Конспект лек Инженерная геология. Конспекты лекций по дисциплине инженерная геология
 Скачать 0.74 Mb.
|
|
дебитом колодца понимают то количество воды, которое он может дать в единицу времени. При откачке воды в количестве большем, чем величина дебита, т.е. больше того, что притекает к колодцу из водоносного слоя в единицу времени, уровень резко понижается. На некоторое время колодец может остаться без воды. Приток воды (дебит) к совершенному колодцу определяют по формуле Q = kф[H2-h2) / (lnR-lnr)] где, r – радиус колодца, м. В несовершенный колодец вода поступает через его стенки и дно. Это усложняет расчет притока. Дебит таких колодцев меньше дебита совершенных колодцев. При откачке вода поступает в колодец только из части водоносного слоя, которую называют активной зоной Но. Глубину активной зоны принимают 4/3 высоты столба воды в колодце до откачки. Эти положения позволяют для несовершенного колодца расход рассчитывать по формуле Дюпюи, в интерпретации Паркера: Q = 1,36kф (H02-h02) / (lgR-lgr) Колодец отдает воду в объем своего максимального дебита лишь в том случае, если соседние колодцы будут расположены от него на расстоянии не менее двух радиусов влияния. Траншеи (канавы) предназначены для понижения уровня грунтовых вод (рис.60). они входят в систему дренажных устройств. При расчете притока воды следует учитывать, что канавы могут быть совершенного и несовершенного вида и приток воды к ним может быть с одной или с двух сторон. Расход совершенной канавы при притоке воды с двух сторон определяют по формуле Q = kф L (H2-h2) / R А при притоке с одной стороны Q = kф L (H2-h2) / 2R Где Q – расход воды, м3/сут; kф – коэффициент фильтрации, м/сут; L – длина канавы, м; Н – мощность грунтовой воды, м; h – столб воды в канаве, м; R – радиус влияния м. Водопонижение уровней грунтовых вод на строительных площадях. Гидрогеологические изыскания, проводимые перед проектированием и строительством, устанавливают возможное влияние грунтовых вод на здания и сооружения. Во многих случаях необходимость в этих работах появляется в связи с подъемом уровня грунтовых вод уже на застроенных территориях. В тех случаях, когда грунтовые воды осложняют строительство и будут мешать в дальнейшем, принимают решение о понижении их уровня. Понижение уровней грунтовых вод на строительных площадях осуществляют различными способами. Это может быть достигнуто разными типами дренажей: самотеком воды; принудительной откачкой открытым или закрытым способом; отводом воды по горизонтали или вертикали; откачкой воды дренажами, которые обеспечивают сохранение уровней постоянно в пониженном положении. Самотек грунтовой воды всецело зависит от рельефа местности. Водоносный слой может быть сверху вниз по склону прорезан откосной дренажной траншеей. Свободный выход воды приводит к снижению уровня грунтовой воды в пределах депрессионных понижений. Такой свободный выход воды осуществляется также с помощью подземных галерей, которые закладываются в глубину склона и перерезают водоносные слои (рис.62). Подземные галереи чаще всего применяют на оползневых склонах с целью их осущения и предотвращения движения грунтовых масс. Принудительную откачку воды осуществляют с помощью насосов. На рис. 63 показана открытая откачка воды непосредственно из строительного котлована насосом, который установлен за его пределами. На рис.64 показан способ осущения строительного котлована иглофильтровыми установками, которые состоят из системы иглофильтров (тонких металлических труб длиной 7-9м с фильтром на их нижних концах). Трубы устанавливают вокруг котлованов или вдоль траншей и присоединяют к всасывающему коллектору. Горизонтальные дренажные траншеи заглубляются в водоносные слои и бывают открытыми и закрытыми. Последнее типично городским территориям (см.рис.62). Снижение уровней воды по вертикали обеспечивается либо откачкой воды насосами вверх, как это было показано на примере иглофильтров, так и в глубину грунтовых вод, но самотеком. Этот способ может быть эффективным только при определенном геологическом строении участка, когда под первым от поверхности водоупорном слое, на котором располагается грунтовая вода, залегает слой песка или что-либо подобное, хорошо принимающее воду. Недостатком всех закрытых дренажей является сравнительно непродолжительный срок работы, вследствие загрязнения (заиления) фильтрующих засыпок. В отдельных случаях целесообразно создать комбинированные типы водопонизителей, соединяя вместе отвод воды по горизонтали и вертикали. Режим и запасы подземных вод Режим подземных вод – это изменение во времени их уровня, химического состава, температуры и расхода. В естественных условиях для подземных вод характерен ненарушенный (естественный) режим, который формируется в основном под влиянием метеорологических, гидрологических и геологических факторов. Метеорологические факторы (осадки, испарение, температура воздуха, атмосферное давление) – основные в формировании режима грунтовых вод. Они вызывают сезонные и годовые (многолетние) колебания уровня, а также изменения химизма, температуры и расхода грунтовых вод. Сезонные колебания уровня обусловлены неравномерностью выпадения осадков и изменениями температуры воздуха в течение года. Наибольшие колебания уровней приходятся на периоды весеннего снеготаяния (весенний максимум) и осенних дождей (осенний максимум). Наиболее низкое положение уровня в годовом цикле отмечается в конце лета – в начале осени и в конце зимы (рис.71). разность между наивысшим и наинизшим горизонтом подземных вод называют максимальной амплитудой колебания уровня (рис.71). Режим подземных вод и производственная деятельность человека. Инженерно-строительная деятельность человека изменяет естественные режимообразующие факторы и способствует возникновению новых, в частности так формируется искусственный (или нарушенный) режим подземных вод. Деятельность человека может проявляться в повышении и понижении уровня подземных вод, в изменении их химического состава. Она затрагивает все подземные воды, включая и глубокозалегающие. Повышение уровня подземных вод возможно при строительстве водохранилищ и других искусственных водоемов, орошении и утечках воды из подземных водонесущих коммуникаций, промышленных бассейнов, водохранилищ. Под влиянием искусственных факторов уровни могут подниматься на 10-15м. Понижение уровня подземных вод вызывается длительными откачками воды для водоснабжения, осущением заболоченных земель, строительным водопонижением, дренажем и т.д. чем интенсивнее работы по отбору воды из недр земли, тем на большую глубину снижаются уровни подземных вод. Баланс подземных вод. Под балансом подземных вод понимают соотношение между приходом и расходом подземных вод на данном участке за определенное время. Режим и баланс подземных вод взаимосвязаны и если первый отражает изменение количества и качества подземных вод во времени, то второй – результат этого изменения. Баланс может составляться для крупных территорий или для отдельных участков (поля орошения, групповые водозаборы и т.д.). Участки, где проводятся измерения прихода и расхода подземных вод, называют балансовыми. ЛЕКЦИЯ -6: ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОДИНАМИКИ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НА ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ Инженерная геология изучает все геологические процессы (эрозию, абразию, оползни, карст, обвалы и т.д.), которые могут оказывать то или иное влияние на инженерные сооружения (на выбор конструкции и места расположения сооружения, выбор способов производства работ и т.д.) и в свою очередь, как эти инженерные сооружения повлияют на существующую природную геологическую обстановку. Классификация природных геологических процессов в сопоставлении с инженерно-геологическими приведена в табл. 19. Классификация процессов Таблица -19
Процессы выветривания Под процессом выветривания понимают разрушение и изменение состава горных пород, происходящие под воздействием различных агентов, действующих на поверхности земли, среди которых основную роль играют колебания температур, замерзание вод, кислот, щелочей, углекислоты, действие ветра, организмов и т.д. Главной особенностью процесса выветривания является постепенное и постоянное разрушение верхних слоев литосферы. В результате этого горные породы и материалы дробятся, изменяют свой химико-минеральный состав, вследствие чего ухудшаются их строительные свойства или они полностью разрушаются. Воздействие на земную поверхность, на толщи скальных горных пород процесса выветривания приводит к образованию коры выветривания, которая состоит из видоизмененных выветриванием горных пород или продуктов их разрушения, продукты выветривания горных пород, остающиеся на месте их образования, носят название элювия. Всегда видно, как элювий постепенно переходит в свою «материнскую» породу. По составу он представляет собой смесь обломков этой породы и глинистого материала. Виды выветривания. Принято выделять три вида выветривания: физическое, химическое и биологическое (органические). Ф и з и ч е с к о е в ы в е т р и в а н и е выражается преимущественно в механическом дроблении пород без существенного изменения минерального состава. Породы дробятся в результате колебания температур, замерзания воды, механической силы ветра и ударов песчинок, переносимых ветром, кристаллизации солей в капиллярах, давления, которые возникает в процессе роста корней растений и т.д. Большую роль в этом разрушении играют температурные явления. В условиях земной поверхности, особенно в пустынях, суточные колебания температур довольно значительны. Так, лтом в дневное время породы нагреваются до +800С, а ночью их температура снижается до +200С. Кроме попеременного нагревания и охлаждения разрушительное действие оказывает также неравномерное нагревание пород, что связано с различными тепловыми свойствами, окраской и размером минералов, которые составляют горные породы. На контактах отдельных минералов образуются микротрещины и порода постепенно распадается на отдельные блоки и обломки различной формы. Разрушение пород еще более усиливается, если в их микротрещины проникает вода, которая при замерзании увеличивается в объеме на 9-11% и развивает большое боковое давление. Трещины расширяются и углубляются. Это явление носит название морозного выветривания. Х и м и ч е с к о е в ы в е т р и в а н и е выражается в разрушении горных пород путем расвторения и изменения их состава. Наиболее активными химическими реагентами в этом процессе являются вода, кислород, углекислота и органические кислоты. Простейшим видом химического выветривания является растворение в воде. Легко растворяются каменная соль, гипс. Разрушительное действие оказывает процесс гидратации. Примером может служить переход ангидрита в гипс CaSO4+2H2O = CaSO42H2O. Этот процесс сопровождается резким увеличением объема (до 50-60%), что вызывает разрушительное давление гипса на окружающие породы.В присутствии воды происходит также окисление. Например, минерал пирит, который часто присутствует в различных породах, превращается в гидрат оксида железа с одновременным образованием серной кислоты, которая, в свою очередь, весьма разрушительно действует на многие минералы: FeS2 + 7O + H2O = FeSO4 + H2SO4 6FeSO4 + 3O + 3H2O = 2Fe(SO4)3 + 2Fe(OH)3 При химическом выветривании значительное воздействие на породы оказывает вода, содержащая в своем составе углекислоту, В результате этого полевые шпаты превращаются в глинистые образования K(AlSi3O8) + CO2 + nH2O Al4[(Si4O10] (OH)8 + K2CO3 + 4SiO2n H2O Интенсивность химического выветривания зависит от площади воздействия воды и растворов, их температуры, а также степени устойчивости минералов в отношении агентов выветривания. Наиболее устойчивыми являются минералы кварц, мусковит, корунд; менее устойчивы – кальцит, доломит и др. интенсивности химического выветривания способствует дробление пород в результате механического выветривания. Наибольшее значение химическое выветривание имеет в условиях теплого и влажного климата. Б и о л о г и ч е с к о е (о р г а н и ч е с к о е) в ы в е т р и в а н и е проявляется в разрушении горных пород в процессе жизнедеятельности живых организмов и растений (рис.74). породы дробятся и в значительной мере подвергаются воздействию органических кислот. Механическое разрушение производят растения своей корневой системой. Корни деревьев способны расщеплять даже прочные скальные породы. Известны случаи, когда растение «верблюжья колючка» прорастало сквозь 20-сантиметровые железобетонные плиты. Корни травянистой растительности легко преодолевают слой асфальта на улицах города. Многие живые организмы, особенно из числа землероев, активно разрушают горные породы. В коре выветривания ими создаются многочисленные ходы, пустоты, просверливаются даже твердые породы. Действие биологического выветривания повсеместно. Ему принадлежит ведущая роль в образовании почв. Процессы выветривания влияют на инженерно-геологические свойства горных пород. Выветривание, как геологический процесс, приводит к разрушению и преобразованию первичных пород. С инженерно-геологической точки зрения основная направленность процесса выветривания состоит в изменении физического состояния и физико-механических свойств пород, что приводит к снижению устойчивости пород в основании сооружений, естественных и искусственных откосах, подземных выработках и т.д. В связи с вышесказанным видно, что процессы выветривания могут настолько изменить свойства пород и инженерно-геологические условия строительной площадки, что строить здания и сооружения без специальных мероприятий не представляется возможным. Борьба с процессом выветривания. При выборе основания для зданий и сооружений кору выветривания прорезают фундаментом до невыветрелой породы, либо используют ее как несущее основание, если элювий имеет достаточную прочность или укреплен после соответствующей обработки способами технической мелиорации. Крутизну откосов выемок назначают с учетом прочности пород коры выветривания. Для предотвращения выветривания или улучшения свойств уже выветрелых пород применяют различные мероприятия: покрытие горных пород непроницаемыми для агентов выветрывания материалами; пропитывание пород различными веществами; нйтрализацию агентов выветривания; планировку территорий и отвод вод. Геологическая деятельность ветра На земной коре поверхности постоянно дуют ветры. Скорость, сила и направление ветров бывают различны. Нередко они носят ураганный характер. Так, у Новороссийска на Мархотском перевале были зарегистрированы во время бури (норд-оста) скорости ветра, превышающие 50-60м/с. Известны случаи, когда ураганные ветры достигали скорости свыше 60-70м/с. чтобы представить себе последствия таких ураганов, достаточно сказать, что уже при 16-18м/с ветер может сорвать кирпичи с дымовых труб, черпицу с крыш, а при 19-21м/с вырвать с корнями деревья. Ветер совершает большую геологическую работу: разрушение земной поверхности (выдувание или дефляция, обтачивание или коррозия), перенос продуктов разрушения и отложения (аккумуляции) этих продуктов в виде скоплений различной формы. Все эти процессы носят общее название эоловых. Наиболее ярко эоловые процессы проявляются в пределах пустынь, полупустынь, долин рек и морских побережий. Выдувание (дефляция) возникает в результате воздействия механической силы ветра. Наиболее ярко этот процесс проявляется в районах, сложенных рыхлыми или мягкими породами. От пород отрываются и уносятся частицы. Ветер выдувает котловины, борозды и траншеи в солончаках, суглинках, песках. Котловины выдувания могут иметь значительные размеры (рис.75), например, длину до 140км, ширину от 2 до 10км, глубину 100-150м. Механическая сила ветра существенно влияет на здания и сооружения, которые являются для него препятствием. Создается так называемая |