Контрольнаяя работа по дисциплине "Инженерная геология"

     Нелинейный закон фильтрации выражается форм>~: А.А. Краснопольского:

V=K_к ,

где К_к --коэффициент, определяемый опытным путем в поле, м/сут;

i-- гидравлический  уклон.

Методы  определения коэффициента фильтрации.

     К основным фильтрационным параметрам пород относят коэффициент фильтрации, а также коэффициенты водопроводимости, пьезопроводности и уровнепроводности.

     Во всех уравнениях определения движения подземных вод основной расчетной величиной, количественно характеризующей фильтрационные свойства пород, является коэффициент фильтрации К_ф м/сут. На его величину, а следовательно, и на пень водопроницаемости рыхлых пород оказывают влияние:

1) диаметр  пор - с уменьшением диаметра пор уменьшается коэффициент фильтрации;

2) количество глинистых частиц - с увеличением количества глинистых частиц, особенно монтмориллонита, К_ф уменьшается;

3) характер  обменных катионов - при наличии двухвалентных катионов (Са²⁺, Мg²⁺) водопроницаемость и К_ф возрастают, а в присутствии одновалентных катионов (Nа⁺, К⁺) -- уменьшаются. Влияние Nа⁺, уменьшающее К_ф суглинков в десятки и сотни раз, используется на практике для сокращения потерь воды из водохранилищ.

Определение коэффициента фильтрации методом инфилътрации из шурфа.

     Существует несколько способов для выполнения этой работы (методы А.К. Болдырева, Н.С. Нестерова, Н.К.Гиринского, Н.Н. Веригина, Н.Н. Биндемана и др.). Наиболее простым является метод А.К. Болдырева. Он применяется для определения К_ф в грунтах, не насыщенных водой. Метод заключается в следующем. В сухом грунте вырывается шурф, не доходящий до уровня грунтовых вод. Из градуированных судов, поставленных у бровки шурфа, по трубке наливается вода на дно шурфа так, чтобы уровень воды в приямке на дне шурфа оставался все время постоянным - около 10 см. Для наблюдения за уровнем воды на дне шурфа устанавливается рейка. Через каждые 10-30 мин ведут замеры расхода воды на фильтрацию по шкалам сосудов. Опыт проводят до стабилизации расхода воды (в песках 10-20 ч, в суглинках 24-48 ч).

     Определив значение установившегося (стабилизировавшаяся) расхода Q_уст, м³/сут, и разделив его на площадь дна шурфа F, м², получают среднюю скорость инфильтрации из шурфа м/сут.

     Коэффициент фильтрации определяется еще и следующий методами: 1) полевыми работами - откачками; 2) лаборатории ми методами с использованием специальных приборов; 3) эмпирическим формулам.

     Определение коэффициента фильтрации откачкой воды из скважин. Определения К_ф откачкой воды из скважин дают наиболее точные данные для расчета коэффициента фильтрации. Откачки разделяются на откачки из одиночных скважин и кустовые.I Откачка из одиночной скважины позволяет предварительно Вшить водообильность изучаемых пород. Произвести точный расчет коэффициента фильтрации по данным откачек из одной скважины нельзя, т.к. неизвестна величина радиуса влияния, следующий пункт входящая в расчетные формулы. Кустовые откачки проводятся на специально выбритых опытных участках при глубине залегания водоносного горизонта не более 100 м. Опытный куст состоит из центральнной (опытной) скважины и ряда наблюдательных, располагаемых по одному или нескольких лучам в случае неоднородности водоносного пласта. При четырех лучевой системе расположения скважин один луч проводится о направление потока подземных вод, второй -- против направления потока подземных вод третий и четвертый -- в направлениях, перпендикулярных к ним. При двухлучевой системе применяются один или два луча, состоящие из двух-трех наблюдательных скважин. Один из лучей проводится вниз по течению подземных вод, второй перпендикулярно направлению потока, Расстояние наблюдательных скважин от центральной рекомендуется применять равным 5; 10; 20; 40; 80 м.

Оценка  качества питьевой воды.

     При оценке подземных вод водоснабжения пользуются ГОСТами. В этой связи питьевая вода должна быть бесцветной, прозрачной, иметь температуру от 4 до 15°С, не иметь неприятного вкуса и запаха, не содержать болезнетворных бактерий и солей тяжелых металлов. Сухой остаток в воде не должен превышать 1 г/л. жесткость должна быть менее 7 мг-экв/л. Совершенно не допускается в питьевой воде присутствие аммиака и азотистой кислоты, указывающих на фекальную загрязненность. Питьевая вода может содержать не более 0,1 мг/л свинца, 0,05 мг/л мышьяка, 1,5 мг/л фтора, 3 мг/л меди, 5 мг/л цинка, 1 мг/л железа 0,6 мг/л урана, 0,005 мг/л ртути. В воде не должны присутствовать болезнетворные бактерии брюшного тифа, холеры и другая недопустимая патогенная флора. Бактериальное загрязнение оценивается по «коли-титру», который должен быть не менее 300 мл и «коли-индексу», который должен быть не более 3.

     Оценка качества технической воды. Вода, предназначен для промышленных целей, должна быть прозрачной, без запаха и мягкой. Вода для питания котлов должна иметь сухой остаток не более 0,3 г/л, содержать хлора мене 200 мг/л, жесткость должна быть не более 3 мг-экв/л.

Агрессивность подземных вод  по отношению к  бетону.

     Бетонные сооружения, находясь в соприкосновении с подземными или поверхностными водами, часто разрушаются некоторые химическими соединениями, содержащимися в воде. Это разрешающее действие естественных вод называется агрессивной способностьо вод. В целях увеличения срока службы сооружений необходимо определить степень агрессивности воды.

     Сульфатная агрессивность. При повышенном содержании сульфатов происходит кристаллизация в бетоне гипса Са5О₄-2Н₂О с увеличением объема в 2 раза и образование «цементной бациллы», с увеличенная объема в 2,5 раза. Все это приводит к разрушению бетона.

     Магнезиальная агрессивность ведет к разрушению бетона при проникновении в тело бетона воды с повышенным содержанием. При содержании иона более 2000 мг/л вода агрессивна по отношению к бетонным сооружениям в песчаных породах, а при содержании иона свыше 5000 мг/л вода становится агрессивной в суглинках,

     Карбонатная (углекислая) агрессивность проявляется преимущественно в песчаных породах. Карбонатная агрессия возникает [результате действия агрессивной углекислоты СО₂. В процессе взаимодействия с водой из цемента выделяется свободная известь С0₃, которая реагирует со свободной углекислотой СО₂ Реакция идет по схеме:

СаС0₃ + СО₂'+ Н₂0 = Са (НСО₃)₂

     Образующийся бикарбонат кальция является растворимым и легко выносится из бетона. Максимальным содержанием агрессивен СО₇ является 3 мг/л, при менее опасных породах -- 8,3 мг/л.

Кислородная агрессивность вызывается содержащимся в воде кислородом и проявляется преимущественно по отношению к металлическим конструкциям.

При совместном присутствии кислорода с углекислотой агрессивное действие кислорода  повышается.

Агрессивное действие подземных  вод на металлы (коррозия металлов). 

     Подземная вода с растворенными в ней солями и газами может обладать интенсивной коррозионной активностью по отношению к железу и другим металлам. Подземные воды обладают коррозионными свойствами при содержании в них также агрессивной углекислоты, минеральных и органических кислот, солей тяжелых металлов, сероводорода, хлористых и некоторых других солей. Мягкая вода действует значительно агрессивней, чем жесткая. Влияние сильнокислых и сильно щелочных вод способствует наибольшему разъеданию металлов. Коррозии способствует повышение температуры подземной воды, увеличение скорости ее движения, электрические токи.

9. Опишите методы инженерно-геологических исследований (статическое зондирование грунтов, определение коэффициента фильтрации).

Определение коэффициента фильтрации.

Для хорошо фильтрующих грунтов kf определяют с  помощью прибора, состоящего из трубы  длиной L, заполненной грунтом, и двух трубок - подводящей и отводящей воду. При разности напоров H2--Н1 вода будет фильтроваться под действием градиента i.

Определив объем воды в колбе V, профильтровавшейся за время t, можно найти

kf = V/Ait,

где А - площадь поперечного сечения образца грунта.

     При пылевато-глинистых грунтах для определения коэффициента фильтрации приходится создавать большой напор. Тогда значение можно определять с помощью прибора конструкции Б. И. Далматова. В этом приборе образец грунта 5 помещается в кольцо 1, устанавливаемое на фильтрующее днище 6. Сверху располагается фильтрующий поршень 4. Вода поступает со значительным давлением под фильтрующее днище, проходит через образец грунта, заполняет пространство над поршнем и выливается в колбу. Для ускорения процесса фильтрации камера над поршнем заранее заливается водой. Как установлено опытами, вследствие образующегося выпуклого мениска вода поступает в колбу периодически и сразу в относительно большом количестве. Для устранения мениска на уровне сливного отверстия устанавливается пластинка 3 с вырезом в месте отверстия. Это способствует капельному поступлению воды в колбу. Для исключения испарения воды прибор герметизируется завинчивающейся крышкой 2.

     Для предотвращения движения воды вдоль стенок кольца к фильтрующему поршню прикладывают внешнюю нагрузку, большую, чем структурная прочность грунта. Если это по каким-либо причинам нежелательно, берут образец, имеющий диаметр на 8... 10 мм меньше внутреннего диаметра кольца, и зазор между грунтом и стенками кольца заполняют нефильтрующим вязким веществом.

     С помощью такого прибора можно устанавливать коэффициент фильтрации суглинков и глин при kf < 10-9 см/с. Коэффициент фильтрации песков и супесей для расчета притока воды в котлованы рекомендуется определять в полевых условиях методом пробных откачек или путем налива воды в скважины.

Статическое зондирование грунтов.

Теория  статического зондирования

Повышение эффективности и качества строительства  в значительной степени зависит  от правильного выбора фундаментов  сооружений. Стоимость и трудоемкость возведения фундаментов составляют значительную долю затрат в строительстве. Правильный выбор фундаментов – это полное использование несущей способности грунтов оснований при обеспечении необходимой надежности сооружений. Решение этой задачи зависит от наличия у проектировщика исчерпывающих данных об инженерно-геологических условиях строительных площадок.

В последние  десятилетия происходит увеличение пролетов производственных зданий и  этажности жилых домов, что приводит к значительному повышению нагрузок на основание. В то же время для строительства отводятся площадки со все более сложными инженерно-геологическими условиями, изучение которых требует комплексных исследований грунтов оснований сооружений с помощью лабораторных и полевых методов.

В этой связи большое распространение получают полевые методы исследований грунтов в условиях их естественного залегания, позволяющие исследовать и такие грунты, отбор образцов из которых практически невозможен. Из всех полевых методов исследований, разработанных в последние десятилетия, наибольшее применение получило статическое зондирование, обладающее рядом существенных преимуществ. Во многих случаях, особенно, при использовании свайных фундаментов, исследования грунтов статическим зондированием становятся основным методом.

Тензометрические  наконечники с  датчиками порового давления (пьезоконусы)

Появившиеся в последние годы наконечники  с датчиками порового давления (пьезоконусы) являются перспективным дополнением  к обычным установкам зондирования, расширяя возможности оценки грунтов. В установках для измерения порового давления конструкция электрического наконечника обеспечивает измерение сопротивления конуса qс, трения по муфте fs и порового давления и. Применение пьезоконусов началось около 10 лет назад. Исследования с помощью пьезоконусов расширяют и улучшают возможности обычного статического зондирования. Основные преимущества испытаний с пьезоконусом: возможность различать дренированные и недренированные испытания, возможность уточнять замеренное сопротивление конуса на основе учета порового давления и конструкции наконечника, возможность определять консолидационные характеристики грунтов. Эти преимущества позволяют более точно определять характер напластования и вид грунтов, а также их физико-механические характеристики. 
Пьезоконус, в дополнение к обычному конусу, имеет следующие основные части для измерения порового давления: пористый фильтр, камеру поровой жидкости и датчик измерения порового давления. Местоположение фильтра на наконечнике до настоящего времени не стандартизировано. В различных конструкциях он располагается: на острие конуса, на теле конуса, непосредственно над основанием конуса, над муфтой трения и т.д.