Практика геология

Продолжение табл. 41

231

Продолжение табл. 41

232

Продолжение табл. 41

233

Задание 13 Определение направления движения подземных вод.

Цель и результаты работы Цель работы – ознакомление с методами определения направления

фильтрационного потока и скорости фильтрации грунтовых вод по карте гидроизогипс.

В результате выполнения работы составляются:

-полевой журнал с единовременными замерами уровня грунтовых вод

вскважинах;

-карта гидроизогипс с определением направления и расчётам действительной скорости фильтрации подземных вод.

Основные положения метода На основе гидрогеологических исследований и режимных

стационарных наблюдений составляют гидрогеологические карты различных видов, где показывают распространение водоносных горизонтов четвертичных или коренных отложений, водоупорные породы, минерализацию подземных вод, динамические запасы или водопроницаемость пород. Наиболее часто встречающиеся гидрогеологические карты: гидроизогипс, гидроизопьез, гидроизобат.

Карта гидроизогипс – это карта поверхности грунтовых вод (или межпластовых безнапорных вод) на определённый период времени t (на период изменений). При наличии координат скважин на топографическую карту наносят гидрогеологические скважины, возле которых указывают их номер, абсолютные отметки уровня воды и дату его замера. По методу «треугольника» или путём соединения всех скважин с одинаковой абсолютной отметкой уровня ведут построение гидроизогипс. Гидроизогипсы – это линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными отметками поверхности безнапорных вод.

По карте гидроизогипс определяют направления движения грунтовых вод. Они всегда перпендикулярно к гидроизогипсам, так как грунтовые воды могут передвигаться только от более высоких отметок к более низким. Линии, по которым передвигаются подземные воды, называются линиями тока.

Зная направление движения грунтовых вод, отмерив по линии расстояние между двумя точками, по карте гидроизогипс на названном участке можно определить уклон потока:

= ,

где h – разность отметок уровней воды в двух точках, м; l – расстояние между двумя точками измерений, м.

Зная коэффициент фильтрации изучаемых грунтов K, рассчитывается скорость фильтрации потока v, м/сут:

= .

234

Полученная расчётная скорость фильтрации является фиктивной, так как не учитывает реальное сечение потока:

= ,

где Q – расход воды, протекающей через данное сечение, м3/сут;

w– площадь поперечного сечения потока, м2.

Вдействительности площадь, через которую происходит фильтрация воды, составляет лишь часть поперечного сечения, зависящего от порового пространства. Поэтому при отнесении расхода воды к части поперечного сечения с учётом реальной пористости пород действительную скорость

фильтрации воды в рыхлых породах vg (м/сут) можно определить по формуле:

= ,

где n – пористость, доли ед.

из двух последних уравнений может быть получена зависимость действительной скорости в порах от скорости фильтрации:

= и = .

Так как величина пористости составляет в среднем 0,25-0,40, то скорость фильтрации меньше действительно меньше действительной скорости в порах примерно в 3-4 раза, что особенно важно учитывать для оценки суффозионных процессов.

Существует несколько полевых методов определения действительных скоростей фильтрации. Наиболее распространённым является индикаторный метод, сущность которого сводиться к запуску растворов различных солей или красящих веществ в пусковую скважину и улавливанию их в наблюдательных скважинах. При этом

= ,

где L – расстояние между двумя точками, м;

T – время движения воды между этими точками, с или сут.

Из новейших методов определения скоростей фильтрации следует отметить геофизические методы – резистивиметрическое опробование, метод заряженного тела и «меченых» атомов.

Для рыхлых отложений действительная скорость фильтрации обычно мала и для суглинков и супесей определяется величиной от 0,1 м/сут, для песков с коэффициентом фильтрации 25 м/сут – около 1 м/сут , для гравийногалечных отложений – свыше 1 м/сут. Ориентировочные значения действительной скорости при уклонах порядка i=0,001-0,01 приводятся в таблице 42.

235

Таблица 42 Значения действительной скорости фильтрации воды для различных

пород

Порядок выполнения работы Для выполнения настоящей работы студент может получить один из

вариантов задания:

1-й вариант – построение карты гидроизогипс по заданию на построение геологических разрезов;

2-й вариант – построение карты гидроизогипс по натурным режимным наблюдениям в гидрогеологических скважинах на полигоне МГСУ.

1-й вариант задания Для построения карты гидроизогипс студенты копируют

геологическую карту из полученного задания, нанося только рамку, русло реки, места расположения скважин и их номера (слева от кружка), покрывающих первый от поверхности безнапорный водоносный горизонт, в виде псевдодроби записывают: в числители – абсолютную отметку устья скважины, в знаменатели – абсолютную отметку уровня воды. Гидроизогипсы в виде синей пунктирной линии проводят методом интерполяции через 2 м, если разность отметок абсолютных высот поверхности горизонта превышает 30 м, их проводят через 5 м.

По построенной карте гидроизогипс определяют:

-направление движения грунтовых вод путём проведения нормали к двум гидроизогипсам, в сторону меньших значений абсолютных отметок. Направление движенитя показывают на всём изученном участке и особое внимание обращают на зоны, где оно изменяется;

-величина уклона подземных вод и изменения в уклоне на различных

участках i=(h1-h2)/l, где h1 – абсолютная отметка воды в одной точке; h2 – то же в другой точке; l – расстояние между этими точками;

-глубину залегания грунтовых вод в любой точке (разность между отметками поверхности земли и уровня воды);

-связь грунтовых вод с поверхностными водами: если гидроизогипсы пересекают водоём без искривлений, связь между водоёмом и грунтовыми водами отсутствует; если же гидроизогипсы у водоёма изгибаются вниз по течению, то грунтовые воды разгружаются в водоём, а если вверх , то питаются поверхностными водами.

236

Карта гидроизогипс должна быть надлежаще оформлена и содержать название (над картой), масштаб карты (под названием), условные обозначения (под картой или справа от карты), штамп (в правом нижнем углу).

2-й вариант задания

1. Студент должен ознакомиться с режимной сетью наблюдательных скважин – пьезометрами, служащей для построения карты гидроизогипс и определения направления подземного потока.

2.Нанести скважины по координатам на план в масштабе 1:1000 и около них выписать отметки устья скважины и отметки уровней воды.

3.Отнивелировать устья скважин по вбитому до уровня земли колышку (отметки скважин могут быть относительными). Можно использовать отметки скважин по архивным данным.

4.Измерить уровни воды в скважинах одновременно в возможно короткий промежуток времени с точностью 0,5-1 см. Для замера уровней можно использовать хлопушку, переносную рейку или электрический уровнемер. Все измерения занести в полевой журнал, форма которого приведена в таблице 43.

Таблица 43 Журнал наблюдений за уровнем подземных вод по пьезометрам

5.На плане масштаба 1:1000 провести гидроизогипсы, соединив точки с одинаковыми отметками уровней воды с шагом 0,2-0,5 м. Построение гидроизогипс провести по тем же правилам, что и горизонталей (рис.60).

6.Описать сущность метода и задания, привести полевой и графический материалы. По карте гидроизогипс проанализировать и описать направление движения грунтового потока, определить места минимальных и

максимальных уклонов. Рассчитать для них уклоны Jmin и Jmax. Проанализировать очертания гидроизогипс в плане, степень их сгущения и связь с поверхностными водотоками, водоёмами и заболоченными участками, определить область питания и разгрузки грунтового потока.

237

Рис. 60. Карта гидроизогипс. Масштаб 1:1000

7.В местах с расчленёнными уклонами грунтовых вод (Jmin и Jmax) определить скорость фильтрации и действительную скорость фильтрации. Для этого по фондовым материалам изучить геологический разрез , пористость и коэффициент фильтрации.

8.По согласованию с преподавателем кроме карт гидроизогипс для того же участка составить карту изобат – линий, соединяющих точки одинаковых глубин залегания грунтовых вод.

Если студентами используется пьезометрическая сеть, оборудованная не на грунтовые воды, а на межпластовые – напорные, то задание аналогично рассмотренному выше. Оно сводиться к построению карты гидроизопьез – линий, соединяющих точки с одинаковыми отметками пьезометрического уровня.

Если студенты работают на участке, где отсутствует режимная пьезометрическая сеть и карту гидроизогипс получить нельзя, то направление движения грунтовых вод определить по уровням воды в трёх скважинах, заложенных в вершинах треугольника. Это самый простейший

238

способ определения направления потока грунтовых вод – способ треугольника. Длина сторон треугольника обычно 50-100 м, но может быть и больше в случае небольших уклонов потока.

III.3. Лабораторные методы исследования грунтов

Лабораторные исследования грунтов следует выполнять с целью определения их состава, состояния, физических, механических, химических, свойств для выделения классов групп, подгрупп, типов, видов и разновидностей в соответствии с ГОСТ 25100-2011, определения их нормативных и расчётных характеристик, выявления степени однородности (выдержанности) грунтов по площади и глубине, выделения инженерногеологических элементов, прогноза изменения состояния и свойств грунтов в процессе строительства и эксплуатации объектов.

Взависимости от свойств грунтов, характера их пространственной изменчивости, а также целевого назначения инженерно-геологических работ (уровня ответственности сооружения, его конструктивных особенностей, стадии проектирования и др.) в программе изысканий рекомендуется устанавливать систему опробования путём соответствующего расчёта.

Отбор образцов грунтов из горных выработок и естественных обнажений, а также их упаковку, доставку в лабораторию и хранение следует производить в соответствии с ГОСТ 12071-2000.

Образцы для лабораторных исследований отбираются из шурфов и буровых скважин для каждой литологической разности образцы, находящихся в том или ином состоянии.

Влабораторию образцы грунтов доставляю в виде монолитов или рыхлых проб. Монолиты – это образцы грунтов с ненарушенной структурой. Такие монолиты отбираются в скальных и связных (пылевато-глинистых) грунтах. Размеры монолитов должны быть не меньше установленных норм.

Вмонолитах пылевато-глинистых грунтов должна быть сохранена природная влажность. Это достигается созданием на их поверхности водонепроницаемой парафиновой или восковой оболочки. В рыхлых грунтах образцы отбираются в виде проб определённой массы.

Выбор вида и состава лабораторных определений характеристик грунтов следует производить в соответствии с обязательным приложением «М» в СП 11-105-97 (см. таблицу 44, приведённую ниже) с учётом вида грунта, этапа изысканий (стадии проектирования), характера проектируемых зданий и сооружений, условий работы грунта при взаимодействии с ними, а также прогнозируемых изменений инженерно-геологических условий территории (площадки, трассы) в результате её освоения.

При соответствующем обосновании в программе изысканий следует выполнять специальные виды исследований, методы проведения которых не указаны в приложении М, но используются в практике изысканий для оценки и прогнозирования поведения грунтов в конкретных природных и техногенных условиях (методы определения механических свойств грунтов

239

при динамических воздействиях, характеристик ползучести, тиксотропии, типа и характера структурных связей и др.).

Таблица 44

Виды лабораторных определений физико-механических свойств грунтов при инженерно-геологических изысканиях