-------------- -------------- -----------
Пластичность — способность гл. грунта деформироваться под действием внешнего давления без разрыва сплошности и сохранять приданную ему форму после снятия деформирующего усилия.
Это свойство проявляет глин. грунт нарушенной St — в определенном интервале влажности.
Альберт Аттерберг(Швеция) предложил:
Влажность, при которой грунт переходит из твердого состояния в пластичное, называют W нижн. Пред. Пластичн.- Wр.
Повышение влажности усиливает пластичные свойства, и при влажности на пределе текучести WL, грунт переходит в текучее состояние.
Разницу (интервал) между этими влажностями называют числом пластичности Iр. Iр=WL - Wр.
WL---WP---IP называют характерными влажностями грунта и выражают в процентах или долях единицы.
В пластичном грунте вся вода находится в связанном (пленочном) состоянии. Исчезновение пленок воды делает грунт твердым. Появление свободной воды нарушает структурные связи между минеральными частицами, и грунт оплывает (течет).
WL зависят от гранулометрического и минерального составов
глинистых грунтов и состава их обменных катионов.
Число пластичности используют для классификации грунтов в соответствии с ГОСТом 25100—95 глинистые, пылевато-глинистые, лессовые грунты и илы подразделяют по Iр на
супеси 0,01<1р< 0,07; суглинки 0,07<1р<0,17; глины 1р>0,17.
Показатель консистенции - IL: IL=(W—Wp)/(WL—Wp).
Этот показатель позволяет выделить разновидности грунтов по их консистенции (состоянию), например:
твердые, IL<0; пластичные, с 0< IL <1; текучие, с IL > 1.
Возможно и более дробное подразделение (ГОСТ 25100—95).
ВодостойкостьГлинистые грунты, насыщенные водой
размокают полностью, -частично, или сохраняют свою целостность в течение длительного времени (дни, месяцы).
В зависимости от этого различают грунты -неводостойкие,
слабоводостойкие и относительно водостойкие.
Примером неводостойких грунтов являются лессовидные суглинки. Морские глины в воде практически не распадаются.
Липкость. Эта способность грунтов обусловлена вязкостью и «клейкостью» пленочной воды, количество которой зависит от содержания глинистой фракции. Супеси и пески липкостью не обладают .
******
Классификационные и расчетные показатели свойств грунтов.
По своему назначению все показатели свойств грунтов можно разделить на две группы — -классификационные и расчетные.
Классификационные служат для отнесения грунта к тому или иному классу, -группе, подгруппе, типу, виду и разновидности.
Например, характер и прочность структурных связей позволяет разделить грунты на классы и группы и отнести их к скальным и нескальным; далее, по вещественному составу они разделяются на типы.
Виды – определяют с учетом размеров частиц и показателей свойств;
Разновидности - по количественным показателям вещественного состава, свойств и структуры грунтов.
Так, с помощью числа пластичности можно выделить разновидности глинистых грунтов: глины, суглинки, супеси и т. д.
Расчетными называют такие показатели свойств, которые необходимы инженеру-проектировщику для прогнозирования деформаций основания и расчета устойчивости сооружения.
К ним относятся: плотность, сопротивление сдвигу (С и ), модуль общей деформации, коэффициент поперечного расширения, коэффициент фильтрации, относительная просадочность, набухание и др.
Количественные значения показателей свойств подразделяют еще и по степени представительности, т.е. полноты отражения свойств некоторого грунтового объема, например пласта или его части.
По этому признаку выделяют три значения Показателей:
-частное (индивидуальное), обобщенное (нормативное или среднее),
расчетное.
Частноезначение получают как результат испытания. Оно характеризует свойства только в одной точке, а не отражает в целом свойства грунта из-за неоднородности его состава и структуры.
Некоторое множество частных значений из различных его точек обобщают и выводят статистически среднее значение показателя, которое обычно называют нормативным.
В большинстве случаев инженер-строитель вводит поправки на нормативные значения свойств, зависящие от ответственности ПГС и сложности ИГ-условий.
С учетом этих поправок получают расчетные значения показателей, которые используют в расчетах фундаментов сооружения.
При расчете оснований зданий и сооружений используют инженерно-геологические, карты и разрезы данного массива грунтов, на которых выделяют основные структурные единицы массива — инженерно-геологические элементы (ИГЭ), под которыми понимают -
объем однородного геол. тела (линза, пласт, зона разлома и т. д.), в пределах которого показатели состава, строения и свойств носят случайный характер.
В основе выделения ИГ-элементов лежит литологический принцип.
Дополнительно, методами математической статистики доказывают статистическую однородность выделенных ИГ-элементов.
Однако ИГЭ может и не совпадать с литологическими границами и, более того, в одном литологически однородном пласте, например в суглинках большой мощности, может быть несколько ИГЭ.
5.-7. ГИДРОГЕОЛОГИЯ
печать брош-12;2-х стор
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ И ИХ ОХРАНА
ОБРАЗОВАНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Вода, испаряется с поверхности и снова выпадает в виде осадков на землю и в море.
Часть воды: -стекает -испаряется -просачивается в почвы и ГП
Подземные воды движутся в порах, полостях и трещинах ГП.
Подземные воды образуются
--путем инфильтрации дождевых, талых вод в поры и трещины горных пород.
---конденсируется из воздуха, и частично стекает в землю, почву и нижние слои.
---виде туманов, инея, изморози
---отжимается из морских, лагун, лиманных и озерных илов,
- поступает в породы из магмы и лавы.
В горных породах вода присутствует в разных состояниях:
1) пары воды; движутся от большего парциального давления к меньшему
2) конституционная вода - в составе минералов пород например в гипсе, лимоните, опале и других минералах. Удаляется при 105оС.
З) связанная – пленочная - вокруг минералов слоем от нескольких до десятков молекул. Движется от толстых пленок к тонким под действием электрических сил;
4) капиллярная вода. движется под действием сил поверхностного натяжения.
5) свободная капельно-жидкая вода, передвигается под действием силы тяжести (гравитационная вода),
6)Лед.
Формирование состава подземных вод
Зональность: вертикальная и географическая
Подземные растворяют минералы и продукты их разрушения.
Подземные воды разделяют по минерализации и составу:
пресные <1 г/л, слабо солоноватые 1-3 г/л, солноватые 3-10 г/л, соленые >10 г/л, рассолы > 50 г/л
Состав поземных вод описывают содержанием ионов K, Са, Na, SO4, Cl …
Грунтовые воды (первый от поверхности в/горизонт, залегающий на постоянном водоупоре) закономерно меняют минерализацию, условия залегания, питания, режим, и химический состав.
Их состав изменяется в меридиональном и широтном направлениях в зависимости от климата, ландшафта, характера выветривания…
Географическая зональность с севера на юг:
---в тундре П/В залегают у поверхности, (< 0,2 г/л).
Состав HCOз---SiOз.
---в средней полосе М= 0,2-0,5г/л,
Состав HCOз--Ca+, реже- SO4- и Cl-.
---южные лесостепи М >1 г/л
Состав воды Cl- SO4, за счет роста S6+ и Сl-.
---в Причерноморье, Крыму, Средней Азии М=3-8 г/л и залегают на больших глубинах.
Состав SO4—Cl.
Состав и обилие подземных вод (ПВ) зависит от
климата<>пересеченности рельефа<>типа вмещающих пород
Он имеет еще и вертикальную зональность в горах:
-верхняя зона пресных вод <1 г/л НСОз-Са+
-средняя зона солоноватых вод 1-10 г/л преобл SO4 и Cl-
-нижняя зона соленых вод >10 г/л преобл Сl-Na+
формирование и распространение ПВ
==Область питания п/в - территория, на которой поверхностные воды просачиваются в землю.
==Область распространения п/в - площадь, в пределах которой они залегают.
==областью разгрузки п/в (дренажа или дренирования) - местность, где подземные воды выходят на поверхность земли.
==Зона аэрации - поверхностные слои пород, не содержащие свободных капиллярных и гравитационных вод.
Водоносный пласт – пласт горной породы, содержащий свободную (гравитационную) воду. Он обладает однородным литологическим составом и постоянной водопроницаемостью.
Водоупор - водонепроницаемый пласт горной породы.
Водоупорная кровля, ложе – относительно В-непроницаемый пласт, покрывающий (подстилающий) водовме-щающие породы.
---Водоносные пласты могут объединяться в водоносные горизонты.
Водоносный горизонт –близкие по составу и фильтрационным свойствам пласты водонасыщенных ГП.
Подземные воды классифицируют по следующим признакам:
условиям залегания грунтовые <> верховодка <> мжпластовые
по напорному режиму- напорные <> безнапорные
по режиму движения - поток <> бассейн
по форме потока – плоский <> радиальный
Верховые воды (почвенные) – подземные воды, залегающие спорадически в виде линз на местных водоупорах или находящиеся в подвешенном состоянии в зоне аэрации. Они постепенно опускаются вниз и пополняют собственно грунтовые воды, частично испаряются в атмосферу, или перемерзают.
Грунтовыми водами называют подземные воды со свободной поверхностью, накапливающиеся на первом от поверхности земли водоупоре.
Грунтовые воды отличаются от верховодки (почвенных вод) наличием постоянного водоупора и сплошностью занимаемого объема.
Они питаются атмосферными осадками, “верховодкой” и др. источников.
Площади питания и распространения грунтовых вод, как правило, совпадают.
-Грунтовые воды в отличие от верховодки существуют длительное время.
Свободную поверхность грунтовых вод называют депрессионной поверхностью или «зеркалом грунтовых вод».
Над депрессионной поверхностью располагаются капиллярные воды, называемые капиллярной каймой. Средние значения hk составляют в крупных песках до 0,15м, средних 0,15—0,35м, мелких 0,35м— суглинках и лёссах 3—4м. В глинах иногда достигают 8 м.
Глубина залегания грунтовых вод - расстояние между поверхностью земли и зеркалом.
Мощность водоносного пласта - расстояние между зеркалом грунтовых вод и водоупорным ложем.
Межпластовые подземные воды залегают между двумя водоупорными пластами. Их поверхность может быть свободна, либо ограничена водонепроницаемым пластом кровли.
Напорный режим формируется только в межпластовых подземных водах,
безнапорный – в грунтовых и межпластовых.
Типизация подземных вод по режиму движения
Бассейн грунтовых вод – водонасыщенные породы, грунтовая вода которых не движется и имеет горизонтальное зеркало. Располагаются в понижениях водоупорного ложа. Вода неподвижна.
При наклоне зеркала грунтовых вод образуется поток грунтовых вод;
Грунтовые воды испытывают трение о минеральные частицы. Поэтому скорость их меньше, чем открытых наземных вод.
С ростом водопроницаемости и уклона зеркала ПВ, растет скорость потока.
гидростатический напор «Н»
«Н» - характеризует полную энергию потока в сечении.
Она складывается из 1)Кинетической энергии, которая =>… 0,0
2)Потенциальной энергии
В частном случае Гидростатический напор равен абсолютной отметке УГВ над уровнем моря.
В общем случае «Н» определяется суммой
1)высотного положения точки над плоскостью сравнения- z и 2)гидростатическим давлением вышележащей жидкости(hp), выраженным «метрах:
H = hp + z = p/(m*g) +z
p =m*g*h = часть потенциальной энергии жидкости, обусловленная гидростатическим давлением. Н - измеряется в метрах.
Выбор плоскости сравнения произволен: уровень моря или подошва водоносного пласта.
Режим движения подземных вод
Водоносные пласты в этом аспекте делятся на напорные и безнапорные.
Рассмотрим межпластовые подземные воды. Они заключены между 2-мя водоупорами.
верхней границей водонасыщенных пластов является водоупор (например, глина)
Признак напорного водоносного пласта - свободный уровень подземных вод поднимется выше кровли пласта. В безнапорном – нет.
Основной закон движения подземных вод
Движение подземных вод происходит при наличии разности гидростатических напоров (уровней свободной поверхности подземн. вод).
Фильтрация в водонасыщенных грунтах при ламинарном режиме движения подчиняется закону Дарси:
Q = Кф х F х dH / L = Кф х F х I или V= Кф х I
Напорный( гидравлический) градиент I = dH/L, безразмерный
Cкорость фильтрации пропорциональна напорному градиенту в первой степени (при ламинарном движении).
Коэффициент фильтрации — это скорость фильтрации при напорном градиенте, равном единице, [м/сут]
Для определения градиента напора удобна карта гидроизогипс. Гидроизогипсой называют линию равных отметок уровня подземных вод (или равных гиростатических напоров).
Форма потока грунтовых вод.
Поток может быть плоским : линии тока воды параллельны друг другу, например движение подземных вод в сторону реки, траншеи;
- радиальным: линии тока сходятся к точке или расходятся от нее, например приток воды к колодцу, скважине, котловану.
Расход плоского потока подземных вод
Пример: движение подземных вод к траншеям, штольням и др.
Расход грунтового (безнапорного) потока в однородных пластах.
Условие: водоупор горизонтальный, пласт однородный.
Расход от сечения I к сечению II определяется так:
Q = Кф* F*I = Кф*B*hср*Iср
Q= Кф*В*(H+h)/2* (H-h)/R,
Удвоим расход, поскольку вода течет с 2-х сторон.
где R- радиус влияния дренажной траншеи. Его вычисляют так: _______
R= 2S*/(H*Kф)
Q= Кф*В*(H2-h2)/R,
где S –понижение уровня воды в дрене (скважине), Н-мощность водоносного пласта, h-мощность слоя воды в дрене
ПРИТОК ВОДЫ К ВОДОЗАБОРНЫМ СООРУЖЕНИЯМ
Водозаборное сооружение производит захват (забор) подземных вод для водоснабжения, и других целей (водоотведение…).
Существуют различные типы подземных водозаборных сооружений: вертикальные <> горизонтальные <> лучевые/
Вертикальные водозаборы: буровые скважины и шахтные колодцы,
Горизонтальные водозаборы: — траншеи, галереи, штольни,
Лучевые — водосборные колодцы с водоприемными лучами-фильтрами.
Тип водозаборного сооружения выбирают, исходя из
--глубины залегания водоносного пласта,
--его мощности, состава ГП
--производительности водозабора.
Водозаборы, состоящие из одной скважины, колодца и т. д., называют одиночными, а из нескольких — групповыми.
Интенсивный водозабор из скважин, колодцев, шурфов и т. д. называют откачкой.
Понятие о депрессионной воронке и радиусе влияния
При откачке воды из скважин вследствие трения воды о частицы грунта происходит воронкообразное понижение уровня. Образуется депрессионная воронка, имеющая в плане форму, близкую к кругу по вертикали – депрессионные кривые.
Знание размеров депрессионной воронки позволяет
--оценить Кф -- выделить зоны санитарной охраны,
--определить причины загрязнения источника водоснабжения и др.
Радиус депрессионной воронки называется радиусом влияния (R). зависит от водопроницаемости пород.
гравий и песок, имеют широкие воронки,
суглинки - имеют воронки с небольшим R.
Определение радиуса влияния (R).
В первом приближении используют формулу Кусакина для определения R в безнапорном водоносном пласте при установившейся фильтрации:
______
R = 2*S (H*Kф)
Формула Зихардта применяется для напорных водоносных пластов