Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Динамика подземных вод

Динамика подземных вод- отрасль гидрогеологии, рассматривающая теоретические основы и методы изучения количественных закономерностей режима и баланса подземных вод. Hеразрывно связана с гидравликой и гидромеханикой. Важное значение для изучения загрязнения подземных вод, обоснования гидрогеохимических методов поисков полезных ископаемых приобретает новое направление, изучающее физико-химические процессы, происходящие при взаимодействии подземных вод с вмещающими их горными породами. Подземные воды Подземными считаются все воды земной коры, находящиеся ниже поверхности Земли в горных породах в газообразном, жидком и твердом состояниях. Подземные воды составляют часть гидросферы — водной оболочки земного шара. Запасы пресной воды в недрах Земли составляют до 1/3 вод Мирового океана. Иногда подземные воды вызывают оползни, заболачивание территорий, осадку грунта, они затрудняют ведение горных работ в шахтах, для уменьшения притока подземных вод проводят осушение месторождений и сооружают водоотливы.

Классификация подземных вод

Выделяется четыре типа подземных вод: верховодка, грунтовые, напорные (артезианские) и подземные воды вечной мерзлоты.

По условиям залегания: поровые, пластовые, трещинные.
В зависимости от степени минерализации: пресные, соленые, солоноватые и рассолы.
По температуре: переохлажденные, холодные и термальные.
В зависимости от качества: технические и питьевые.

По происхождению

Верховодка

Верховодка и грунтовые воды. Верховодка — подземные воды, залегающие вблизи поверхности земли и отличающиеся непостоянством распространения и дебита. Верховодка приурочена к первому от поверхности земли водоупорному пласту и занимает ограниченные территории. Верховодка существует в период достаточного увлажнения, а в засушливое время исчезает. К верховодке также нередко относят почвенные воды, или воды почвенного слоя, представленные почти связанной водой, где капельно-жидкая вода присутствует только в период избыточного увлажнения.

Воды верховодки обычно пресные, слабоминерализованные, но часто бывают загрязнены органическими веществами и содержат повышенные количества железа и кремнекислоты. Как правило, верховодка не может служить хорошим источником водоснабжения. Однако при необходимости принимаются меры для искусственного сохранения этого типа вод: устраивают пруды, отводы из рек, обеспечивающие постоянным питанием эксплуатируемые колодцы, насаждения растительности или задерживающие снеготаяние.

Грунтовые воды

Грунтовыми водами называются воды, залегающие на первом водоупорном горизонте ниже верховодки. Грунтовые воды могут накапливаться как в рыхлых пористых породах, так и в твердых трещиноватых коллекторах. Уровень грунтовых вод подвержен постоянным колебаниям, на него влияют количество и качество выпадающих осадков, климат, рельеф, наличие растительного покрова и хозяйственная деятельность человека. Грунтовые воды являются одним из источников водоснабжения, выходы подземных вод на поверхность называются родниками, или ключами.

Артезианские воды. Напорные (артезианские) воды — воды, которые находятся в водоносном слое, заключенном между водоупорными слоями, и испытывают гидростатическое давление, обусловленное разностью уровней в месте питания и выхода воды на поверхность. Характеризуются постоянством дебита. Область питания у артезианских вод, размеры бассейнов которых достигают иногда тысячи километров, лежит обычно выше области стока воды и выше выхода напорных вод на поверхность Земли. Области питания артезианских бассейнов иногда значительно удалены от мест извлечения воды.

Грунт (нем. grund — основа, почва) — любые горные породы, почвы, осадки, техногенные (антропогенные) образования, представляющие собой многокомпонентные, динамичные системы, являющиеся компонентами геологической среды и объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека. Различают:

скальные и полускальные грунты — монолитные грунты с жесткими структурными связями;

дисперсные грунты — раздельнозернистые грунты без жестких структурных связей: связные - глинистые, и несвязные - песчаные и крупнообломочные.

Грунты могут быть использованы в качестве оснований зданий и различных инженерных сооружений, материала для сооружений (дорог, насыпей, плотин), среды для размещения подземных сооружений (тоннелей, трубопроводов, хранилищ) и др.

Грунты изучаются в грунтоведении

Грунт скальный — грунт, состоящий из кристаллитов одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи кристаллизационного типа.

Грунт полускальный — грунт, состоящий из одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи цементационного типа.

Грунт дисперсный — грунт, состоящий из отдельных минеральных частиц (зерен) разного размера, слабосвязанных друг с другом; образуется в результате выветривания скальных грунтов с последующей транспортировкой продуктов выветривания водным или эоловым путем и их отложения.

Классификация грунтов

Классификация грунтов включает следующие таксономические единицы, выделяемые по группам признаков:

класс — по общему характеру структурных связей;

группа — по характеру структурных связей (с учетом их прочности);

подгруппа — по происхождению и условиям образования;

тип — по вещественному составу;

вид — по наименованию грунтов (с учетом размеров частиц и показателей свойств);

разновидности — по количественным показателям вещественного состава, свойств и структуры грунтов.

КЛАССЫ:подразделяемые на группы, подгруппы, типы, виды и разновидности.

Класс природных скальных грунтов — грунты с жесткими структурными связями (кристаллизационными и цементационными)
Класс природных дисперсных грунтов — грунты с водноколлоидными и механическими структурными связями.
Класс природных мерзлых грунтов^[2]— грунты с криогенными структурными связями.
Класс техногенных (скальных, дисперсных и мерзлых) грунтов — грунты с различными структурными связями, образованными в результате деятельности человека.

и другие классы частных классификаций по вещественному составу, свойствам и структуре скальных, дисперсных и мерзлых грунтов.

Песчаные грунты состоят из минеральных зерен различной крупности (размером от 2 до 0,05 мм), представляющих продукт механического разрушения (измельчения) горных пород.

Основными характеристиками песчаных грунтов,

определяющими их строительные свойства и несущую способность основания, являются: крупность зерен, плотность и влажность. Эти характеристики, как правило, определяются в лабораторных условиях при испытании образцов, взятых на строительной площадке в их естественном залегании, т. е. с ненарушенной структурой и естественной влажностью.
Крупность зерен грунта характеризуется гранулометрическим составом — отношением объемов песка различной крупности в единице объема. По нормам строительного проектирования различают песок гравелистый, крупный, средней крупности, мелкий и пылеватый.
Плотность грунта оценивается коэффициентом пористости. По степени пористости песок бывает плотный, средней плотности и рыхлый.
Влажность грунта характеризуется коэффициентом влажности. По степени влажности различают песок маловлажный, очень влажный и насыщенный водой.

Указанные характеристики оказывают влияние на строительные свойства грунтов и на несущую способность основания. Трамбование песка проводят одновременно с поливкой его водой, которая возможна лишь при условии, что подстилающий слой грунта водопроницаем. .

Глинистые грунты являются

продуктом химического разрушения горных пород. В чистом виде глина встречается в природе весьма редко. В большинстве случаев глинистые грунты представляют собой механическую смесь глинистых (чешуйчатых) и песчаных (зернистых) частиц. Причем, в зависимости от количественного их содержания, различают такие виды глинистых грунтов, как глина, суглинок и супесь.

Глинистые грунты, в отличие от песчаных, по консистенции (в зависимости от количества содержащейся в них воды) подразделяются на твердые, пластичные и текучие.

Основным свойством глинистых грунтов

определяющим их несущую способность, является пластичность. Каждый вид глинистого грунта имеет две границы пластичности. Верхняя граница пластичности — это граница перехода грунта из твердого состояния в пластичное, который совершается при минимальном проценте влажности грунта. Нижняя граница пластичности — это граница перехода грунта из пластичного состояния в текучее, совершающегося при максимальном проценте влажности грунта. Разность влажностей между верхней и нижней границами пластичности -представляет число пластичности.

Так как песок не пластичен, а глина обладает большой пластичностью, то по числу пластичности определяют вид глинистого грунта и содержание в нем песка. Так, например, если природная влажность грунта равна 36%, влажность нижней границы пластичности — 52%, верхней—30% и число пластичности 52—30 = 22%, то это указывает, что, во-первых, грунт принадлежит к виду глинистых, так как число пластичности 22 > 17, и во-вторых, глина находится в пластичном состоянии, так как природная влажность ее — между верхней и нижней границами пластичности (52 > 36 > 30).

Инженерно-геологические изыскания

Инженерно-геологические изыскания обеспечивают комплексное изучение инженерно-геологических условий района проектируемого строительства, включая рельеф, геологическое строение, сейсмотектонические, геоморфологические и гидрогеологические условия, состав, состояние и свойства грунтов, геологические и инженерно-геологические процессы, и составление прогноза возможных изменений инженерно-геологических условий в сфере взаимодействия проектируемых объектов с геологической средой.

Выполнение инженерно-геологических изысканий

Проведение инженерно-геологических изысканий включает следующие виды работ:

сбор и обработка материалов;
маршрутные наблюдения;
бурение инженерно-геологических скважин;
геодезическая съемка участка и привязка скважин;
геофизические исследования;
полевые исследования грунтов (статическое зондирование, динамическое зондирование, штамповые испытания);
гидрогеологические наблюдения;
лабораторные исследования свойств грунтов и химический анализ подземных вод;
камеральная обработка собранных материалов;
составление прогноза изменений инженерно-геологических условий;
оценка опасности и риска от геологических и инженерно-геологических процессов;
составление технического заключения по инженерно-геологическим условиям территории;
Согласование технического отчета с городскими инспектирующими организациями
Состав инженерно-геологических изысканий
получение разрешения на проведение инженерно-геологических изысканий;
бурение инженерно-геологических скважин;
статическое зондирование грунтов;
лабораторные работы;
камеральная обработка результатов полевых и лабораторных работ, составление технического отчета (Заключения) об инженерно-геологических;
проведение экспертизы технического отчета

Грунт — горные породы, почвы, техногенные образования, представляющие собой многокомпонентную и многообразную геологическую систему и являющиеся объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека.

Грунты могут служить:

1) материалом основании зданий и сооружений;

2) средой для размещения в них сооружений;

3) материалом самого сооружения.

Грунт полускальный — грунт, состоящий из одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурный связи цементационного типа.

Условная граница между скальными и полускальными грунтами принимается по прочности на одноосное сжатие (R_c ³ 5 МПа — скальные грунты, R_c < 5 МПа — полускальные грунты).

Структура грунта — пространственная организация компонентов грунта, характеризующаяся совокупностью морфологических (размер, форма частиц, их количественное соотношение), геометрических (пространственная композиция структурных элементов) и энергетических признаков (тип структурных связей и общая энергия структуры) и определяющаяся составом, количественным соотношением и взаимодействием компонентов грунта.

Текстура грунта — пространственное расположение слагающих грунт элементов (слоистость, трещиноватость и др).

Состав грунта вещественный — категория, характеризующая химико-минеральный состав твердых, жидких и газовых компонентов.

Органическое вещество — органические соединения, входящие в состав грунта в виде неразложившихся остатков растительных и животных организмов, и также продуктов их разложения и преобразования.

Грунт глинистый — связный минеральный грунт, обладающий числом пластичности I_p ³ 1.

Песок — несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером меньше 2 мм составляет более 50 % (I_p = 0).

Грунт крупнообломочный — несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером крупнее 2 мм составляет более 50 %.

Ил — водонасыщенный современный осадок преимущественно морских акваторий, содержащий органическое вещество в виде растительных остатков и гумуса. Обычно верхние слои ила имеют коэффициент пористости е ³ 0,9, текучую консистенцию I_L > 1, содержание частиц меньше 0,01 мм составляет 30—50 % по массе.

Сапропель — пресноводный ил, образовавшийся на дне застойных водоемов из продуктов распада растительных и животных организмов и содержащий более 10 % (по массе) органического вещества в виде гумуса и растительных остатков. Сапропель имеет коэффициент пористости е > 3, как правило, текучую консистенцию I_L > 1, высокую дисперсность — содержание частиц крупнее 0,25 мм обычно не превышает 5 % по массе.

Торф — органический грунт, образовавшийся в результате естественного отмирания и неполного разложения болотных растений в условиях повышенной влажности при недостатке кислорода и содержащий 50 % (по массе) и более органических веществ.

Грунт заторфованный — песок и глинистый грунт, содержащий в своем составе в сухой навеске от 10 до 50% (по массе) торфа.

Почва — поверхностный плодородный слой дисперсного грунта, образованный под влиянием биогенного и атмосферного факторов.

Грунт набухающий — грунт, который при замачивании водой или другой жидкостью увеличивается в объеме и имеет относительную деформацию набухания (в условиях свободного набухания) e_sw ³ 0,04.

Грунт просадочный — грунт, который под действием внешней нагрузки и собственного веса или только от собственного веса при замачивании водой или другой жидкостью претерпевает вертикальную деформацию (просадку) и имеет относительную деформацию просадки e_sl ³ 0,01.

Грунт пучинистый — дисперсный грунт, который при переходе из талого в мерзлое состояние увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда и имеет относительную деформацию морозного пучения e_fn ³ 0,01.

Степень засоленности — характеристика, определяющая количество воднорастворимых солей в грунте D_sal, %.

Степень морозной пучинистости — характеристика, отражающая способность грунта к морозному пучению, выражается относительной деформацией морозного пучения e_fn, д. е., которая определяется по формуле

(A.1)

где h_0,f — высота образца мерзлого грунта, см;

h₀ — начальная высота образца талого грунта до замерзания, см.

Предел прочности грунта на одноосное сжатие R_c, МПа — отношение нагрузки, при которой происходит разрушение образца, к площади первоначального поперечного сечения.

Плотность скелета грунта — плотность сухого грунта r_d, г/см³, определяемая по формуле

(A.2)

где r — плотность грунта, г/см³;

W — влажность грунта, д. е.

Коэффициент выветрелости К_wr, д. е. ¾ отношение плотности выветрелого грунта к плотности монолитного грунта.

Коэффициент размягчаемости в воде К_so_r, д. е. ¾ отношение пределов прочности грунта на одноосное сжатие в водонасыщенном и в воздушно-сухом состоянии.

Степень растворимости в воде ¾ характеристика, отражающая способность грунтов растворяться в воде и выражающаяся в количестве воднорастворимых солей, q_sr, г/л.

Степень водопроницаемости ¾ характеристика, отражающая способность грунтов пропускать через себя воду и количественно выражающаяся в коэффициенте фильтрации К_ф, м/сут. Определяется по ГОСТ 12536.

Гранулометрический состав ¾ количественное соотношение частиц различной крупности в дисперсных грунтах. Определяется по ГОСТ 12536.

Степень неоднородности гранулометрического состава C_u ¾ показатель неоднородности гранулометрического состава. Определяется по формуле

(А.3)

где d₆₀, d₁₀ — диаметры частиц, мм, меньше которых в грунте содержится соответственно 60 и 10% (по массе) частиц.

Число пластичности I_p — разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести W_L и на границе раскатывания W_p. W_L и W_p определяют по ГОСТ 5180.

Показатель текучести I_L — отношение разности влажностей, соответствующих двум состояниям грунта: естественному W и на границе раскатывания W_p, к числу пластичности I_p.

Относительная деформация набухания без нагрузки e_sw, д. е. — отношение увеличения высоты образца грунта после свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения к начальной высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 24143.

Относительная деформация просадочности e_s, д. е. — отношение разности высот образцов, соответственно, природной влажности и после его полного водонасыщения при определенном давлении к высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 23161.

Коэффициент водонасыщения S_r, д. е. — степень заполнения объема пор водой.

Коэффициент пористости е определяется по формуле

(A.5)

где r_s — плотность частиц грунта, г/см³;

r_d — плотность сухого грунта, г/см³.

Степень плотности песков I_D определяется по формуле

(A.6)

где е ¾ коэффициент пористости при естественном или искусственном сложении;

e_max ¾ коэффициент пористости в предельно-плотном сложении;

e_min ¾ коэффициент пористости в предельно-рыхлом сложении.

где q₁ — масса частиц размером менее 2 мм после испытания крупнообломочных фракций грунта (частицы размером более 2 мм) на истирание в полочном барабане;

q₀ — начальная масса пробы крупнообломочных фракций (до испытания на истирание).

Грунт мерзлый — грунт, имеющий отрицательную или нулевую температуру, содержащий в своем составе видимые ледяные включения и (или) лед-цемент и характеризующийся криогенными структурными связями.

Грунт многолетнемерзлый (синоним — грунт вечномерзлый) — грунт, находящийся в мерзлом состоянии постоянно в течение трех и более лет.

Грунт сезонномерзлый — грунт, находящийся в мерзлом состоянии периодически в течение холодного сезона.

Грунт морозный — скальный грунт, имеющий отрицательную температуру и не содержащий в своем составе лед и незамерзшую воду.

Грунт сыпучемерзлый (синоним — «сухая мерзлота») — крупнообломочный и песчаный грунт, имеющий отрицательную температуру, но не сцементированный льдом и не обладающий силами сцепления.

Грунт охлажденный — засаленный крупнообломочный, песчаный и глинистый грунты, отрицательная температура которых выше температуры начала их замерзания.

Грунт мерзлый распученный — дисперсный грунт, который при оттаивании уменьшает свой объем.

Грунт твердомерзлый — дисперсный грунт, прочно сцементированный льдом, характеризуемый относительно хрупким разрушением и практически несжимаемый под внешней нагрузкой.

Антропогенные образования — твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности человека, в результате которой произошло коренное изменение состава, структуры и текстуры природного минерального или органического сырья.

Природные перемещенные образования — природные грунты, перемещенные с мест их естественного залегания, подвергнутые частично производственной переработке в процессе их перемещения.

Природные образования, измененные в условиях естественного залегания, — природные грунты, для которых средние значения показателей химического состава изменены не менее чем на 15 %.

Грунты, измененные физическим воздействием, — природные грунты, в которых техногенное воздействие (уплотнение, замораживание, тепловое воздействие и т. д.) изменяет строение и фазовый состав.

Грунты, измененные химико-физическим воздействием, — природные грунты, в которых техногенное воздействие изменяет их вещественный состав, структуру и текстуру.

Шлаки — продукты химических и термических преобразований горных пород, образующиеся при сжигании.

Шламы — высокодисперсные материалы, образующиеся в горнообогатительном, химическом и некоторых других видах производства. Золы — продукт сжигания твердого топлива.

Золошлаки — продукты комплексного термического преобразования горных пород и сжигания твердого топлива.

6. Дрена́ж (фр. drainage) — естественное либо искусственное удаление воды с поверхности земли либо подземных вод. Земля часто нуждается в отводе грунтовых либо ливневых вод для улучшения агротехники, строительства зданий и сооружений.

Клапанный дренаж — процедура, применяемая при эвакуации экссудата из плевральной полости (сифонное дренирование), целью которого состоит избежание всасывания в полость воздуха и жидкости.
Аспирационное дренирование — применяется при лечении гнойных хирургических заболеваний.
Интубация кишечника — дренирование тонкой кишки, проводиться с целью разгрузки её от скопившегося токсического застойного содержания (например, при непроходимости кишечника).
Дренажные системы – защитные устройства, применяемые для охраны Вашего садового участка от агрессивного воздействия грунтовых вод. Финансовые вложения в эти устройства довольно высоки, однако срок окупаемости капитальных вложений очень приемлемый. Восстановление поврежденного грунта по стоимости обойдется гораздо больше, чем стоимость самой дренажной системы.

Основные виды

Пластовый дренаж

Пластовая дренажная система укладывается в основании защищаемого сооружения непосредственно на водоносный грунт. При этом она гидравлически связана с трубчатой дреной (подземный искусственный водоток для сбора и отвода грунтовых вод), расположенной с наружной стороны фундамента на расстоянии не менее 0,7 метра от плоскости стены здания. Пластовая дренажная система защищает сооружение как от подтопления грунтовыми водами, так и от увлажнения капиллярной влагой. Пластовый дренаж широко применяется при строительстве подземных сооружений, возводимых на слабопроницаемых грунтах, а также при дренировании «горячих» цехов трасс теплосети и дымоходов (попадание влаги в которые, даже в капиллярном виде, недопустимо).

Пристенный дренаж

Пристенная дренажная система состоит из дренажных труб (с фильтрующей обсыпкой), уложенных на водоупорный грунт с наружной стороны сооружения. Пристенный дренаж применяется, как правило, в тех случаях, когда основание сооружения находится на водоупорном грунте.

Кольцевой дренаж

Кольцевая дренажная система располагается по контуру защищаемого здания или участка. Действие кольцевого дренажа основано на понижении уровня грунтовых вод внутри защищаемого контура, что обеспечивает защиту от подтопления подземных сооружений и частей зданий. Глубина этого понижения зависит от заглубления труб, галерей или фильтрующей части скважин относительно зеркала грунтовых вод, а также от размеров защищаемого контура. Кольцевые дрены располагаются на некотором удалении от сооружения, благодаря этому они могут быть установлены уже после его возведения. В этом отношении кольцевой дренаж выгодно отличается от пластового, который может быть установлен только одновременно со строительством сооружения.

Динамика подземных вод 📙 Реферат → 🆔 79457