Ледниковые отложения

Ледниковые отложения - геологические отложения, образование которых генетически связано с современными или древними горными ледниками и материковыми покровами. Подразделяются на собственно ледниковые (гляциальные, или морена)и водно-ледниковые. Собственно Л. о. возникают путём непосредственного оседания на ложе ледника обломочного материала, переносимого в его толще. Слагаются несортированными рыхлыми обломочными горными породами, чаще всего валунными глинами, суглинками, супесями, реже валунными песками и грубощебнистыми породами, содержащими валуны, щебень, гальку. Водно-ледниковые отложения образуются внутри и по периферии ледников из отсортированного и переотложенного талыми водами моренного материала. Среди них различают ледниково-речные или флювиогляциальные отложения — отложения потоков талых вод (косослоистые пески, гравий, галечники) и озёрно-ледниковые (лимно-гляциальные) отложения внутри- и приледниковых озёрных водоёмов (преимущественно ленточные глины). Все типы Л. о. образуют сложные сочетания (ледниковые комплексы, или ледниковые формации). Особенно характерны они для самой молодой антропогеновой системы, во время образования которой обширные материковые ледники покрывали громадные площади в пределах современных умеренных поясов. Среди отложений верхнего палеозоя, ордовикской системы и докембрия также известны древние Л. о., обычно сильно уплотнённые, сцементированные, а иногда и метаморфизованные (тиллиты).

ФЛЮВИОГЛЯЦИАЛЬНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ - осадки, отложенные потоками талых ледниковых вод; представлены косослоистыми песками с валунами, галькой и гравием, супесями, реже суглинками.

Лимногляциальные, или озерноледниковые, отложения образовались в приледниковых озерных бассейнах. В равнинных районах четвертичных материковых оледенений такие озера своим возникновением обязаны подпруживающему действию выходящих подледниковых потоков возвышенностями рельефа или грядами конечных морен, а также подпруживанию стока рек. По мере отступания ледника размеры и глубина озер увеличивались.

№22

Геологическая карта – графическое изображение на горизонтальной плоскости выходящих на поверхность земли геологических образований в определенном масштабе и условных обозначениях. Геологический разрез – чертеж изображающий геологическое строение в виде сечения местности вертикальной плоскостью, проведенной по возможности под прямым углом к простиранию горных пород. Возраст и происхождение отмечаются цветом и индексом соответственно, а состав – штриховыми знаками. Мелкий масштаб применяется только для стратиграфических карт, крупный для отдельных участков. По содержание карты делятся: геологические, стратиграфические (возрастные); 2) литологические (вещественного состава). На гидрологических картах показывают распространение, движение, химический состав подземных вод. Для хорошо изученной территории составлено много комплектов кат, в свою очередь для слабо изученных – общая геологическая карта.

Геологический разрез, геологический профиль, вертикальное сечение земной коры от её поверхности в глубину. Г. р. составляются по данным геологических наблюдений, по геологическим картам, материалам горных выработок, буровых скважин, геофизических исследований и др.

Г. р. обычно проводят поперёк простирания геологических структур по прямым или ломаным линиям, проходящим при наличии глубоких опорных буровых скважин через эти скважины, и показывают расположение, возраст и состав горных пород. Г. р. особенно важны для районов, закрытых мощным чехлом антропогеновых отложений. Горизонтальный масштаб Г. р. отвечает обычно масштабу соответствующей геологической карты. Вертикальный масштаб Г. р. равен горизонтальному, что позволяет давать неискажённое изображение характера рельефа и геологического строения. Для решения многих практических вопросов (при проектировании ж.-д. линий, изысканиях при строительстве зданий, постройке плотин и др.) приходится выяснять соотношение различных элементов рельефа местности с её геологическим строением. В подобных случаях необходимо применять увеличенный вертикальный масштаб, превышающий горизонтальный в десятки и даже сотни раз.

№23

23. Вода в природе. Круговорот воды в природе. Роль подземных вод в круговороте.Вода существует в 3 фазовых состояниях. Все виды природных вод участвуют в непрерывных круговоротах. Все виды воды взаимосвязаны между собой. Из общего объема воды на земле 11320 млн. км³ на воды сущи приходится только около 90 млн. км³. В гидрологическом круговороте различают внешний (большой) и внутренний (малый). Большой круговорот: вода с океана испаряется, ветер переносит атмосферные осадка на материк, где они выпадают в виде дождя. Малый круговорот – это испарение и выпадение атмосферных осадков только в пределах океанов или материков. Некоторые факторы речного стока –влияние озер и болот на режим стока, леса, агротехнических и водных мелиораций тесно связаны с подземными водами.

Распределение подземных вод по территории и интенсив­ность их возобновления связаны с геологическим строением и географической зональностью. Оба этих фактора тесно перепле­таются, и не всегда возможно разделить их влияние. Комплекс компонентов природы (климат, почвенный покров, рельеф, растительность) оказывает существенное влияние на формирование подземного стока.

Геологическое строение заметно влияет на местный кругово­рот воды и на водный баланс при существенных его отклоне­ниях от обычных условий. Большое влияние оказывает карст. В закарстованных районах горные породы (обычно известняки или гип­сы) интенсивно выщелачиваются, в результате чего создаются пустоты, подземные туннели, пещеры, в которых свободно цир­кулирует вода, просочившаяся с поверхности.

В условиях полностью закарстованной, легко проницаемой территории вода быстрее просачивается вглубь, в меньшем объ­еме задерживается в верхних слоях горных пород и тем самым лучше сохраняется от испарения. Это способствует повышению стока в основном за счет устойчивой части подземного проис­хождения.

№24

Виды воды в горных породах и минералах. Свойства каждого вида.Различают следующие виды воды в породах и минералах: 1)связанную; 2) свободную; 3) в виде пара; 4) в твердом состоянии. Различают холодный пар, мигрирующий с воздухом атмосферы, и пар диффундирующий из атмосферы в почвы. Холодный пар поступает в карстовые полости, зияющие трещины и пустоты пещер, охлаждаясь, он может конденсироваться на холодных стенках пород и переходить в жидкую или твердую фазу. Диффундирующий из атмосферы пар перемещается от слоев с более высокими температурой и упругостью (летом) в более глубокие слои с низкой температурой. Связанная вода делиться на химически связанную и физически связанную. Химически связанная вода может быть только в минералах. Физически связанная воды бывает прочносвязанная (гигроскопическая) и рыхлосвязанная (пленочная). Гигроскопическая – поглощенная породой из воздуха, она не подчиняется силе тяжести не передает гидростатическое давление, не обладает растворяющей способностью , замерзает при температуре – 78 недоступна растениям. При нагревании породы до 100-105 полностью удаляется. Пленочная вода образуется при конденсации водяных паров. Она покрывает тонкой пленкой поверхности отдельных частиц породы сверх слоя гигроскопической воды. Эта вода так же не подчиняется силе тяжести, не передает гидростатического давления и не замерзает при температуре -5 …-6. Движение пленочной воды происходит от более толстых пленок к более тонким, пленочная вода благоприятствует деятельности микроорганизмов, способствует почвообразованию. Свободная вода передвигается в горных породах под действием силы тяжести и выполняет большую механическую и химическую работу. Гравитационная вода передвигается по порам и пустотам под действием силы тяжести. Капиллярная способна подниматься в тонких трубках. Чем меньше диаметр, тем больше высота подъема. Различают льды, обособленные в отдельных телах, представляющие собой криогенные горные породы, содержащиеся в мерзлых горных породах, а также являющиеся цементом и породообразующими минералами.

 

№25

Формирования подземных вод. Классификация подземных вод по происхождению.

Формирование вод – длительный физико-химический процесс преобразования, происходящий на различных глубинах при различных температура и давлениях и включающий испарение и конденсацию, катионный обмен между водами и породами. Один из основных способов образования подземной воды — просачивание, или инфильтрация, атмосферных осадков и поверхностных вод. Просачивающаяся вода доходит до водоупорного слоя и накапливается на нем, насыщая породы пористого и пористо-трещинноватого характера. Кроме того, подземные воды формируются путём конденсации водяных паров. Выделяются также подземные воды ювенильного происхождения. Инфильтрационные подземные воды образуются из наземных вод атмосферного происхождения. Одним из главных видов питания их является инфильтрация, или просачивание в глубь Земли. Конденсационные воды образуются в результате конденсации водяных паров воздуха в порах и трещинах горных пород. Седиментогенные подземные воды- это высокоминерализованные (соленые) подземные воды в глубоких слоях осадочных горных пород. Происхождение таких вод, большинство исследователей связывают с захоронением вод морского генезиса, сильно измененных под влиянием давления и температуры. Магматогенные подземные воды, образующиеся непосредственно из магмы. В процессе кристаллизации магмы и образования магматических пород вода отжимается, по разломам и тектоническим трещинам поднимается вверх, поступает в земную кору и местами выходит на поверхность. Количество магматогенных вод незначительно.

№26

Состав подземных вод. Основные компоненты, содержащиеся в воде. Способы выражения и изображения химического состава. В природных водах обнаружено более 80 химических элементов. Наиболее широко распространены Cl^-, HCO₃^-, CO₂^2-, SO₄^2-, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, которые часто называют главными; их разнообразные сочетания определяют основные типы природных вод. В водах так же содержатся OH^-, F^-, NO₂^-, H⁺, NH₄⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Sr²⁺ и некоторые микроэлементы – йод, бром, бор, медь, свинец. Необходимо подчеркнуть, что малое содержание таких элементов как Si, Al и Fe объясняется их малоподвижностью и растворимостью. Главные ионы. Хлор – ион находится в воде в виде соединения хлористого натрия. Главный компонент солоноватых, соленых и рассольных вод, хлор вызывает засоление почв и грунтовых вод. Сульфат-ион в соединения с кальцием и магнием обуславливает жесткость воды (постоянную), заголяет почвы и грунтовые воды, ядовит для растений. Гидрокарбонатный ион – его появление вызывается растворением карбонатов Ca²⁺ и Mg²⁺. Этот ион обуславливает щелочность подземных вод. Натрий-ион широко распространен и сопутствует главным образом иону хлора, резе связан с сульфатными и гидрокарбонатными ионами. Все соединения натрия вредны для растений. Калий-ион содержание этого иона намного меньше чем натрия, это объясняется главным образом тем, что калий хорошо усваивается растениями. Кальций-ион и магний-ион очень широко распространены в водах, обуславливая важное свойство вод –их жесткость. Источником кальция являются гипс, известняка. Ионы магния поступают при растворении доломитов, мергелей, слюд. В водах железо присутствует в виде Fe²⁺, Fe³⁺, соединения железа придают воде неприятный вкус в питьевых водах допустимый предел – 0.3 мг/л. Газовый состав: обычно присутствуют кислород, водород, углекислый газ, азот и резже сероводород, аммиак, аргон. Органические соединения весьма широко распространены в подземных водах. Так же в подземных водах широко распространены микробы. В настоящие время принята ионная форма выражения химических анализов воды. Данные лабораторных анализов выраженные в миллиграммах на литр, подвергаются дальнейшей обработке. Для графического изображения химического состава вод пользуются различными геометрическими фигурами, на сторонах которых откладывают преобладающие шесть катионов и анионов.

№27

Общая минерализация подземных вод. Классификация подземных вод по минерализации и химическому составу.Минерализация подземных вод – общий вес содержащихся в воде минеральных веществ. Выделяются четыре группы подземных вод: 1) пресные - с общей минерализацией до 1 г/л; 2) солоноватые - от 1 до 10 г/л; 3) соленые - от 10 до 50 г/л; 4) рассолы - свыше 50 г/л. Обычно в гидрологической практике принято подразделять воды по химическому составу, т.е. по преобладанию того или иного иона. К преобладающим относят ионы, содержание которых в воде превышает 25% суммарного содержание анионов и катионов. В классификации Алекина все природные воды делятся по преобладающему аниону на три класса: гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные. Каждый класс разделяется на три группы по преобладающему катиону – кальцию, магнию и натрию.

№28

Жесткость подземных вод. Виды жесткости. Классификация подземных вод по величине общей жесткости, температуре и содержанию газов .Для пресной воды различают общую, временную и постоянную жесткость. Общая жесткость обусловлена содержанием в воде ионов кальция и магния. Временную жесткость придают воде карбонаты кальция и магния, осаждающиеся при кипячении воды в виде накипи. Разность между общей и временной жесткостью называют постоянной жесткостью, она связана с присутствием сульфатов и галоидов кальция и магния. Жесткость принято выражать в миллиграммах-эквивалентах на литр. Классификация вод по жесткости: очень мягкие <1.5; мягкие 1.5-3; жесткоумеренные 3.0-6.0; жесткие 6.0-9.0; очень жесткие >9. Классификация по температуре: исключительно холодные <0; весьма холодные 0-4; холодные 4-20; теплые 20-37; горячие 37-42; весьма горячие 42-100; исключительно горячие >100. Классификация по содержанию газов: 1) углекислые, содержание углекислого газа в углекислых водах колеблется от 500 до 3500 мг/л и более. Газ присутствует в воде в растворенном виде; 2) сероводородные; 3)радоновые; 4) радиевые.

№29

Условия залегания подземных вод в земной коре. Водоносный слой, горизонт, комплекс. Гидрологический этаж, гидрологический массив. По условиям залегания различают почвенные воды и верховодки, грунтовые воды и артезианские воды. В почвенном слое содержится влага, называемая почвенными водами. Эти воды, передвигающиеся под действием молекулярных, капиллярных и реже сил тяжести, во многом определяют плодородие почв. Верховодкой называются небольшие скопления вод временного, сезонного характера, имеющие гидравлическую связь с почвенными водами и залегающие на невыдержанных водонепроницаемых и слабопроницаемых слоях вблизи поверхности земли. Под грунтовыми водами понимают подземные воды, залегающие выше эрозионных вырезов на выдержанном водоупоре и имеющие общие черты формирования, питания и стока. Артезианские воды – воды залегающие в тектонических структурах, вогнутых или наклонных пластах, поднимающиеся над кровлей пласта в стволе скважины. Водоносный слой, горизонт— толща горной породы или почвы, поры и трещины которой заполнены подземной водой. Если наполняющая водоносный слой вода находится под напором, то водоносный слой называется артезианским или напорным. Толща водоносных и водоупорных пород, охватывающая крупное стратиграфическое подразделение, в котором по различным причинам нельзя выделить самостоятельных в гидравлическом отношение водоносных горизонтов, называют водоносным комплексом. Гидрологический этаж– крупное гидрологическое подразделение, представляющее собой совокупность водоносных комплексов, характеризующиеся определенной гидродинамической обстановкой и сходной минерализацией подземных вод.

Гидрологический массив-Большое скопление воды с разных источников, на больших территориях

№30

Классификация и характеристика подземных вод по условиям залегания и типу водосодержащих пород. Классификация: почвенные и верховодки, грунтовые, артезианские воды. Почвенные воды: геологическая деятельность грунтовых вод незначительно, однако агрономическое значение этих вод огромно, так как почвенная влага необходима для выращивания растений. Выделяют различные типы водного режима почв с разным значением коэффициента увлажнения (отношение осадков к испарению и оттоку). КУ=> 1 – мерзлотный, КУ>1 (тайга, лес, лесостепь) промывной, КУ<1 (сухие степи, полупустыни) непромывной. Верховодка: накопление верховодки обычно происходит весной при оттаивании почвы и уменьшении мерзлого слоя; осенью – после периода длительных дождей. Обычно верховодка встречается в суглинках и лессовидных отложениях, на водораздельных плато. Грунтовые воды – эти воды обычно имеют свободную поверхность, так как выше залегают проницаемые породы, зоны аэрации и являются первыми от поверхности. Особенности: Залегают вблизи поверхности земли; питание происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков и снеговых вод, фильтрация из рек, озер и каналов, конденсация водяных паров; глубина залегания, температура, минерализация и т.д. подвержены месячным, годовым и многолетним колебаниям; Артезианские воды: исключительная черта – напор над поверхностью кровли пласта. Возникновение артезианских вод возможно при сочетании 3 компонентов: 1) воды поступающие из области питания (атмосферные осадки +поверхностные воды); 2) воды поступающие при понижении давления в пласте; 3) воды отжимаемые в результате уплотнения водоносных пород.Трещинные воды – воды содержащиеся в трещинах Залегают в скальных породах (гранитах, песчаниках).. Воды, приуроченные к подземным каналам, и большим пустотам образующиеся в результате выщелачивания водами осадочных горных пород называются карстовыми. Залегают в растворимых породах (известняках, доломитах, гипсах и др.).Поровые воды — залегают и циркулируют в четвертичных отложениях: в песках, галечниках и др. обломочных породах.

№31

Скважность и пористость горных пород. Виды скважности. Пористость и коэффициент пористости. Под скважностью породы понимают совокупность пустот всех размеров и форм. По размеру скважность делиться на капиллярную (пористость) и некапиллярную. Некапиллярные пустоты имеют диаметр: >2 (каверны, трещины); 2-0.5 (сверхкапиллярные); Капиллярные 0.5-0.002; субкапиллярные <0.0002. Пористостью называют отношение объема пор к объему всего образца породы, а коэффициент пористости отношение объема пор к объему скелета породы или к объему только его твердой части.Коэффициент пористости е определяется по формуле

, (A.5)

где ρs — плотность частиц грунта, г/см3;

ρd — плотность сухого грунта, г/см3.

№32

Движение гравитационных подземных вод. Инфильтрация, инфлюация, фильтрация. Основные виды и законы движения подземных вод. Фильтрация представляет собой сложный процесс движения гравитационных вод в пористых, трещиноватых и закарстованнх породах а условиях их полного насыщения водой. В динамике подземных вод этот процесс рассматривается как движение сплошной массы воды без выделения движения отдельных ее частиц. Движение гравитационных вод в условиях неполного насыщения водой пород зоны аэрации называетсяинфильтрацией. Она делиться на свободное просачивание и нормальную инфильтрацию. При свободном просачивание вода движется в виде отдельных струек через зону аэрации под действием гравитационных сил. При нормальной инфилтрации вода движется вниз сплошной массой. Инфлюация – втекание атмосферных вод в толщу земной коры. При ламинарном движение между скоростью фильтрации и силами сопротивления (напорным градиентом) I существует линейная зависимость: v=kI к – коэффициент фильтрации, численно характеризующий водопроницаемость водоносной породы. Коэффициент фильтрации представляет собой скорость фильтрации при напорном градиенте равным 1 и следовательно имеет размерность метр в сутки или сантиметры в секунду. При турбулентном движении силы сопротивления I пропорциональны квадрату скорости фильтрации: v=k_вI^1/2 k_в – коэффициент водопроницаемости трещиноватой или закарстованной породы. В зоне аэрации воды передвигаются в жидком или парообразном состоянии. Пленочная вода медленно мигрирует под влиянием молекулярных сил с частиц, имеющих большую толщину пленки воды, на частицы с меньшей толщиной. Капиллярные воды передвигаются в любом направление под влиянием капиллярных сил и вниз под действием силы тяжести. Диффундирующий из атмосферы пар перемещается от слоев с более высокими температурой и упругостью (летом) в более глубокие слои с низкой температурой.

№33

Коэффициент фильтрации - показатель водопроницаемости, равный скорости фильтрации воды сквозь породу при напорном градиенте, равном единице. Методы определения: Определение по эмпирическим формулам. Для определения водопроницаемости песчаных относительно однородных пород получены эмпирические формулы k=Cd_e²(0,7+0,03t) где: k – коэффициент фильтрации, С – эмпирический коэффициент зависящий от степени однородности и пористости породы, d_e – эффективный или действующий диаметр частиц (численно равен диаметру частиц в песке, меньше которого в породе содержится 10% частиц всех размеров), t – температура воды от которой зависит ее вязкость. Лабораторные методы. В приборы различной конструкции помещают образец горной породы с нарушенной или ненарушенной структурой. Есть приборы в которых не учитывается внешнее давление (для песков и супесей) и есть в которых учитывается (для связанных набухающих суглинистых или глинистых пород). Полевые методы. Эти методы определения коэффициента фильтрации дают наиболее надежные результаты. К ним относятся: опытные откачки из скважин и колодцев, наливы вожжа в шурфы и скважины, нагнетание воды в скважине, наблюдение за развитием депрессионной кривой востанновления уровня.

№34

Скважины совершенные и несовершенные. Дебит, удельный дебит, кривые депрессии. Совершенные скважины - пройденные через всю толщу водоносного пласта и оборудованные таким образом, что приток воды обеспечен из всего водоносного пласта. Дебит скважины — объём продукции, добываемой из скважины за единицу времени. Удельный дебит скважины - количество воды, выдаваемое скважиной при откачке или самоизливом (в л/сек) при понижении уровня воды в ней на 1 м. Кривая депрессии — линия, характеризующая уровень грунтовых вод в плоскости движения воды.

№35

Установившееся и неустановившееся, равномерное и неравномерное движение подземных вод. При установившемся движении расход потока во времени не меняется. При равномерном движении скорость воды в любом поперечном сечении потока – величина постоянная. В природных или измененных деятельностью человека условиях преобладает неустановившееся неравномерное движение. Но чаще всего изменения расходов во времени и скорости по потока незначительны. Q=BhkI (B, h) определяют при поверхностных исследованиях.

№36

Классификация подземных вод по водопроницаемости (коэффициенту фильтрации). Изотропные и анизотропные, однородные и неоднородные горные породы.Количественно водопроницаемость горных пород оценивается коэффициентом фильтрации. В зависимости от величины водопроницаемости по различным направления породы могут быть изотропными и анизотропными. В первых водопроницаемость и коэффициент фильтрации не зависят от направления движения воды, во вторых значение коэффициента фильтрации в вертикальном и горизонтальном направлениях заметно различаются. Например, лёсс обладает более высокой водопроницаемостью в вертикальном направлении, а глины в горизонтальном. Породы могут быть однородными и неоднородными. Последнее относится в основном к зернистым породам: гранулометрический состав и пористость этих пород могут изменяться в каких-либо направлениях. Классификация по k: 1) Очень хорошо проницаемы галечники и гравий с крупным писком, сильно закарстованные известняки и сильно трещиноватые породы (k=100-1000); 2) Хорошо проницаемые галечники и гравий, частично с мелким песком; крупный песок; чистый среднезернистый песок; закарстованные, трещиноватые и другие породы (k=100-10); проницаемые галечники и гравий, засоренные мелким песком и частично глиной (k=10-1); 4) слабопроницаемы тонкозернистые пески, супеси; слабо трещиноватые породы (1-0.1); 5) весьма слабо проницаемые суглинки; очень слаботрещиноватые породы (k=0.1-0.001); 6) почти непроницаемы глины; плотные мергели и другие массивные породы (k<0.001).

№37

Типы потоков подземных вод: одномерные линейные, двухмерные профильные и плановые, трехмерные.Для расчетов расхода воды в фильтрационном потоке необходимо иметь представления о направлениях движения воды по его площади. В соответствии с направлениями движения воды фильтрационные потоки делятся на плоские и пространственные. В одномерных потоках линии тока параллельны и в плане и в разрезе. Двухмерные плоские потоки могут быть плановыми и профильными. В первых потоках движение воды в одном направлении происходит только по глубине потока, а во вторых только по его площади. Наиболее сложный пространственный или трехмерный фильтрационный поток: линии тока в нем взаимно не параллельны ни в плане ни в разрезе.

№38

ткачка подземных вод. Пробные, опытные, опытно-эксплуатационные, кустовые и групповые откачки. Водопроницаемость грунтов в зоне насыщения и водобильность водоносных горизонтов чаще всего определяется с помощью откачек из скважин. Пробные откачки кратковременны, и проводятся из скважины, шурфа (вертикальная горная выработка небольшой глубины) или колодца на одно понижение и дают предварительные данные о водообильности водоносных пластов и дебитах скважин. Опытно-эксплуатационные откачки проводят из одной или нескольких скважин для оценки степени изменения во времени дебита скважин и качества воды. Длительность таких откачек от 1 до нескольких месяцев. При групповых откачках воды откачивают из 2 и более скважин для изучения из взаимодействия. Опытные откачки проводят из одиночных кустов скважин (одна центральная скважина и несколько наблюдательных) проводят не меньше чем на 2-3 понижения продолжительностью до 4 суток. При кустовыхоткачках забор воды производится из центрально скважины. При каждом понижении уровня воды через определенные интервалы времени измеряют количество откачиваемой в единицу времени воды и динамические уровни воды в центральной и во всех наблюдательных скважинах.

№39

Скорость фильтрации и действительная скорость фильтрации, их взаимозависимость, методы определения скорости фильтрации. Скорость фильтрации величина равная отношению расхода к площади попреречного сечения потока F₀: v=Q/F₀ Для определения действительной скорости движения воды U расход Q следует разделить на площадь водоносной породы F₀h_a: U=Q/ F₀h_a Учитывая предыдущую зависимость запишем: U=v/h_a. Поскольку h_a всегда меньше 1, то U>v.

№40

Методы определения направления и скорости движения подземных вод. Направления движения можно установить по карте гидроизогипс: оно перпендикулярно к гидроизогипсам. При отсутствие карты гидроизогипс оно определяется по трем скважинам или колодцам, расположенных по углам равностороннего треугольника со стороной 50-100 м. В каждой скважине (колодце) определяется абсолютная или относительная отметка уровня подземных вод, а затем в пределах площади треугольника строятся гидроизогипсы. Для вычисления скорости движения подземных вод в подземные воды через одну скважину запускают те или иные индикаторы и следят за их появлением в другой скважине, расположенной ниже по потоку. Зная расстояние между пусковой и наблюдательной скважиной и время, через которое индикатор был обнаружен, получают некую среднюю действительную скорость движения подземных вод.

№41

Полевые методы дают возможность изучения свойств грунтов в больших объемах и в условиях их естественного залегания. В то же время производство полевых определений требует относительно сложного оборудования и значительных объемов подготовительных работ. Кроме того, в большинстве случаев полевые определения не позволяют моделировать условия работы грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружений, что осложняет прогнозную оценку поведения грунтов как среды или основания сооружения.

При проведении полевых испытаний для определения проницаемости грунтов, расположенных ниже уровня грунтовых вод, необходимо учитывать литологическое строение пласта (однородная) и набор пласта, форму и размеры пласта в плане, режим поверхностных и подземных вод (уровенный, химический и температурный), режим проведения испытаний (установившийся, неустановившийся и квазиустановившийся) при постоянном дебите ( ) или при постоянном понижении уровня воды в опытной скважине ( ), конструкции скважин и размещение водоприемной части скважин в пласте.

.№41

№42

№43

Режимы подземных вод. Типы режима и их характеристика. Режим подземных вод – это процесс происходящий в определенных условиях под действием природных и искусственных факторов. Климатический тип режима. Главным факторами климатического режима являются атмосферные осадки, температура и дефицит влажности воздуха. Наблюдается он на участках, удаленных от водостоков и водоемов при небольшой глубине залегания уровня грунтовых вод. Гидрологический тип режима. Характерен для участков, прилегающих к водотокам и водоемам. Колебания уровня грунтовых вод следуют иногда с некоторым отставанием за колебаниями уровней воды в водостоках в период паводков на реке происходят подпор и питание грунтовых вод речными. В межень грунтовые воды обычно питают реки. Гидрогеологический тип режима. Распространен на участках, удаленных от водотоков и водоемов, с глубокими залеганием уровня грунтовых вод (более 8 метров), в пределах недостаточно влажной и сухой зон при условии, что зона аэрации сложена слабопроницаемыми породами (лёссы, суглинки, супеси). Он характерен и для напорных и межпластовых ненапорных вод. Колебания уровня грунтовых вод в течение года обычно незначительны. Предгорный, карстовый или режим поглощения распространен в районах с открытым карстом, в пределах конусов выноса и предгорных равнин, с преобладающими в разрезе гравийно-галечными отложениями. Неравномерное поглощение атмосферных осадков и поверхностных вод в сочетании с интенсивным подземным стоком приводит здесь к резким колебаниям грунтовых вод. Режим напорного питания наблюдается на участках, где главным фактором режима является питание грунтовых вод снизу, за счет напорных вод. Режим грунтовых вод следует режиму подстилающего горизонта и напорных вод. Смешанный тип режима имеет место на участках, где на режим подземных вод в равной степени влияет несколько отмеченных выше природных факторов.

№44

Баланс подземных вод (водный, солевой). Элементы баланса и методы их определения. Балансподземных вод представляет собой разность между приходом (питанием) и расходом воды в водоносном горизонте за определенный отрезок времени. Такой баланс называется водным. По аналогии с водным, солевой баланс представляет собой разность между суммой солей, поступивших в водоносный горизонт, и суммой солей, удаленных из него за определенный отрезок времени. Основные приходные элементы баланса грунтовых вод следующие: 1) питание грунтовых вод за счет инфильтрации атмосферных осадков (А₀); 2) питание грунтовых вод за счет фильтрации воды из каналов, водохранилищ и рек (Ф_к); 3) питание грунтовых вод при инфильтрации оросительных вод (О); 4) подземный приток (П₁); 5) питание грунтовых вод за счет перетекания из нижележащих напорных горизонтов (М); 6) питание грунтовых вод за счет конденсации паров воды в зоне аэрации (К). К основным расходным элементам баланса грунтовых вод относятся: 1) испарение с поверхности грунтовых вод (И); 2) транспирация воды растительностью (Т); 3) отток в дренирующие сооружения (Д); 4) подземный отток за пределы участка (П₂); 5) расход грунтовых вод на питание нижележащих водоносных горизонтов (Г); 6) водоотбор при откачке из скважин (Q_отк).

µΔH= (А₀+Ф+О+П₁+М+К)-(И+Т+П₂+Г+Д+Q_отк)/S где µ - коэффициент водоотдачи ΔH- среднее изменение уровня грунтовых вод на балансовом участке. В общем случае взяв за основу водный баланс грунтовых вод, величину каждого элемента баланса следует умножить на концентрацию солей и полученные данные алгебраически сложить. Солевой баланс показывает направленность гидрогеологических процессов, ведущих к засолению или рассолению. Можно выделить 2 группы методов изучения и определения баланса грунтовых вод. Первая группа использует общий водный баланс участка. Определение элементов этого баланса производится экспериментально или расчетом по эмпирической формуле. Вторая группа методов основана на гидродинамическом анализе режима грунтовых вод и решении дифференциальных уровнений неустановившегося движения. Основные элементы водного баланса определяются с использованием результатов режимных наблюдений. При расчетах необходимо иметь основные гидрологические параметры – коэффициенты водоотдачи, уровнепроводности, пьезопроводности, и фильтрации.

№46

Запасы, ресурсы и охрана подземных вод. Категории запасов. Зоны санитарной охраны. Запасы и ресурсы подземных вод подразделяются на следующие виды: 1) естественные запасы и ресурсы; 2) искусственные запасы и ресурсы; 3) привлекаемые ресурсы; 4) эксплуатационные запасы и ресурсы. Естественные запасы – это объем гравитационной воды в пласте. Естественные ресурсы – количество воды поступающей в водоносный горизонт в естественных условиях в результате инфильтрации атмосферных осадков, фильтрации из рек озер и водохранилищ и т.д. Ресурсы выражаются в единицах расхода. Искусственные запасы – это объем воды в пласте поступающий из водохранилищ, оросительных систем каналов и фильтрационных бассейнов. Искусственные ресурсы подземных вод представляют собой питание водоносного горизонта за счет фильтрации вод из рек, каналов, водохранилищ, с массивов орошения. Привлекаемы ресурсы – это увеличение питания вод при эксплуатации водозаборов за счет повышения скорости фильтрации в пласте и перетекания из смежных водоносных горизонтов при эксплуатации грунтовых вод. Категории: 1) категория А запаса разведаны и изучены весьма детально; 2) категория В запасы подземных вод изучены с детальностью, обеспечивающей выяснение основных условий залегания, питания и режима; 3) категория C₁ запасы разведаны и изучены в общих чертах по данным откачек или по расчетной экстраполяции; 4) С₂ запасы установленные на основании общих гидрогеологических данных. Для охраны пресных подземных вод выделяют особые участки – зоны санитарной охраны, на территории которых устанавливается строгий санитарно-эпидемиологический режим и осуществляются мероприятия по охране вод. Первая зона – зона строго режима – охватывает участок вокруг водозабора радиусом не менее 30 м. при использовании артезианских вод и не менее 50 при использовании грунтовых. Здесь запрещается возведение построек, за исключением тех, которые имеют непосредственное отношение к водозабору.Вторая зона – зона ограничений –охватывает устанавливаемую санитарно-техническим обследованием территорию в области питания водоносного горизонта, где может происходит загрязнение источника. Третья зона включает территорию, смежную со второй зоной. Границы ее устанавливаются в зависимости от характера водных источников. В этой зоне никаких ограничений не вводится, но осуществляется контроль за работой очистных сооружений.

№47

Агрессивность подземных вод. Факторы, обуславливающие агрессивность. Виды агрессивности в отношении бетона.Агрессивность – вредное (разъедающее) действие подземных вод на отделочные части и материалы сооружений, находящихся в зонах колебания их уровня. Разрушение бетона происходит: 1) в результате растворения и выщелачивание составных частей; 2) в связи с образование в бетоне новых соединений. Углекислая агрессивность заключается в разрушение бетона в результате растворения карбонатов кальция под действие агрессивной угольной кислоты. Нормы содержания углекислого газа в водах различны и зависят от условий, в которых происходит агрессия – проницаемости пород, напора воды, толщины конструкции и т.д. Максимальное содержание углекислого газа при большой скорости фильтрации около 3 мг/л при малых до 8.3 мг/л. Агрессивность выщелачивания появляется в виде растворения карбонатов кальция и вымывания из бетона гидрооксида кальция. В зависимости от конкретных условий вода считается агрессивной при минимальном содержании гидрокарбоната от 0.4 до 1.5 мг-экв/л. Сульфатная агрессивность наблюдается при большом содержании сульфат-ионов, в результате чего в бетоне образуются соли, приводящие к его вспучиванию и разрушению. Для обычного бетона агрессивная вода содержащая более 250 мг/л. SO₄^2-. Магнезиальная агрессивность – отмечается при высоких содержаниях ионов магния и сульфат-ионов, бетон при этом вспучивается и разрушается.

№48

Почвенные воды и верховодка. Условия формирования, режим. В почвенном слое содержится влага, называемая почвенными водами. Эти воды, передвигающиеся под действием молекулярных, капиллярных и реже сил тяжести, во многом определяют плодородие почв. Небольшие постоянные скопления воды образуются лишь в почвах болотного типа. Выделяют следующие виды увлажнения: атмосферное, грунтово-атмосферное, грунтово-атмосферное с дополнительными поверхностным/паводковым питанием. Выделяют различные типы водного режима почв с разным значением коэффициента увлажнения (отношение осадков к испарению и оттоку). КУ=> 1 – мерзлотный, КУ>1 промывной (тайга, лес, лесостепь), КУ<1 непромывной (сухие степи, полупустыни). Геологическая деятельность грунтовых вод незначительно, однако агрономическое значение этих вод огромно, так как почвенная влага необходима для выращивания растений. Верховодкой называются небольшие скопления вод временного, сезонного характера, имеющие гидравлическую связь с почвенными водами и залегающие на невыдержанных водонепроницаемых и слабопроницаемых слоях вблизи поверхности земли. Накопление верховодки обычно происходит весной при оттаивании почвы и уменьшении мерзлого слоя; осенью – после периода длительных дождей. Обычно верховодка встречается в суглинках и лессовидных отложениях, на водораздельных плато.

№49

Грунтовые воды. Условия формирования, режим. Карты изогипс. Под грунтовыми водами понимают подземные воды, залегающие выше эрозионных вырезов на выдержанном водоупоре и имеющие общие черты формирования, питания и стока. Эти воды обычно имеют свободную поверхность, так как выше залегают проницаемые породы, зоны аэрации и являются первыми от поверхности. Особенности: 1)залегают вблизи поверхности земли в рыхлых отложениях изменчивой мощности, преимущественно четвертичного возраста, дренируемых реками; 2) если пласт первый от поверхности и не полностью насыщен водой, то воды не напорные, а если пласт перекрыт слоями разными по проницаемости, то воды обычно напорные; 3)область питания совпадает с областью распространения, и питание происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков и снеговых вод, фильтрация из рек, озер и каналов, конденсация водяных паров; 4) глубина залегания, температура, минерализация и т.д. подвержены месячным, годовым и многолетним колебаниям; 5) подземный сток этих вод обычно направлен от водоразделов к речным долинам, где осуществляется разгрузка в реки; 6) режим грунтовых вод – инфильтрация и боковой приток, отток и испарение, а так же баланс, условия формирования и стока обычно тесно связаны с современным климатом, рельефом и поверхностными водами. Гидроизогипсы представляют собой лини, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными или относительными отметками уровней ненапорных, обычно грунтовых вод.

№50

ТРЕЩИННО-КАРСТОВЫЕ ВОДЫ — подземные воды, залегающие и циркулирующие в трещиноватых и закарстованных горных породах. Для трещинно-карстовых вод характерны турбулентное движение и относительно большие ресурсы вод. При проходке выработок и добыче полезных ископаемых без применения водозащиты трещинно-карстовые воды проявляются в виде повышенных водопритоков и мощных внезапных прорывов (часто вызывающих затопление выработок). Горные работы в области трещинно-карстовых вод вызывают также развитие депрессионной поверхности подземных вод на большой площади и истощение водных ресурсов. Трещинно-карстовые воды, благодаря повышенной водоотдаче и хорошей дренируемости закарстованных и трещиноватых массивов, содержащих воды, широко используются в народном хозяйстве для питьевого и технического водоснабжения. благодаря повышенной водоотдаче и хорошей дренируемости закарстованных и трещиноватых массивов, содержащих воды, широко используются в нар. x-ве для питьевого и техн. водоснабжения. Карстовые воды. Вода растворяет многие минералов и горных пород — известняки, доломиты, гипс, разнообразные соленосные отложения, распространенные в земной коре. Так, по Г. А. Максимовичем, в пределах всей суши карбонатные породы занимают около 40 млн. квадратных километров, гипс и ангидрит — 7 млн. квадратных километров, соленосные породы — до 4 млн. квадратных километров.

Подземная вода, циркулируя сложными путями в горных породах и взаимодействуя с растворимыми образованиями литосферы, растворяет и разрушает их. В результате формируются каверны — сложные каналы и полости, которые называются карстом. Процессы растворения и выщелачивания горных пород текучими водами получили название от провинции Карст, расположенной на берегу Адриатичиого моря в пограничной зоне между Югославией и Италией. Здесь на плоскогорье, составленном из меловых известняков, карст характеризуется разнообразными формами, которые способствуют поглощению не только атмосферных осадков, но и рек.

В районах распространения закарстованных пород возникают многочисленные весьма характерные формы рельефа: воронки, провалы, казни, попоры, карстовые колодцы, исчезающие реки и т. д. Одним из первичных форм карстового рельефа являются кары — длинные причудливой формы бороздоподобные углубление на поверхности легкорастворимых пород. Причиной их образования является сильная первичная трещиноватость пород, карстуются, главным образом известняка. Атмосферные осадки, стекая по такой поверхности и постепенно расширяя, углубляя трещины, образующие кару поля. Глубина таких борозд не превышает нескольких-десятков сантиметров, но иногда она достигает 1-2 м.

При определенных условиях на участке каров, поля могут образоваться понуры — сложные формы рельефа. Попоры — это входные отверстия вертикальных каналов, которые поглощают поверхностную воду и отводят ее на глубину. Чаще всего они образуются на месте крупных тектонических трещин и иногда достигают большой глубины. Как правило, эти образования не встречаются самостоятельно, а сочетаются с другими карстовыми формами: воронками, колодцами.

№51

Артезианские воды залегают в водопроницаемых грунтах, заключенных между водонепроницаемыми слоя­ми, заполняют все пустоты в пласте и находятся под на­пором. Поэтому в артезианских скважинах уровень во­ды поднимается выше отметки вскрытия и часто выше поверхности земли. В последнем случае скважины фон­танируют. Для орошения используют в основном грун­товые и артезианские воды.

НАПОРНЫЕ ВОДЫ — подземные воды, находящиеся под давлением, значительно превышающим атмосферное, и приуроченные к водоносным горизонтам, залегающим между водоупорными (слабопроницаемыми) пластами в пределах сравнительно крупных геологических структур (синеклиз, моноклиналей и др.). Пьезометрический уровень напорных вод при их вскрытии скважинами устанавливается выше контакта водоупорной кровли и водоносного горизонта. Величина напора определяется как разность отметок по вертикали пьезометрического уровня в данной точке и кровли залегания водоносного горизонта. При гидродинамических расчётах фильтрационных потоков величины напоров приводят к единому уровню, например уровню моря. По пьезометрической поверхности напорных вод определяют направление движения вод, уклон потока и другие параметры для решения задач гидродинамики.

При разработке полезных ископаемых в области развития напорных вод нередко наблюдаются водопритоки и внезапные прорывы подземных вод, для борьбы с которыми применяют различные способы водозащиты горных выработок. В районах действующих шахт и карьеров эти мероприятия приводят к формированию крупных, нередко региональных воронок депрессии. Водоносные горизонты, содержащие напорные межпластовые воды, связаны с различными главным образом отрицательными структурами земной коры: синеклизами, мульдами, предгорными и межгорными прогибами и моноклиналями

Режим артезианских вод по сравнению с режимом грунтовых является более стабильным; пьезометрический уровень мало подвержен сезонным колебаниям; хорошая изолированность от природных и искусственных воздействий с поверхности Земли обеспечивает чистоту воды напорных водоносных горизонтов.

№54

Подземные воды в зоне многолетней мерзлоты и связанные с ними процессы. Многолетнемерзлыми породами называют горные породы, длительное время сохраняющие отрицательную температуру. Все подземные воды описываемой территории подразделяются на надмерзлотные, межмерзлотные, и подмерзлотные. Надмерзлотные воды.Чаще они приурочены к деятельного слоя, периодически промерзает и оттаивает. Выявляются воды летом в участках речных долин и на широких плоских водоразделах. Надмерзлотные ненапорные грунтовые воды, как правило, сосредоточиваются в породах дочетвертичного возраста. Пополнение их запасов происходит в основном за счет инфильтрации атмосферных осадков и оттаивания деятельного слоя, поэтому степень минерализации этих вод основном невысок. Для питья использовать эти воды нельзя из-за содержания в них различных загрязнений — органических соединений. Межмерзлотные воды по характеру вмещающих пород эти воды весьма разнообразны. Они нередко выходят на поверхность в виде родников с дебитом в десяки и сотни кубических метров в секунду. Воды напорные питаются за счет нижних подмерзлых артезианских вод. Подмерзлотные артезианские водышироко распространены. По минерализации они разнообразны – от пресных, используемых для водоснабжения, до рассолов. Вскрытие и эксплуатация этих во связана с рядом трудностей. Области питания вод различны – это удаленные от областей циркуляции нВ сотни километров плоскогорья в горах или сквозные талики под руслами больших рек и озер. Эти воды характеризуются пониженной температурой. Иное положение с восходящими водами молодых тектонических разломов, в которых циркулируют глубинные воды с температурой до 92 градусов.

№54

Свойства подземных вод. Физические, химические свойства и их оценка.Физические свойства: Температуравод меняется в широких пределах. Плотность, наибольшей плотностью вода обладает пр 4 градусах. Прозрачность это способность воды пропускать световые лучи, она зависит от содержания в воде механических примесей. Цветзависит от химического состава воды. Запахв большинстве случаев пресные подземные воды не имеют запаха. Воды богатые гуминовыми соединениями обладают особым болотным запахом. Вкусводе сообщают растворенные в ней минеральные вещества, газы, различные примеси. Радиоактивностьюобладают воды содержащие радиоизотопы урана, радона и радия. Химические свойства: жесткость и минерализации

№55

Подземные воды в ледниковых отложениях. Условия формирования, залегания, режим, баланс.Надморенные водоносные горизонты. Вмещающими породами являются неоднородные разнозернистые пески с гравием, галькой, с прослоями супесей и суглинков, представляющие собой частично перемытую морену, аллювиальные, флювиогляциальные, озерные и делювиальные отложения мощностью от 3 до 12 м. Водоупором служат пласты моренных суглинков и глин. Воды имеют тесную связь с атмосферой, дренируются речными долинами, в местах размыва происходит подпитывание подморенными водами. Уровни вод находятся вблизи поверхности земли, что часто способствует ее заболачиванию. Межморенные водоносные горизонты. Питание их происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков в верховьях оврагов. В долинах рек и в оврагах горизонты дренируются, образуя ряд мощных родников. Особенностью вод является наличие связи через «окна» в морене. Напоры меняются в значительных пределах в зависимости от глубины залегания пород. Воды дренируются речной сетью – уровни понижаются от водоразделов к долинам рек. Подморенный водоносный горизонт содержится в однородных мелкозернистых песках мощностью 2-3 м; сверху он перекрыт пластом донной морены. Нижний водоупор прерывистый. Воды обычно напорные: напоры над кровлей в зависимости от условий залегания изменяются от 10 до 60 м. Минерализация вод изменяется от 0.3 до 1 г/л а общая жесткость от 50 до 10 мг-экв/л. Воды гидрокарбонатные кальциевые.

№56

Подземные воды в речных долинах. Условия формирования, залегания, режим, баланс. Подрусловые воды. Современные и древние аллювиальные, а иногда и флювиогляциальные отложения больших рек обычно представлены крупно- и грубозернистыми гравелистыми песками и галечниками мощностью 25-60 м и содержат значительные запасы вод, широко используемых для водоснабжения. Режим грунтовых вод отличается непостоянством и зависит в первую очередь от водности реки, количества атмосферных осадков и глубины вреза долины в коренные берега. Известны случае дополнительного питания грунтовых вод за счет подтока напорных вод из подстилающих коренных отложений. Воды древних надпойменных террасВ долинах Волги, Оки, Днепра и Кубани выделяется до четырех надпойменных террас, сложенных песчано-глинистыми и гравийно-галечниковыми отложениями и содержащих большие запасы грунтовых вод. Глубина залегания вод колеблется от 10 до 50 м. Воды обычно пресные, с жесткостью до 10 мг-экв/л. Грунтовые воды речных долин, особенно при взаимодействии с водами рек, могут осложнить условия гидротехнического строительства и эксплуатации сооружений. Наиболее важно выяснить закономерности взаимодействия грунтовых и поверхностных вод. В общем виде выделяют 4 случая: 1) грунтовые воды постоянно питают реки; 2) река питает грунтовые воды; 3) на одном берегу реки грунтовые воды питают реку, а на другом наоборот; 4) подземные воды залегают ниже эрозионного вреза реки, и гидравлической связи с рекой нет. Наиболее частые 2 и 3 тип. Грунтовые воды пойменных террасШирина поймы Днепра ниже Киева составляет 20 км высота ее над урезом Днепра 3-5 м. В верхней части пойма сложена мелкоземистыми песками, а в кровле залегают супеси и торф. Мощность современного аллювия 15-20 м. Грунтовые воды залегают очень близко от поверхности земли (0.5-3 м). Основной источник питания – паводковые воды. Режим этой террасы характеризуется непостоянством и в значительной степени отражает режим Днепра и его притоков. Воды слабо минерализованные, гидрокарбонатные кальциевые, с сухим остатком 350-450 мг/л и жесткостью 6-7 мг-экв/л. Грунтовые воды дельт. Различают воды приморских дельт (Волги, Кубани, Урала) и воды материковых дельт, теряющиеся в песках пустыни. Наибольшее значение имеют воды приморских дельт. В дельтовых отложениях содержатся большие запасы грунтовых вод, своеобразных по составы, минерализации и режиму, мало зависящих от современного климата.

№57ываыв

№58

Горные породы как грунты. Минеральный и гранулометрический состав грунтов, их скважность и пористость. Состояние грунтов. Под грунтом понимается любая горная порода, современный осадок или почва, если они служат основанием, средой или материалом для каких-либо инженерных сооружений. Минеральный состав грунтов оказывает большое влияние на их свойства. Минералы в грунтах могут иметь различное происхождение, состав и свойства. По относительному содержанию в грунтах они делятся на главные (породообразующие), второстепенные(акцессорные), и случайные. Первые являются обязательной часть грунта и составляют его основную массу. Содержание акцессорных минералов обычно не превышает 5%. Случайные содержатся в рыхлых или мягко связанных грунтах в незначительном количестве. По условиям образования минералы в горных породах делят на первичные и вторичные. Первичныеобразуются из магмы и составляют основную массу магматических пород (кварц, слюды, полевые шпаты, роговая обманка и д.р.). Вторичные обычно образуются в процессе выветривания или метаморфизма и делятся в свою очередь на растворимые (галит, гипс, ангидрит, кальцит, доломит) и не растворимые (каолинит, монтмориллонит, тальк, графит, хлорит и т.д.). Гранулометрический состав характеризует размеры обломков и частиц в обломочных и глинистых грунтах. Содержание обломков или частиц в определенном диапазоне размеров выражается в процентах от общей массы сухого образца. По плотности минеральной части и плотности скелета можно вычислить показателискважности – пористости. В грунтах с жесткими структурными связями – скальных и полускальных – скважность представлена главным образом трещиноватость.

№59

Плотность грунтов. Структура и структурные связи. Плотность грунтов характеризуется тремя показателями: плотность минеральной части, плотность породы и плотность скелета. Плотность минеральной части это отношение массы твердой части грунта к объему твердой части грунта. Плотность грунта – масса скальной породы + масса воды/объем скальной породы + объем пор в грунте. Плотность скелета – масса твердой части/ объем твердой части + объем пор. В связанных грунтах существую связи между их элементами – кристаллами, агрегатами, обломками или частицами. Природа и прочность структурных связей в значительной степени определяют свойства грунтов. В магматических, в большей части метаморфических и в некоторых осадочных породах имеет место химическая связь, в основе которой лежат электрические силы взаимодействия между атомами с помощью валентных электронов. Грунты с химическими структурными связями отличаются высокой прочностью, слабой сжимаемостью и упругостью в определенном диапазоне нагрузок. В тонкодисперсных грунтах осадочного происхождения (глинистых и пылеватых) существуют молекулярная имолекулярно-электростатическая связи. Молекулярные силы притяжения действуют между твердыми телами, молекулами, атомами и ионами. Они значительно слабее химических. С увеличением расстояния прочность молекулярных связей снижается. Наиболее прочна молекулярная связь в сухих, уплотненных тонкодисперсных (глинистых) грунтах.Структура грунтов с кристаллизационными связями определяет степень их устойчивости при выветривании: мелкокристаллические грунты разрушаются в меньшей степени чем крупнокристаллические. Применительно к пылеватым и микрозернистым грунтам выделяют: макро-, мезо- и микроструктуру. Первая характеризует особенности структуры грунта по текстурным элементам, видимых невооруженным взглядом (зерна, чешуйки). Вторая определяется структурными элементами с размерами от нескольких миллиметров, до тысячных долей миллиметра. Микроструктура характеризуется элементарными частицами или их агрегатами в грунте размером менее 5 мкм.

№60

Влажность и водные свойства грунтов. Количество воды в грунте называется влажностью, которая характеризуется тремя показателями: весовой, объемной и коэффициентом водонасыщения. Весовой влажностью называют отношение массы воды к массе воздушно-сухого грунта. Объемная влажность представляет собой отношение объема воды к объему грунта. Эти виды влажности выражаются в процентах. Степень увлажнения характеризуется коэффициентом водонасыщения – отношением объема воды к суммарному объему пор. Водные свойства грунтов:Влагоемкост, водоотдача и недостаток насыщения, пластичность, набухание, усадка, липкость (способность грунтов при определенном содержании воды прилипать к предметам), водопрочность, растворимость (некоторые грунты частично растворяются подземными водами, в связи с чем увеличивается их водопроницаемость и ухудшаются физико-механические свойста), размягчаемость, стойкость (степень устойчивости грунтов против разрушающего воздействия выветривания).

№61

Пластичность, влагоемкость и водоотдача грунтов. Пластичность – свойство грунтов деформироваться (изменять форму) под действием внешнего давления и созранять приобретенную форму после его прекращения. При этом сплошность грунта не нарушается. Пластичностью обладают глинистые грунты. При увлажнении происходит переход от твердого состояния к пластичному, а затем в текучие. Нижний предел пластичности – влажность при которой грунт переходит из твердого состояния в пластичное, а верхний предел – влажность при которой из пластичного состояния грунт переходит в текучее. Разность между верхним и нижним пределом называется числом пластичности. Влагоемкость – способность грунта вмещать и удерживать определенное количество воды. Выделяют: полную, капиллярную, молекулярную, гигроскопическую влагоемкости. Полная влагоемксоть соответсвует объемной влажности грунта при полном насыщении водой, капиллярная – при насыщении капилляров и более мелких пор. Максимальная молекулярная влагоемкость - это общее количество физически связанной воды, а гигроскопическая – количество прочно связанной воды. Водоотдача – способность породы отдавать свободную воду. Численно она равна разности между полной и наименьшей влагоемкость. Коэффициент водоотдачи – отношение объема воды, свободно вытекшей из предварительно насыщенной породы, к объему этой породы.

№62

Набухание, усадка, водопрочность, и размягчение грунтов.Набухание – свойство грунта увеличиваться в объеме при увлажнении. Оно зависит от минерального и гранулометрического состава, структуры и текстуры грунта. Набухание происходит в мягких связных грунтах и объясняется образованием вокруг глинистых и коллоидных частиц связанной воды. Частицы при этом раздвигаются, связанность грунта понижается. Усадка – процесс уменьшения объема при высыхании. Это процесс обратный набухания наблюдается в набухающих грунтах, при этом происходит образование трещин, по которым грунт иногда разрушается. Водопрочность. Способность грунтов сохранять механическую прочность и устойчивость при взаимодействии с водой. Она характеризуется размокаемостью (процесс взаимодействия грунта с водой при погружении его в воду, при этом одни грунты разрушаются полностью, другие частично, а третью сохраняют свою текстуру) и размываемостью (способность грунтов отдавать частицы или агрегаты движущейся воде).Размягчаемость грунтов – свойство грунтов снижать свою прочность при увлажнении без видимых признаков разрушения и числено равно соотношению временного сопротивления грунта до и после насыщения водой.

№63

Механические свойства грунтов. Сопротивление грунтов сжатию и сдвигу. Исключительно большое внимание при определении качества грунтов отводится изучению их механических свойств. Эти свойства проявляются при действии на грунты внешней нагрузки, в частности давление от сооружений. Механические свойства подразделяют на деформационные, прочностные и реологические. Первые характеризуют поведение грунта при нагрузках, меньших критической, а вторые – при нагрузках, равных или больших критической. Реологическими свойствами характеризуется поведение грунтов во времени. Споротивление грунтов сжатию. При одноосном сжатии в скальных грунтах возникают упругие деформации, которые, восстанавливаются после окончания сжатия, и остаточные, связанные с наличием в грунтах микротрещин и не очень плотном примыканием частиц друг к другу. Для характеристики деформации используют модуль общей деформации и модуль упругости. Сжимаемость дисперсных грунтов зависит от гранулометрического и минерального состава, структуры связи и степени увлажнения. В глинистых грунтах сжатие под действием нагрузки происходит медленно и нередко неравномерно. Неравномерное сжатие грунтов наиболее опасно для сооружений.Сопротивление грунта сдвигу.Сопротивление пород сдвигу в общем случае зависит от сцепления и трения. Сцепление проявляется в основном в грунтах связанных, причем в скальных грунтах оно наибольше и обусловлено химическими связями. В мягких связных грунтах (глина, суглинок, лёсс, супесь) связность обусловлена цементирующим, склеивающим действием коллоидов и молекулярным сцеплением при непосредственном контакте частиц. Сопротивление сдвигу в этих грунтах оказывают вначале силы сцепления, а затем, когда сдвигающие нагрузки превысят их, силы трения между частицами. В рыхлых несвязных грунтах сопротивление сдвигу оказывают только силы трения.

№64

Общая инженерно-геологическая классификация грунтов. По типу структурных связей грунты делятся на 3 класса: А – грунты с жесткими структурными связями; Б – грунты с мягкими структурными связями; В – грунты, не имеющие структурные связи. Класс А.К этому классу относятся магматические, метаморфические и некоторые осадочные горные породы, а также часть искусственно улучшенных грунтов. В большинстве этих грунтов под действием различных геологических и инженерно-геологические процессов могут изменяться структура, текстура и минеральный состав, что отражается и на их свойствах, причем они ухудшаются. Подкласс А₁: грунты с прочными химическими связями (скальные), практически не сжимаемые, при превышении максимальной нагрузки происходит раздавление (при сжатии) или скалывание (при сдвиге). Подкласс А₂грунты со смешанными структурными связями или ослабленными химическими связями (полускальные). При сжатии в этих грунтах кроме упругих, возникают остаточные деформации, а при разрушении происходит раздавливание или скалывание. Класс Б.Грунты с мягкими структурными связями. К этому классу относят дисперсные осадочные глинистые, пылеватые и смешанные породы (глины, суглинки, лёсс, супеси), некоторые современные осадки (илы) и искусственные грунты. Они характерезуются молекулярными, водноколлоидными и смешанными связями. Эти грунты имеют наибольшее распространение в поверхностной части земной коры. Характерная особенность мягких связанных грунтов – изменение их свойств в зависимости от влажности. Проницаемость таких грунтов обычно высока, но водопроницаемость незначительна