Классификация песчаных грунтов.

Тип песка.	Классификационные условия
	Размер частиц d ,мм	Процент массы сухого грунта
Гравелистый.	Более 2	Более 25
Крупный .	-//- 0,5	-//- 50
Средней крупности .	-//- 0,25	-//- 50
Мелкий.	-//- 0,1	Не менее <75
Пылеватый.	-//- 0,1	<75

Для оценки природного состояния глинистых грунтов вводится показатель текучести I_L.

где - влажность грунта в природном состоянии;

- соответственно влажность на границе раскатывания и текучести ;

По показателям текучести глинистые грунты подразделяются на следующие консистенции (состояния):

Супеси

твердые ……………………..I_L<0

пластичные ………..

текучие……………..

Суглинки и глины:

твердые…………

полутвердые……...

тугопластичные….

мягкопластичные..

текучепластичные….

текучие…………….

Разность между влажностями на границе текучести и раскатывания, выраженная в процентах, называется числом пластичности .

В зависимости от числа пластичности глинистые грунты подразделяются на супеси -, суглинки -, глины - >17.

Для оценки природного состояния песчаных грунтов определяются их плотность. По плотности песчаные грунты подразделяются на плотные, средней плотности и рыхлые. Плотность песчаных грунтов может определятся в лабораторных условиях в зависимости от коэффициента пористости , представляющего собой отношение объема пор к объему минеральных частиц грунта.

Вопросы для самоконтроля.

1. Что называется грунтами?

2. Какие важные свойства грунтов?

3. На какие классы подразделяются грунты?

4. Какие показатели оценки глинистых грунтов?

5. Наименование глинистых грунтов и их свойства?

Лекция 6

8. Основы гидрогеологии.

Все воды находящиеся в толще горных пород в твердом, жидком или газообразном состоянии называются подземными Наука, занимающаяся изучением подземных вод, их происхождением, физическими и химическими свойствами, законами движения, связью с атмосферными и поверхностными водами, носит название гидрогеологии.

Виды подземных вод и их характеристики. Подземные воды рассматриваются в зависимости от двух факторов – гидравлического и условий залегания. По гидравлическому фактору подземные воды подразделяются на безнапорные и напорные; в зависимости от условий залегания – на почвенные и верховодку, грунтовые, межпластовые, жильные и трещинные воды, родники и источники.

Почвенные воды и верховодказалегают в самых верхних слоях земной коры. Почвенные не имеют водоупорного ложа и как бы подвешены в порах почвы вследствие капиллярных явлений. Отличительные свойства их – сезонный характер, сезонные колебания температуры, наличие микроорганизмов и органических веществ.

Верховодкойназывают временное скопление подземных вод, возникающее главным образом в период обильных дождей и усиленной инфильтрации. Верховодка залегает на небольших линзах водонепроницаемых пород (в морских отложениях) и на аллювиальных поймах.

Грунтовыеводы– подземные воды существует в виде постоянного водоносного горизонта, залегающего на первом от поверхности водоупоре. Характеризуются следующими особенностями: 1) имеют свободную поверхность, которая называется зеркалом или уровнем грунтовых вод, и водоупорное ложе. Они безнапорные, от земной поверхности залегают на глубине 1-50м; 2), питание их осуществляется за счет инфильтрации осадков и поступлений воды из водоемов и рек; 3) постоянно находятся в динамике движении и образуют потоки в сторону общего уклона водоупорного слоя; 4) глубина залегания грунтовых вод, их распространение во многом зависят от геологических условий конкретной местности, климатических и геоморфологических факторов.

Межпластовые подземные водызалегают между двумя водонепроницаемыми слоями. По условиям залегания эти воды могут быть безнапорные и напорные, или артезианские, обусловленные залеганием водоносных слоев в виде синклиналей или моноклиналей.

Инфильтрационные водыобразуются в результате выпадения осадков и фильтрации воды из рек, водохранилища и т.д.;конденсационныеобусловлены конденсацией паров из воздуха и за счет пополнения водяных паров подземных горных пород и грунтов при уплотнении;ювенальныепроникают в поверхностные горизонты земной коры из недр земли и обусловлены конденсацией паров магмы. Так возникают различные минеральные источники нередко повышенной температуры и высокой минерализацией.

Химический состав подземных водопределяется в каждом конкретном случае с помощью химического анализа. Растворенные в воде различные газы (О₂, СО₂, СН₂,S₂Hи др.) обуславливают степень пригодности воды для питьевых и технических нужд. По содержанию растворенных солей подземные воды подразделяются на пресные – менее 1 г/л, солоноватые 1-10 г/л, соленые 10-50 г/л и рассолы более 50 г/л.

Соли в подземных водах придают им свойства жесткости и агрессивности. Жесткость воды обуславливается наличием растворенных солей кальция и магния и оценивается количеством миллиграмм–эквивалентов кальция и магния (1мг-экв соответствует содержанию в 1 л. воды 20,04 мг иона кальция или 12,6мг иона магния). Агрессивность подземных вод оказывает отрицательное воздействие на металл и бетон. Виды агрессии : 1) выщелачивающая - происходит растворение и вымывание из бетона извести, возникает при малом содержании в воде ионов НСО₃; 2)обще кислотная– обуславливается низким значением водородного показателя рН, в результате чего происходит растворение извести бетона; 3)углекислотная– является результатом воздействия углекислоты СО₂; 4)сульфатная– характерна при наличии в воде сульфатаSO₄. Это обуславливает кристаллизацию новых соединений, который приводит к увеличению объема и разрушению бетона; 5)магнезиальная- аналогично сульфатной, приводит к разрушению бетона при контакте с водой, содержащей высокое количество Мq.

Для борьбы с агрессивностью воды применяют специальные цементы, производят гидроизоляцию подземных конструкций, понижают уровень грунтовых вод и т.д.

Режим подземных вод- это изменение во времени уровня грунтовых вод , температуры и химического состава . Его изучение необходимо для решения многих задач, в том числе по проектированию и возведению зданий и сооружений.

Основными причинами колебания уровня подземных вод являются метеорологические факторы, гидрогеологические условия, колебания земной коры, производственные и строительные деятельности человека. На режим подземных вод влияют искусственные факторы - возведения плотины, ирригационных сооружений, водозаборов подземных вод, утечка воды из водопроводов и т.д. Возведения зданий, сооружений обычно изменяют гидрогеологические условия участка , приводят к повышению уровня подземных вод, затоплениям подвалов и подземных коммуникаций.

Для наблюдения за режимом уровня подземных вод производится замер глубины их залеганий. Чаще всего это выполняется в период инженерно - геологических изысканий. Необходимо наблюдать за режимом подземных вод во время строительства и в период эксплуатации сооружения (постоянные наблюдения). Для определения залегания уровня подземных вод используются буровые скважины - одиночные или групповые. На основе гидрогеологической съемки и стационарных наблюдений составляются гидрогеологические карты. Одна из них карта гидроизогипс, на которую наносятся поверхности (зеркало) подземных вод. Гидроизогипсы- линии, соединяющие точки с равными отметками поверхности подземных вод. Карта изопьез – карта поверхности напорных вод. Изопьезы (пьезоизогипс) – линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными отметками пьезометрического уровня. По карте изопьез можно определить направление движения артезианского потока, величину напора, глубину залегания, пьезометрический уклон и т.д. Карта изобат - карта глубин залегания подземных вод.Гидроизобатаминазываются линии равных глубин, построенных по результатам их замеров по скважинам. Гидрохимические карты - отображают изменения минерализации, химических типов подземных вод, их жесткости, агрессивности и т.д. Цель составления таких карт – оценка качества подземных вод для питьевого и хозяйственного водоснабжения, выявления возможного отрицательного влияния на инженерные сооружения.

Вопросы самоконтроля.

1. Что изучает наука - гидрогеология?

2. Виды подземных вод?

3. Химические свойства подземных вод и учет их в строительстве?

4. Режим подземных вод и учет их в строительстве?

5. Что называются гидроизогипсами, гидроизопьезами и гидроизобатами?

ЛЕКЦИЯ 7.

Динамика подземных вод.

Основные законы движения подземных вод. Движение воды подразделяется на ламинарные и турбулентные. Ламинарные движения воды подчиняются основному закону фильтрации, установленному французским инженером Дарси. Закон гласит – общее количество воды, фильтрующиеся через поперечное сечение породы в единицу времени, прямо пропорционально размерам этого сечения, падению напора и обратно пропорционально длине фильтрации на данном участке:

где Q– количество воды в единицу времени м³;

Кф- коэффициент фильтрации;

ΔН- падение напора на длине пути фильтрации;

L- длина пути фильтрации потока;

А– площадь поперечного сечения потока м²;

Важной характеристикой водопроницаемости грунтов является коэффициент фильтрации. Существующие методы определения этой характеристики можно подразделить на расчетные, лабораторные и полевые.

Полевые методы определения коэффициента фильтрации (наиболее верные) базируется на изучении зависимости между расходом грунтового потока и понижения уровня воды в толще грунта путем откачки воды из центральной выработки (скважины) и наблюдением за уровнем в остальных скважинах. Коэффициент фильтрации зависит от особенностей породы, коэффициента пористости и изменяется от 5∙10⁴м/ сут для практически водонепроницаемых пород (глины и др.) до 50-500 м/сут. для хорошо водопроницаемых пород (пески средней крупности и т.д.).

Дренажные сооруженияслужат для сбора и отвода поверхностных и подземных вод, а так же для искусственного водопонижения. Дренажные сооружения могут быть горизонтальными (канавы, траншеи открытые или закрытые, галереи), вертикальные (колодцы) и комбинированными. В горизонтальных дренажных сооружениях отток воды происходит самотеком в сторону уклона дна. Дренаж называется совершенным, если дно его достигает водоупорный горизонт. При вертикальном дренаже понижение уровня подземных вод осуществляется с помощью откачек насосами из скважины (колодцев).

Расчет притока воды к дренажным канавампри притоке воды с двух сторон определяется по формуле:

,

где - расход воды, м³/сут;- коэффициент фильтрации, м/сут;- длина канавы, м; Н – мощность водного притока; м h- уровень воды в канаве, м;R– радиус влияния канавы, м.

Расчет притока воды в котлованыопределятся выбором метода из соотношения длины котлована к его ширине. Если соотношение больше, чем 101, то котлован рассматривается как большая горизонтальная дрена (канава). При соотношении меньше, чем 101, то котлован рассматривается как большой колодец, и для расчета принимается формула водопритока к скважине (колодцу).

где Q– расход скважины при откачке, м³/сут;- коэффициент фильтрации, м/сут; Н – мощность грунтового потока, м;h– уровень воды в скважине , м;R– радиус влияния скважины, м;r- радиус скважины, м.

Предварительно определяется условный радиус котлована r₀.

где F– площадь котлована, м².

Подставляя вместов формулу, получим величину водопритока в котлован.

Вопросы для самоконтроля:

1. Роль подземных вод в строительстве?

2. Что понимается под коэффициентом фильтрации?

3. Виды дренажных сооружений?