геологическое строение разрабатываемого участка. Расчёт скважин, скорости грунтового потока, промерзания грунта. Физико-геологические процессы территории. Проект карты гидроизогипс.

курсовая работа [158,0 K], добавлен 30.01.2011
Инженерная Геология
Инженерная геология в проектировании и строительстве промышленно-гражданских сооружений и их эксплуатации. Показатели физических свойств грунтов, их единицы измерения. Грунтовые воды. Закон Дарси, коэффициент фильтрации. Трещинные подземные воды.

контрольная работа [129,0 K], добавлен 18.03.2008
Инженерная геология и гидрогеология
Показатели физических и водно-физических свойств горных пород. Механические свойства и сопротивление рыхлых пород сжатию. Мероприятия по борьбе с плывунами. Химический анализ подземной воды, ее тип. Расчет притока воды к совершенной дренажной канаве.

контрольная работа [3,9 M], добавлен 21.01.2011
Подземные воды
Происхождение подземных вод. Классификация подземных вод. Условия их залегания. Питание рек подземными водами. Методики расчета подземного стока. Основные проблемы использования и защиты подземных вод.

реферат [24,7 K], добавлен 09.05.2007
Оценка гидрогеологических условий на площадке строительства и прогноз развития неблагоприятных процессов при водопонижении”
Геологические и гидрогеологические условия. Анализ разреза, карта гидроизогипс. Гидрогеологические расчеты при строительном водопонижении. Прогноз процессов в грунтовой толще, связанных с понижением уровня вод. Воздействие напорных вод на дно котлованов.

курсовая работа [1,5 M], добавлен 24.05.2015
Инженерная геология
Химический состав земной коры и причины его изменения. Понятие о кларках. Дизъюнктивные нарушения залегания горных пород. Геологическая деятельность океанов, морей, озер. Приток воды в безнапорные совершенные дрены. Проектирование котлованов и траншей.

контрольная работа [2,7 M], добавлен 28.02.2011
Инженерная геология для строительства
Значение инженерной геологии для строительства. Физико-механические свойства горных пород. Суть процессов внешней динамики Земли (экзогенных процессов). Классификация подземных вод, основной закон фильтрации. Методы инженерно-геологических исследований.

контрольная работа [1,5 M], добавлен 26.07.2010
Инженерная геология и ее роль в строительстве
Обоснование роли инженерной геологии для строительства железных дорог и их эксплуатации. Анализ физико-механических свойств горных пород, необходимых для проектирования и строительства. Методы определения абсолютного и относительного возраста пород.

контрольная работа [1,8 M], добавлен 26.04.2010
Дренаж. Минерализация подземных вод. Сточные промышленные воды
Расчет дренажа при определенном уровне грунтовых вод; времени уменьшения минерализации подземных вод девонского горизонта; положение границы поршневого вытеснения чистых подземных вод сточными водами. Определение скорости миграции сорбируемого вещества.

контрольная работа [2,2 M], добавлен 29.06.2010
Геология
Геология - система знаний о вещественном составе, строении, происхождения и эволюции геологических тел и размещении полезных ископаемых. Связь геологии с другими науками. Геологическая съемка - изучение естественных и искусственных обнажений горных пород.

лекция [159,5 K], добавлен 03.06.2010
Структурная геология и геологическое картирование
Цели и задачи структурной геологии. Основные положения геотектоники. Формы залегания горных пород в земной коре. Элементы геологических карт. Цвета плутонических и субвулканических образований. Номенклатуры топографических листов различных масштабов.

презентация [3,4 M], добавлен 09.02.2014

Другие документы, подобные "Инженерное обеспечение строительства (геология)"

весь список подобных работ

скачать работу можно здесь

сколько стоит заказать работу?

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

Рубрика	Геология, гидрология и геодезия
Вид	методичка
Язык	русский
Дата добавления	09.03.2015
Размер файла	3,4 M

Инженерное обеспечение строительства (геология)

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Методические указания для выполнения

расчетно-графической работы