ответы на крутые вопросы) геология). Инженерная геология задачи и предмет изучения. Инженерная геология возникла
 Скачать 122.22 Kb.
|
|
21. Теории происхождения подземных вод По условиям образования выделяются несколько типов подземных вод: 1) инфильтрационные; 2) конденсационные; 3) седиментогенные; 4) магматогенные или ювенильные; 5) метаморфогенные или возрожденные. Инфильтрационные подземные воды образуются из наземных вод атмосферного происхождения. Одним из главных видов питания их является инфильтрация, или просачивание в глубь Земли дождевых и талых атмосферных осадков. В ряде случаев в питании подземных вод принимают участие воды, фильтрующиеся из рек, озер, водохранилищ и из каналов. Конденсационные воды образуются в результате конденсации водяных паров воздуха в порах и трещинах горных пород. Этот процесс объясняется разностью упругости водяных паров, находящихся в различных зонах аэрации, и взаимосвязанных с ними водяных паров атмосферного воздуха. Конденсация водяных паров имеет существенное значение для пустынных районов с малым количеством атмосферных осадков, где периодически возникают небольшие тонкие линзы пресных конденсационных вод, налегающих на соленые воды. Седиментогенные подземные - это высокоминерализованные (соленые) подземные воды в глубоких слоях осадочных горных пород. Происхождение таких вод, большинство исследователей связывают с захоронением вод морского генезиса, сильно измененных под влиянием давления и температуры. Они могут быть образованы одновременно с морским осадконакоплением, в этом случае их называют сингенетическими. Магматогенные подземные воды, образующиеся непосредственно из магмы, Э. Зюссом (1902) были названы ювенильными. Поступление таких вод происходит, с одной стороны, при извержении вулканов, с другой - из магматических тел, расположенных на глубине, в которых первоначально может содержаться до 7-10% воды. В процессе кристаллизации магмы и образования магматических пород вода отжимается, по разломам и тектоническим трещинам поднимается вверх, поступает в земную кору и местами выходит на поверхность. Количество магматогенных вод незначительно. К тому же они поступают на поверхность уже в смешанном виде, так как на своем пути пересекают различные горизонты подземных вод иного генезиса. Метаморфогенные подземные воды (возрожденные, или дегидратационные) образуются при метаморфизме минеральных масс, содержащих кристаллизационную воду или газово-жидкие включения. Под влиянием температуры и давления происходят процессы дегидратации. Если они протекают длительно, то приводят к образованию капельножидкой воды, вступающей в общий геологический круговорот подземных вод. Из рассмотренных генетических типов воды наиболее важное значение имеют инфильтрационные воды и в какой-то мере седиментогенные. Остальные разновидности представляют собой в большинстве случаев смешанные воды, доля которых в общем балансе подземных вод, по-видимому, невелика. 22.Типы подземных вод(классификации) Водоносные горизонты (подземные воды) подразделяются на типы по нескольким признакам. В частности, по характеру водовмещающих пород выделяют пластово-поровые, пластово-трещинные, трещинные, трещинно-жильные, карстовые подземные воды. По гидравлическому состоянию выделяются два типа водоносных горизонтов: напорные и безнапорные. Наконец, по условиям залегания выделяют следующие основные типы подземных вод: воды зоны аэрации, грунтовые и межпластовые (артезианские) воды. 11.2. Воды зоны аэрации Понятие "Зона аэрации" относится к характеристике верхней части геологического разреза определенной территории, где поры и трещины горных пород лишь частично заполнены связанной, капиллярной просачивающейся водой. Большая часть крупных пор и трещин содержит атмосферный воздух. В противоположность тому ниже зоны аэрации все поры и трещины заполнены водой и с этой глубины начинается зона полного водонасщеиия. В зоне аэрации имеются локальные участки полного водонасыщения над местными водоупорами или в слабо проницаемых породах. Этот тип подземных вод обычно называют верховодкой. Верховодка отмечается неустойчивым режимом. Уровень этих вод резко повышается в период снеготаяния или дождливые периоды и снижается засушливые периоды. Качество верховодки ненадежно в санитарном отношении. В зоне аэрации, кроме того, могут быть значительные скопления капиллярных вод (над зоной полного водонасыщения и подвешенные почвенные воды). Влияние их необходимо учитывать при определений условий заложения фундаментов и при сооружении плотин. Высота капиллярного поднятия может быть особенно значительной в глинистых и пылеватых грунтах (до 5 м и даже больше). 12.1. Грунтовые воды Грунтовыми называются воды первого от поверхности выдержанного водоносного горизонта. Непроницаемая горная порода снизу называется водоупорным ложем горизонта. Грунтовые воды имеют свободную (без напора) поверхность (зеркало или скатерть грунтовых вод). Пополнение запасов грунтовых вод (питание) происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков на всей площади распространения, частично возможно за счет просачивания из водоемов и водотоков. Разгрузка (истечение) грунтовых вод происходит в естественных дренах (оврагах, долинах ручьев и рек), где имеются родники, пластовые выходы воды. Возможен переток в нижние водоносные горизонты. Уровень грунтовых вод на картах изображают изолиниями равных высот (гидроизогипмы). По характеру этой поверхности легко выявляется направление грунтовых потоков (перпендикулярно гидроизогипсам в направлении уменьшения отметок уровня). Режим грунтовых вод непостоянен. Уровень их может заметно меняться по временам года. Эти воды обычно пресные (кроме зон пустынь. Они используются для питьевых целей. Однако часто (особенно при близком к поверхности уровня и наличии источников загрязнения) санитарное состояние их ненадежно. Поэтому для центролизованного водоснабжения грунтовые воды можно рекомендовать только после специальных исследований. Тем более что запасы их обычно ограничены. Межпластовыми называют подземные воды, приуроченные к слоям водоносных пород, которые залегают между двумя водоупорами. Межпластовые воды обычно имеют напорный характер. Уровень воды при искусственном вскрытии их устанавливается выше водоупорного кровли. И такой уровень называют пьезометрическим. Изолинии равных отметок пьезометрического уровня на картах называют гидроизопьезами (пьезоизогипсами). 11.4. Артезианские воды. Артезианские водоносные горизонты отличаются постояноством режима. Уровень их мало подвержен изменениям. Они надежны в санитарном отношении. Однако с увеличением глубины и ослаблением водообмена возрастает минерализация этих вод, которая может превышать пределы для питьевых вод. Артезианские воды являются мощным и длительным источником водопритоков при разработке месторождений, оказывая отрицательное влияние на ведение горных работ. К особым типам подземных вод можно отнести трещинные, трещинно-жильные, карстовые воды и воды зоны многолетней мерзлоты. 11.5. Особые типы подземных вод Трещинные воды характерны для участков повышенной трещиноватости массивов метаформических и магматических горних пород (водоносные зоны). Трещинно-жильными называю воды, связанные с разрывными тектоническими нарушениями. В открытых дизъюнктивах могут скапливаться существенные запасы воды, при вскрытии которых происходят мощные прорывы воды в горные выработки. Карстовые воды имеют широкое распространение. Они приурочены обычно к сильно трещиноватым карбонатным породам, заполняют образовавшиеся в результате растворения полости ("водяные мешки). Карстовые водоносные горизонты обладают значительной про-ницаемостью и большими запасами воды. Нередко карстовые воды наполняются за счет поглощения поверхностных водотоков (инфлюация). Поэтому всегда существует опасность загрязнения их нечистотами. И в районах распространения карстовых явлений необходимо соблюдать особые меры по предохранению подземных вод от загрязнения. Карстовые воды значительно осложняют разработку месторождений. В зоне многолетней мерзлоты возникают особые гидрогеологические условия в связи с тем, что мерзлые породы являются водоупорами. Здесь выделяют три типа вод: воды деятельного слоя, подмерзлотные и межмерзлотные воды. Деятельным называют слой вород, подверженный сезонами процессам оттаивания. Его мощность изменяется от долей метра до нескольких метров. В основании деятельного слоя иногда могут сохраняться талые породы ("талики"). Подмерзлотные воды залегают ниже мерзлоты и обычно имеют напорный характер. Межмерзлотные воды сохраняются среди мерзлых пород либо вследствие повышенной минерализации (сильно соленые воды могут не замерзать при температуре до - 10°С), либо на участках активной фильтрации из источников с положительными температурами. 23.Виды воды в грунтах. На основании детальных экспериментальных исследований А.Ф. Лебедевым (1936) была предложена классификация видов воды в рыхлых горных породах. В настоящее время выделяют шесть видов воды [3]. 1. Вода в форме пара содержится в воздухе, занимающем сво бодные от жидкой воды поры и трещины в горных породах. Она находится в динамическом равновесии с другими видами воды и с парами воды в атмосфере и обладает большой подвижностью. Последнее связано с неодинаковой упругостью паров в различных слоях пород и в атмосфере. 2. Связанная вода. Прочносвязанная вода (гигроскопическая) образуется путем адсорбции (лат. «адсорбцио» — поглощение) мо лекул парообразной воды на поверхности минеральных частиц горных пород. Прочносвязанная вода больше всего свойственна тонкодисперсным породам — суглинкам и глинам. Она облекает частицы породы одномолекулярной тонкой пленкой, которая прочно удерживается молекулярными и электростатическими силами. Рыхлосвязанная вода (пленочная) располагается на поверхности частиц породы поверх прочносвязанной. Она образует более толстую пленку из нескольких слоев молекул и удерживается молекулярными силами. Чем толще пленка, тем меньше молекулярные связи в ее краевой части. Поэтому внешние слои рыхлосвязан-ной воды уже доступны для питания растений. Если толщина пленок у соседних частиц различная, то происходит медленное перемещение воды от частиц с большей толщиной пленки к частицам с менее тонкой пленкой до их выравнивания (рис. 40). 3. Капиллярная вода заполняет частично или полностью ка пиллярные (лат. «капиллярис» — волосная) трубки, узкие поры и трещинки горных пород и почв и удерживается в них силами по верхностного натяжения (капиллярных менисков). Влажность отложений, у которых все капилляры заполнены водой, называют капиллярной влагоемкостью. Различают два основных вида капиллярных вод. Капиллярно-подвешенная вода, не связанная с уровнем подземных вод. Она обычно образуется в верхней части почв и песчано-суглинистых грунтов зоны аэрации за счет инфильтрации атмосферных осадков. Подвешенная вода способна к восходящему передвижению в жидкой форме при испарении. Капиллярно-подтянутая вода располагается непосредственно над уровнем грунтовых вод, от которого она поднимается снизу вверх, образуя капиллярную кайму. Высота капиллярного поднятия зависит от состава горных пород и колеблется от первых сантиметров в крупнозернистых отложениях до 2—3 м и более в суглинках. Капиллярно-подтянутая вода гидравлически связана с грунтовыми водами. Поэтому при сезонном и многолетнем колебаниях уровня грунтовых вод изменяется и верхняя поверхность капиллярной каймы. 4. Гравитационная вода (свободная) способна свободно пере мещаться по порам, трещинам и другим пустотам в горных поро дах под влиянием силы тяжести или гидродинамического напора. Она может быть подразделена на воду, заполняющую полностью все поры, трещины и другие пустоты в водопроницаемых горных породах и образующую горизонты подземных вод, и воду, проса чивающуюся сверху вниз в зоне аэрации (греч. «аэр» — воздух), т.е. в зоне, расположенной выше подземных вод. 5. Вода в твердом состоянии в виде кристалликов, прослоек и линз льда может образоваться при сезонном промерзании водона- сыщенных горных пород, но особенно развита в областях распро странения многолетнемерзлых горных пород (на севере Сибири, на Аляске и др.). 6. Кристаллизационная (химически связанная) вода входит в со став ряда минералов и принимает участие в их кристаллической ре шетке. В качестве примера можно привести гипс CaSO4- 2H2O (со держит 20,9 % воды по массе), лимонит Fe2O, • пН2О, опал SiO2 • Н2О. Удаление этой воды возможно при нагревании до 100°С и выше. Подземные воды классифицируются также по условиям движения. Если подземные воды движутся по порам в рыхлых горных породах, они называются поровыми, по трещинам — трещинными, по карстовым пустотам — карстовыми. Подземные воды подразделяются по другим признакам: по температуре (холодные до +20°С, теплые от 20 до 40°С, горячие — свыше 40°С ); по гидравлическому признаку — напорные и безнапорные. 24.Физический свойства грунтов. Физические свойства грунта Физические свойства грунта характеризуют физические состояние грунта и способность изменять это состояние под влиянием физико-химических факторов. Они оказывают значительное влияние на технологию производства земляных работ. Плотность грунта – отношение массы грунта m, включая массу воды в его порах, к объему грунта V ρ = m/V, г/см³. Влажность грунта характеризует насыщенность грунта водой и определяется отношением массы содержащейся в нём воды m2 к массе твёрдых минеральных частиц грунта m1 ω = m2/m1, %. Сухие грунты имеют влажность до 5%, влажные – от 5 до 30%, мокрые – свыше 30%. Удельный вес грунта – вес занимаемого грунтом объёма γ = ρ×g, кН/м³ (g = 9,81 м/с²). Относительное содержание твёрдых частиц – отношение объёма твёрдых частиц V1 к объёму грунта m = V1/V = ρd/ρs, %. Пористость грунта – отношение объема пор Vпор к полному объему V, занимаемого грунтом n = Vпор/V = 1 - ρd/ρs, %, где ρd – плотность сухого грунта, ρs – плотность твердых частиц грунта. Коэффициент пористости грунта – отношение объема пор в образце к объему, занимаемому его твердыми частицами e = ρs/ρd - 1 = n/(1-n). Водонасыщение – степень заполнения объема пор грунта водой S = (ρs×ω)/(n×ρω), ρω – плотность воды. Набухание грунта – увеличение его объема при взаимодействии с водой; свойственно глинистым грунтам при их замачивании 25. Верховодка – понятие, характерные особенности Верховодка Это скопление вод в зоне аэрации, которые образуются на небольшой глубине в результате инфильтрации атмосферных осадков. Инфильтрующаяся вода временно задерживается на локальных водоупорах (или полуводоупорах), в роли которых выступают линзы глин, прослойки более плотных пород. Верховодки могут возникать даже при отсутствии, каких либо водоупоров, а образуются из-за малой проницаемости суглинков, в силу чего происходит временное скопление воды у поверхности земли. Через некоторое время это скопление рассасывается. Верховодки обычно занимают малые площади, имеют небольшую мощность, безнапорны, чаще всего образуются в период снеготаяния или обильных дождей. В сухое время года они могут отсутствовать. Для верховодок типичны территории равнин и понижений рельефа, на склонах они обычно отсутствуют. Этот вид подземных вод представляет значительную опасность для строительства автодорог и аэродромов. При инженерно-геологических изысканиях, проводимых в сухое время года, возможность появления верховодок предсказать затруднительно. Их появление может быть неожиданным, а это приводит к подтоплению оснований дорог, обводнению дорожных насыпей и их деформации. Для водоснабжения верховодки большого интереса не представляют (воды мало, она временная, обычно загрязненная). 26. Грунтовые воды. Характерные особенности Грунтовые воды Грунтовая вода залегает в первом от поверхности земли водопроницаемом слое, лежит на первом водоупорном слое. Она обычно занимают значительные площади и пополняются водой в основном за счет атмосферных осадков. Грунтовые воды безнапорные. Поверхность слоя грунтовой воды называется зеркалом. Это зеркало в какой-то мере отвечает рельефу данной местности. Зеркало в разрезе, именуется уровнем грунтовой воды (УГВ) и на чертеже обозначается знаком перевернутого треугольника. Глубина залегания грунтовых вод от поверхности земли колеблется от 0 до 50м и более. Ноль метров указывает, что зеркало соприкасается с поверхностью земли. Грунтовая вода лежит на поверхности водоупора, которая называется ложем. Расстояние между уровнем и ложем характеризует мощность слоя грунтовой воды, которая бывает от нескольких сантиметров до многих метров. Глубины залегания и мощности слоев грунтовых вод находятся в зависимости от климата и геологического строения данной местности. Это могут быть метры и десятки метров. Зональность грунтовых вод - это закономерное изменение глубин залегания, количества и качества грунтовых вод в связи с зональностью климата и ландшафта. В европейской части России зоны с характерными природными условиями простираются в направлении с северо-запада на юговосток, а в азиатской части - севера на юг (с различными отклонениями в зависимости от местных условий). В этих направлениях уменьшается количество атмосферных осадков, повышается сухость воздуха и в связи с этим увеличивается глубина залегания грунтовых вод и их минерализация. Зональность грунтовых вод во многом совпадает с дорожно-климатической зональностью. Кроме зональных вод имеются азональные воды, не связанные с зональностью климата. К таким водам относятся грунтовые воды трещин пород, карстовых районов, вечной мерзлоты и другие. Трещинные воды - циркулируют в трещинах горных пород, образуя единую гидравлическую систему. В зависимости от условий залегания они бывают, как грунтовыми воды, так и межпластовыми. Трещинно-грунтовые воды развиты в верхней зоне земной коры (до глубины 80-100м), сложенной скальными и полускальными породами, питаются атмосферными водами, имеют большие колебания уровней во времени. Водоупором этих вод являются монолитные скальные массивы. В большинстве случаев это пресные воды гидрокарбонатно-кальциевого состава. Карстовые .воды циркулируют по трещинам и пустотам в массивах известняков, гипсов, солей и мергелей. Количество этих вод определяется степенью развития карстовых пустот, отличаются интенсивным движением, особенно в верхней части карстовых массивов, непостоянством химического состава. |