Лекция 6 Подземные воды как один из факторов инженерно-геологической обстановки

распространения и движения подземных вод.
Физические свойства и химический состав подземных

вод. Агрессивность подземных вод по отношению к бетонам и металлам.
Основы расчётов водопритоков к горным выработкам.
Некоторые геологические процессы, обусловленные действием поверхностных и подземных вод.
Особенности гидрогеологических исследований в составе инженерных изысканий для строительства

горных пород и располагается ниже отметки поверхности земли.
Классификации ПВ:
1. по

положению в разрезе:
Верховодка, грунтовая вода, межпластовые напорные воды.
2.по химическому составу (по сумме солей):пресные, минерализованные, солоноватые, соленые и рассолы.

минерализованные, солоноватые, соленые и рассолы.
3. По температуре воды (или температурному

режиму):
Меньше нуля – криопэги;
Меньше 10 градусов – холодные;
Больше 70 градусов – горячие;
Больше 100 – парагидротермы.
4. По гидравлическому признаку: напорные и безнапорные.Так же выделяют
- в скальных массивах –
трещиновато-жильные и трещиновато-карстовые;
- в зоне вечной мерзлоты – над-, меж-, под- мерзлотные воды

сцементированных (2) горных породах
известняк
песок
гипс
мел
Мергель и глина
Пьезометрическая поверхность напорных вод мелового

горизонта

Известняки с прослоем песков

мергель

Избыточный напор над кровлей известняков

Свободная поверхность грунтовых вод

Поверхность безнапорных межпластовых вод

Источники (родники)

латинского названия французской провинции Артуа, где эти воды использовались с

XII века) — напорные подземные воды, заключённые в водоносных пластах горных пород между водоупорными слоями. Обычно встречаются в пределах определенных геологических структур (впадин, мульд, флексур и др.), образуя артезианские бассейны. При вскрытии буровой скважиной или шурфом артезианские воды поднимаются выше кровли водоносного пласта, иногда фонтанируют. Источники артезианского типа относятся к важнейшим полезным ископаемым. Обычно залегают на глубине от 100 до 1000 метров.

(фонтанирование) подземных вод как эффект сообщающихся сосудов
Область разгрузки

вод
Кора выветривания
Постоянный уровень трещинно-грунтовых вод
Основной разлом
Выходы источников на склонах и

в долине

Зона непостоянного водонасыщения

Скважины с холодной минеральной водой
80 – 84 м

Вулканические породы

Восходящие потоки минеральной воды

Основная зона разлома и разгрузки минеральных вод

Скважина с горячей минеральной водой
185 м

Гранитный массив (батолит)

Направления движения подземных вод

вод – холодных и горячих Выходы горячих углекислых вод и

образование современных туфов (Алжир, Приморский Атлас).

t = 98°C

к массивам растворимых пород. Схема строения массива карстовых пород.

воды и её растворяющая способность.
Растворимые в воде горные породы распространены

чрезвычайно широко в толще земной коры

сопредельных стран

закарстованности и вероятность возникновения свежих провалов
Среднегодовое количество провалов
P = n/(F

 t), случаев на км2 в год
или
T = 1/P = (F  t)/n
Средняя повторяемость провалов (промежуток времени, через который на площади в 1 км2 появляется 1 провал)

породы перекрыты песчаными отложениями.
Северная Литва
Западное Предуралье

пород.
Глубина залегания растворимых пород.
Степень закарстованности и обводнённости пород.
Особенности проектируемых сооружений.
Комплексы

противокарстовых мероприятий:
Планировка территории и регуляция поверхностного стока.
Каптаж подземных вод и дренаж обводнённых пород.
Площадная подготовка основания.
Устройство опор глубокого заложения.
Уплотнение и укрепление пород цементацией.
Конструктивное усиление зданий и сооружений.

водопритока к совершенной скважине

дифференциального уравнения в пределах радиуса колодца r0 до радиуса депрессионной

воронки R, а правую часть для переменной γ – в пределах от h до H, находим выражение для притока в колодец (формула Дюпюи):

которой рассматривается для прямоугольного контура с одной или двух сторон

траншеи.

Y

R

H

h

X

X

y

dx

dy

WL

x от 0 до R и по y от h

до H даёт в результате приток на один погонный метр с одной стороны траншеи:

Соответственно полный приток в траншею с двух сторон:

Приток воды в строительный котлован, в том числе отличающийся в плане от круглого, определяется по формулам для совершенного или несовершенного колодца эквивалентного радиуса:

где F – площадь котлована.

к расчёту притока к условному совершенному колодцу в водоносном горизонте

мощностью, равной мощности активного слоя:


Для колодца с непроницаемыми стенками и фильтрующим дном справедлива формула:


где S – понижение воды в колодце.

в условную совершенную траншею (котлован) в том же водоносном горизонте,

пропорциональную заглублению траншеи (котлована) в водоносный горизонт t/Н:

h

водоупор

WL

Для расчёта положения депрессионной кривой в зоне влияния линейных дренажей используют формулу:

Hx = H√x/R

Hx

H

t

характеристики и оценки агрессивности подземных вод к бетонам и металлам

рассматриваются на практических занятиях, посвящённых выполнению курсовой работы «Оценка гидрогеологических условий площадки строительства»!

процессов! Плывуны
Плывун – пески (супеси) тонко- и мелкозернистые, пылеватые и сильно

пылеватые, водонасыщенные, потерявшие устойчивость и пришедшие в движение в результате вскрытия котлованами и горными выработками.
Псевдоплывуны – грубозернистые и грубообломочные породы, двигающиеся под большим напором.
Псевдоплывуны – глинистые водонасыщенные породы, теряющие связность и приобретающие текучую консистенцию в определённом напряжённом состоянии.

органики;
- большая влагоёмкость и малая водоотдача (вязкая жидкость);
- пробки в

скважинах, трудная разработка;
- тиксотропия, т. е. способность разжижаться при сотрясении и вибрации, а при прекращении таких воздействий восстанавливать первоначальное состояние.
- высыхание плывуна переводит его в связную, достаточно твёрдую, более светлую, чем первоначально, породу, которая ломается, крошится и с трудом растирается руками.

пород (А. Ф. Лебедев, 1935). Определённую роль могут играть микроорганизмы,

способствующие газонасыщению плывунов (В. В. Радина, 1972).
Природа плывунности связана с действием гравитационных, гидростатических и гидродинамических сил на гидрофильную породу с ослабленными силами взаимодействия между частицами.


 - полные напряжения;

- эффективные напряжения;



ρ, - плотность породы с учётом взвешивания;

z – мощность водонасыщенного песка.

снизу вверх, уменьшает эффективное напряжение.
Если гидродинамическое давление достигнет величины

гравитационного давления от веса взвешенной в воде породы, эффективное напряжение будет равно нулю, а напорный градиент достигнет максимальной величины, порода при этом теряет устойчивость, в скважинах, например, возникают песчаные пробки.

необходимо знать следующее:
Условия залегания плывуна;
Состав и свойства плывунных и вмещающих

пород;
Особенности рельефа участка;
Гидрогеологические условия участка;
Расположение существующих и проектируемых сооружений, их конструктивные особенности и зоны влияния.

и проектировать фундаменты после их искусственного закрепления и усиления самих

фундаментов, предусматривать охранные зоны, где недопустимы земляные работы (Останкинская телебашня). Прорезка плывунов, подсыпка, гравелистые подушки, шпунтовое ограждение. Свайные основания, опускные колодцы глубиной до 70 м и кессоны глубиной до 40 м.

Искусственное улучшение плывунов (силикатизация, электроосмос, виброуплотнение, замораживание).

заполнителя из трещин и полостей. Это своеобразный процесс подземного размыва

горной породы. Развитие суффозии характеризует фильтрационное разрушение, фильтрационную неустойчивость горной породы или заполнителя трещин и карстовых полостей.
Суффозия вызывает уменьшение плотности породы и соответственно увеличение пористости. Как следствие нарушается устойчивость склонов и откосов, образуются оползни, возникают значительные и неравномерные осадки сооружений. Изменяется водопроницаемость породы, возникают большие притоки воды в котлованы и горные выработки или большие потери воды на фильтрацию под плотинами и в обход плотин.

потока,
либо повышение гидродинамического давления. Если гидродинамическое давление велико, то

оно может привести всю массу породы в плывунное состояние, или вызвать суффозионный вынос мелкозёма.
Таким образом, суффозия определяется:
- неоднородностью породы;
- повышенным градиентом потока и повышенным гидродинамическим давлением;
- условиями залегания и контактирования пород различного гранулометрического состава.

Д. Джастину)

чтобы коэффициент неоднородности грансостава был больше 10 (20), а градиент

напора больше 5.



I > 5,
при этом одни исследователи отдают предпочтение влиянию градиента потока, другие - размывающим скоростям и гранулометрическому составу грунта

выработках используют график
В. С. Истоминой (1957), вычисляя напорный градиент

в зависимости от понижения при откачке Ip = S/0,33R, где R – радиус влияния откачки

завесы, обратные фильтры (отсыпка водопроницаемых пород слоями в порядке постепенного

возрастания размера частиц от мелких к крупным в направлении фильтрационного потока).

воды для хозяйственных нужд, называются водозаборами.
Скважины, траншеи и прочие выработки,

устроенные для снижения уровня или напора подземных вод, называются дренажными или водопонизительными.
Система открытых или закрытых траншей называется горизонтальным дренажом. Горизонтальный дренаж устраивается на сельскохозяйственных угодьях, под дорожным покрытием улиц и дорог, вдоль фундаментов различных зданий при высоком уровне подземных вод и подтоплении территории.
Открытый водоотлив применяется при умеренных притоках в котлованы или траншеи.
При необходимости значительного снижения уровня подземных вод или полного осушения толщи до вскрытия котлованов и траншей применяется вертикальный дренаж. В песчаных грунтах с большим притоком воды применяют иглофильтровые установки.

в траншее совершенного типа
Схема принудительного водопонижения в траншее несовершенного типа
Схема

самотёчного водопонижения в траншее совершенного типа

Схема самотёчного водопонижения в траншее несовершенного типа

И. Клиориной)

И. Клиориной)