Конспект лек Инженерная геология. Конспекты лекций по дисциплине инженерная геология
 Скачать 0.74 Mb.
|
|
(или гидравлическим градиентом I) I = H/l. Современная теория движения подземных вод основывается на применении закона Дарси Q = kфF H / l = kфF I где, Q – расход воды или количество фильтрующейся воды в единицу времени, м3/сут; kф – коэффициент фильтрации, м/сут; F – площадь поперечного сечения потока воды, м2; H – разность напоров, м; l – длина пути фильтрации, м. скорость фильтрации = Q/F = kфI. Скорость движения воды (фильтрации) измеряется в м/сут или см/с. Эти формулы требуют уточнения в связи с тем, что в них входит величина F, отражающая все сечение фильтрующейся воды, а вода, как известно, течет лишь через часть сечения, равную площади пор и трещин породы. Поэтому величина является кажущейся. Действительную скорость воды д определяют с учетом пористости породы д = Q / F n где n – пористость, выраженная в долях единицы. Источники. Под источниками (ключами, родниками) подразумеваются места естественных выходов воды на дневную поверхность. Наиболее часто это происходит при прорезании грунтовой воды эрозионной сетью. Это дает нисходящие источники. По своему характеру источники бывают сосредоточенные, т.е. выходящие в одном месте, в виде потока, и рассредоточенные, когда грунтовая вода просачивается на склоне оврага или речной долины через слой глинистого грунта. После расчистки этого слоя источник может стать сосредоточенным. Интенсивность выхода воды в единицу времени оценивается дебитом источника (л/с или м3/сут). Источник, выход вод которого улучшен человеком, называется каптированным. Напорные воды могут давать фонтанирующие (восходящие) источники. Форма движения потоков грунтовых вод. На строительных или хозяйственных площадках при решении практических задач по водоснабжению или устройству дренажей почти всегда необходимо знать направление движения потоков воды. По карте гидроизогипс направление потока устанавливается по высотным отметкам гидроизогипс, более точные данные для отдельного участка получают методом трех скважин. Берут отметки уровней воды трех скважин, расположенных на вершинах равностороннего треугольника, например, 128, 138 и 126м между наибольшей и наименьшей отметкой, т.е. 138 и 126м путем линейной интерполяции находят точку с отметкой воды 128м., две одинаковые отметки соединяют линией. На эту линию с наибольшей отметки опускают перпендикуляр, который и указывает направление потока воды. Можно также использовать метод красителей (или солей). Для этого необходимо иметь несколько скважин. В центральную скважину (опытную) вводят сильный органический краситель (для кислых вод, например, метиленовый голубой, щелочных-флюоресцеин и т.д.). появление красителя в одной из наблюдательных скважин указывает направление потока воды. Фильтрационные показатели горных пород. К основным фильтрационным параметрам относят коэффициент фильтрации, а также коэффициенты водопроводимости, пъезопроводности и уровнепроводности. Коэффициент фильтрации. Как следует из основного закона движения подземных вод, коэффициент фильтрации – это скорость фильтрации при напорном градиенте I = 1. Коэффициент фильтрации грунтов в основном определяется геометрией пор, т.е. их размерами и формой. Методы определения. Приближенная оценка коэффицента фильтрации возможна по табличным данным. Для получения более обоснованных значений коэффициента фильтрации применяют расчетные, лабораторные и полевые методы. Расчетным путем коэффициент фильтрации определяют преимущественно для песков и гравелистых пород. Расчетные методы являются приближенными и рекомендуются лишь на первоначальных стадиях исследования. Коэффициент фильтрации некоторых горных пород Таблица - 8
Для расчетов используют одну из многочисленных эмпирических формул, связывающих коэффициент фильтрации грунта с его гранулометрическим составом, пористостью, степенью однородности и т.д. Лабораторные методы основаны на изучении скорости движения воды через образец грунта при различных градиентах напора. Приборы, моделирующие постоянство напорного градиента (приборы Тима, Тима-Каменского, трубка конструкции СПЕЦГЕО), применимы в основном для грунтов с высокой водопроницаемостью, например для песков. Принцип работы приборов следующий. В цилиндрический сосуд с двумя боковыми пъезометрами П1 и П2 помещают испытуемый грунт (рис.52). Через него фильтруют воду под напором. Зная диаметр цилиндра F, напорный градиент (I = H/L) и измерив расход профильтровавшейся воды Q, находят коэффициент фильтрации по формуле Q = kфIF; kф = Q/FJ = QL/F(h1-h2) Где h1 и h2 – показания пъезометров; L – расстояние между точками их присоединения. Для суглинков и супесей применяют приборы типа ПВГ , позволяющие определять kф образцов с нарушенной и ненарушенной структурой. Для глинистых пород наибольшее значение имеет определение kф в образцах с ненарушенной структурой, обжатых нагрузкой, под которой грунт будет находится в основаниях зданий и сооружений. Простота и дешевизна лабораторных методов позволяет широко их использовать для массовых определений коэффициента фильтрации. Полевые методы позволяют определить коэффициент фильтрации в условиях естественного залегания пород и циркуляции подземных вод, что обеспечивает наиболее достоверные результаты. Вместе с тем полевые методы более трудоемкие и дорогие в сравнении с лабораторными. Коэффициент фильтрации водоносных пород определяют с помощью откачек воды из скважин, а в случае неводоносных грунтов – методом налива воды в шурфы и нагнетанием воды в скважины. Расход плоского грунтового потока. Типичным примером плоского потока может служить движение подземных вод к траншеям, штольням и другим горизонтальным выработкам. Плоский поток может быть грунтом (безнапорным) и перемещаться в однородных и неоднородных пластах, при горизонтальных и наклонных водоупорах. Р а с х о д г р у н т о в о г о (б е з н а п о р н о г о) п о т о к а в о д н о р о д н ы х с л о я х п о р о д. Водоупор горизонтальный. Согласно основному закону фильтрации – закону Дарси, в пределах рассматриваемого участка от сечения 1 до сечения 2 расход грунтового потока в однородных пластах может быть определен как Q = kф/F = kф Iср B hср где, kф – коэффициент фильтрации водоносного пласта, м/сут; Iср – средний напорный градиент потока; В – ширина потока, м; hср - средняя мощность потока, м. Принимая hср = (h1-h2)/2 и Iср=( h1-h2)/l, расход грунтового потока можно выразить формулой Q = [kфB(h1+h2)/2] [(h1-h2)/l] = kфBh(h12-h22)/2l Водоупор наклонный (рис.54б). Единичный расход грунтового потока определяют также из закона Дарси: q = [kф(h1+h2)/2] [(H1-H2)/l] где, Н1 и Н2 – напоры воды в сечениях I и II, отсчитанные от условной плоскости сравнения (0-0) или уровня моря. Приток грунтовых вод к водозаборным сооружениям. Водозаборы - это сооружения, с помощью которых происходит захват (забор) подземных вод для водоснабжения, отвод их с территорий строительства или просто в целях понижения уровней грунтовых вод. Существуют различные типы подземных водозаборных сооружений: вертикальные, горизонтальные, лучевые. К вертикальным водозаборам относят буровые скважины и шахтовые колодцы; к горизонтальным – траншеи, галереи, штольни; к лучевым - водосборные колодцы с водоприемными лучами-фильтрами. Тип сооружения для забора подземной воды выбирают на основе технико-экономического расчета, исходя из глубины залегания водоносного слоя, его мощности, литологического состава водоносных пород и намечаемой производительности водозабора. Водозаборные сооружения, вскрывающие водоносный горизонт на полную его мощность, являются совершенными, а не на полную – несовершенными. Отвод грунтовых вод со строительных площадок или снижение их уровней может производится временно, только на период производства строительных работ или практически на весь период эксплуатации объекта. Временный отвод воды (или снижение уровня) называют строительным водозабором, а во втором случае – дренажами. Депрессионные воронки. При откачке воды вследствие трения воды о частицы грунта происходит воронкообразное понижение уровня. Образуется воронка депрессии, имеющая в плане форму, близкую к кругу. В вертикальном разрезе воронка ограничивается кривыми депрессии, кривизна которых возрастает по мере приближения к точке откачки. Установление границ депрессионной воронки имеет большое практическое значение при оценке фильтрационных свойств пород, выделении зон санитарной охраны, определении площадей, которые осущаются дренажами, расстояний между соседними водозаборами и т.д. Радиус депрессионной воронки называют радиусом влияния R. Размер депрессионной воронки, а следовательно и R, а также крутизна кривых депрессий зависят от водопроницаемости пород. Хорошо водопроницаемые гравий и песок, в которых меньше трение воды о частицы, характеризуются широкими воронками с большим радиусом влияния, для слабо водопроницаемых суглинков свойственны более узкие воронки с небольшим значением R. Величина R входит во многие расчетные формулы при проектировании водозаборов строительных или дренажных сооружений. Величину R можно определять: по формулам; бурением скважин; по аналогии с действующими водозаборами. Из формул используют расчет Кусакина (для ненапорной воды) R = 2S H kф где, S – понижение уровня при откачке по центру воронки, м; Н – мощность слоя грунтовой воды, м; Kф – коэффициент фильтрации, м/сут. Бурение скважин дает точные значения R, но это работа трудоемкая. Ориентировочные значения R приведены в табл.9. Значения радиуса влияния на каждые 10м понижения воды табица -9
Водозаборные сооружения. Для водоснабжения и водопонижения чаще всего используют колодцы и буровые скважины. Принцип их работы практически одинаковый. Они являются наиболее распространенным типом водозаборных сооружений. Движение подземных вод к ним в период откачки происходит в форме радиального потока. Прогноз возможного притока грунтовых вод к водозаборным колодцам имеет большое практическое значение, так как позволяет запроектировать наиболее рациональную систему водозабора или мероприятия по понижению уровня грунтовых вод. Водозаборные колодцы. Если из колодца вода не откачивается, то ее уровень находится в одном положении с поверхностью грунтового потока. При откачке воды возникает депрссионная воронка, уровень воды в колодце понижается. Производительность колодца определяется величиной дебита. Под |