Основы инженерной геологии

Движение гравитационной воды через породы зоны аэрации при просачивании атмосферных осадков, оросительных и поверхностных вод называется инфильтрацией.

Полностью насыщенные водой горные породы составляют зону насыщения или фильтрации.

Движение гравитационной воды в пористой среде называется фильтрацией. Это основная форма движения подземных вод, являющаяся объектом изучения в гидрогеологии.

Способность фильтровать свободную воду зависит от размеров трещин и пор, определяющих водопроницаемость горных пород.

К водопроницаемым относятся зернистые и обломочные горные породы, а также трещиноватые скальные породы.

Водоупорные породы - это глины, илы, соль, мергели, монолитные скальные породы.

Полупроницаемые породы - глинистые пески, суглинки, супеси, торф и др.

Происхождение подземных вод

По происхождению подземные воды делят на:

1) инфильтрационные;

2) седиментационные;

3) конденсационные;

4) ювенильные.

Их источниками являются:

1) дегазация мантии;

2) синтез воды в верхних слоях атмосферы;

3) поступление из космоса вместе с метеоритами.

Тест для самоконтроля к УЭ №8

Выберите правильный ответ.

1. Если вода, испарившись с поверхности суши, выпадает в виде осадков здесь же, то круговорот называется ….

а) малым;

б) большим;

в) внутриматериковым.

Р=3

2. Вода, обволакивающая частицы породы слоем в несколько молекул, называется ….

а) парообразной;

б) гигроскопической;

в) пленочной.

Р=3

3. Движение гравитационной воды в пористой среде называется ….

а) фильтрацией;

б) инфильтрацией;

в) разгрузкой.

Р=3

4. Площадь, под которой залегают подземные воды, называется ….

а) областью дренажа;

б) областью питания.

в) областью распространения;

Р=3

5. Из перечисленных горных пород выберите водоупорные.

1) обломочные горные породы;

2) соль;

3) глины;

4) монолитные скальные породы.

5) торф;

Р=5

Литература

1. Дружинин. М.К. Основы инженерной геологии. М.: Недра, 2005. С. 89-91.

2. Швецов Г.И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Высшая школа, 2004. С. 39.

УЭ № 9. Напорные и грунтовые воды

			К	v
1	2	2	0,5	1

Форма организации учебных занятий: модульный урок.

После изучения УЭ Вы будете:

иметь представление:

- о напорных и грунтовых водах;

знать:

- основные типы подземных вод.

Входной тест к УЭ № 9

Выберите правильный ответ.

1. Местность, где подземные воды выходят наружу, называется ….

а) областью питания;

б) областью распространения;

в) областью дренажа (разгрузки).

Р=3

2. Водопроницаемость горных пород зависит ….

а) от размера частиц породы;

б) от размера трещин и пор;

в) от минералогического состава.

Р=3

3. Вода, передвигающаяся в порах и трещинах под действием силы тяжести, называется ….

а) капиллярной;

б) гигроскопической;

в) парообразной;

г) гравитационной.

Р=4

4. Поверхностные слои пород, не содержащие свободных капиллярных и гравитационных вод, называются ….

а) зоной аэрации;

б) зоной фильтрации;

в) зоной капиллярной каймы;

г) областью выклинивания подземных вод.

Р=4

Классификация подземных вод

Таблица 3

Типы подземных вод	Соотношение областей метания и распространения подземных вод	Приуроченность подземных вод (распространение залегания)
По характеру водовмещающей среды	По наличию напора
Почвенные	Не напорные	Совпадают	Почвы, надмерзлотные талики
Болотные	То же	То же	Торф, ил, сапропель, отложения марей
Верховодка	То же	То же	Поверхностные отложения, надмерзлотные слои
Грунтовые	То же	То же	Поверхностные отложения, надмерзлотные слои, крупнообломочные
Межпластовые	То же	Не совпадают	Водопроницаемые породы между пластами водоупорных пород
Артезианские	Напорные	То же	Водопроницаемые породы между водоупорными пластами в складчатых структурах. Некоторые межмерзлотные и подмерзлотные слои

Характеристика основных типов подземных вод

Почвенные, болотные и верховые воды не образуют сплошного водоносного горизонта и залегают в виде линз на местных водоупорах или находятся в подвешенном состоянии в зоне аэрации. Эти воды под действием силы тяжести постепенно опускаются вниз и пополняют грунтовые воды, в сухое время года частично или полностью испаряются в атмосферу, а зимой - перемерзают.

Грунтовыми водами называются - подземные воды со свободной поверхностью, накапливающиеся на первом от поверхности земли водоупоре. Они характеризуются следующими особенностями:

1) имеют свободную поверхность, которая называется зеркалом (или уровнем грунтовых вод), и водоупорное ложе;

2) питание их осуществляется за счет инфильтрации осадков и поступлений воды из водоемов и рек. Область питания ориентировочно совпадает с площадью распространения;

3) постоянно находятся в движении, и образуют потоки в сторону общего уклона водоупорного слоя;

4) глубина залегания грунтовых вод, их распространение во многом зависит от геологических условий местности, климатических и геоморфологических факторов. Грунтовые воды имеют тесную связь с атмосферой, они безнапорные, расход потока грунтовых вод - величина переменная. Разгружаются грунтовые воды в виде нисходящих источников.

Рис. 6 Залегание почвенных, подземных и межпластовых вод

Межпластовые воды, как и грунтовые, имеют свободную поверхность, давление на которой равно атмосферному, но залегают между двумя водоупорами. Питаются на ограниченных участках и находятся в более благоприятных условиях, чем напорные.

Напорные воды (артезианские) залегают между двумя водоупорами и имеют избыточный напор. Напор создается залеганием отдельных частей водоносных горизонтов на различных высотных отметках. Может быть несколько напорных горизонтов, каждый из которых имеет область питания и пьезометрический уровень. Движутся напорные воды от области питания к областям разгрузки. В естественных условиях, разгружаясь, напорные воды образуют восходящие источники, ключи, грифоны и т. п.

Уровень, на котором устанавливается вода после вскрытия водоносного горизонта под действием напора, называется пьезометрическим.

Геологические структуры больших размеров с наличием артезианских вод называют артезианскими бассейнами.

Тест для самоконтроля к УЭ №9

Выберите правильный ответ.

1. Подземные воды со свободной поверхностью, расположенные на первом от поверхности земли водоупоре, называются ….

а) грунтовыми;

б) капиллярными;

в) напорными;

г) верховодкой.

Р=4

2. Уровень, до которого поднимаются вскрытые напорные воды, называется ….

а) гидростатическим напором;

б) пьезометрической поверхностью;

в) артезианским бассейном.

Р=3

3. Область питания и область распространения грунтовых вод ….

а) совпадают;

б) не совпадают.

Р=2

4. Из перечисленных типов подземных вод напор имеют ….

1) верховодка;

2) межпластовые;

3) грунтовые;

4) артезианские.

Р=4

5. Грунтовые воды разгружаются ….

Р=2

а) в виде нисходящих источников;

б) в виде восходящих источников.

Литература

1. Дружинин. М.К. Основы инженерной геологии. М.: Недра, 2005. С. 91-98.

2. Швецов Г.И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Высшая школа, 2004. С. 39-41.

УЭ №10. Физические свойства и химический состав подземных вод

			К	v
1	2	2	0,5	1

Форма организации учебного занятия: модульный урок.

После изучения УЭ Вы будете:

иметь представление:

- о физических свойствах и состоянии подземных вод.

Входной тест к УЭ № 10

1. Ответьте на вопросы 1-3 входного теста к дисциплине.

Р=3

3. Установите соответствие названия и химической формулы.

1) кислород; а) N2;

2) азот; б) H2;

3) водород; в) O2;

4) углекислый газ. г) CO2.

Р=4

Физические свойства подземных вод

К важнейшим физическим свойствам подземных вод относятся:

1) запах;

2) вкус;

3) цветность;

4) мутность;

5) температура (различают воды холодные - с температурой менее 20⁰С, тёплые - от 20 до 37⁰С, горячие - от 37 до 42⁰С, термы - с температурой 42⁰С);

6) плотность.

Характеристики химического состава подземных вод:

1) жесткость - содержание в воде растворимых солей кальция и магния, выражается в миллиграмм - эквивалентах на литр. По степени жесткости выделяют очень мягкие воды (до 1,5мг-экв/л.); мягкие (1,5-3мг-экв./л); умеренно жесткие (3-6мг-экв./л.); жесткие (6-9мг-экв/л.) и очень жесткие (свыше 9мг-экв/л.);

2) агрессивность.

Различают следующие виды агрессии:

- выщелачивающую;

- общекислотную;

- углекислотную;

- сульфатную;

- магнезиальную.

Агрессивность оказывает отрицательное воздействие на металл и бетон.

Состав подземных вод.

Показатели, характеризующие состояние воды

В подземных водах содержатся:

1) макроэлементы (ионы K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl-, SO4^2-, HCO^-3, CO3^2-);

2) микроэлементы (йод, бром, фтор, бор, кремний, железо, алюминий, медь, цинк, свинец);

3) газы (O2, N2, CO2, H2S, H2, CH4);

4) органические соединения;

5) микрофлора.

Концентрация водородных ионов (pH). При нейтральной реакции pH = 7, при кислой pH < 7 и при щелочной pH > 7.

Окислительно-восстановительный потенциал (Eh) обусловлен содержанием в подземных водах соединений с переменной валентностью. Если в подземной воде преобладают окисленные формы, Eh будет положительным, а если восстановленные - отрицательным.

Тест для самоконтроля к УЭ №10

Выберите правильный ответ.

1. Температура воды 25⁰С. Как называется такая вода?

а) холодная;

б) теплая;

в) горячая;

г) термальная.

Р=4

2. Содержание в воде солей кальция и магния 2мл-экв/л. Как называется такая вода?

а) мягкая;

б) умеренно жесткая;

в) жесткая.

Р=3

3. Концентрация водородных ионов PH < 7. Реакция будет …

а) нейтральной;

б) кислой;

в) щелочной.

Р=3

Установите соответствие.

4. Если в составе грунтовых вод находится ион 1) HCO; 2) Mg²⁺; 3) SO4^2-; 4) H^-, то агрессия называется …

а) общекислотной;

б) сульфатной;

в) магнезиальной;

г) углекислой.

Р=4

5. Показатели, характеризующие состояние воды - это ….

1) запах; 4) газы;

2) цветность; 5) температура.

3) макроэлементы;

Р=5

Литература

1. Дружинин. М.К. Основы инженерной геологии. М.: Недра, 2005. С. 99-102.

2. Швецов Г.И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Высшая школа, 2004. С. 41-42.

УЭ № 11. План изогипс

			К	v
1	2	2	0,5	1

Форма организации учебного занятия: модульный урок.

После изучения УЭ Вы будете:

иметь представление:

- о карте изогипс;

знать:

- план изогипс.

Входной тест к УЭ № 11

Ответьте на вопрос.

1. Совпадает ли область питания грунтовых вод с областью распространения?

Р=1

Выберите правильный ответ.

2. Грунтовые воды движутся в сторону ….

а) повышения рельефа местности;

б) в сторону понижения рельефа местности;

в) рельеф местности не оказывает влияние на движение грунтовых вод

Р=3

3. Свободная поверхность грунтовых вод называется ….

а) водоупором;

б) зоной аэрации;

в) уровнем грунтовых вод;

г) глубиной залегания грунтовых вод.

Р=4

Карта изогипс

Наглядное представление об условиях распространения и движения грунтовых вод дает карта изогипс, на которой показывают положение поверхности грунтовых вод в изолиниях, соединяющих точки с одинаковыми отметками уровня подземных вод. Строят такую карту аналогично карте рельефа земной поверхности в горизонталях, используя результаты единовременных замеров уровня грунтовых вод во всех имеющихся скважинах, колодцах и естественных выходов грунтовых вод. Если наблюдается резкое изменение уровня грунтовых вод в различные периоды, то карты изогипс составляют на эти периоды и даты (например, когда уровень грунтовых вод бывает максимальным и минимальным). Для получение данных об изменении уровня производят специальные наблюдения за их режимом (режимные наблюдения).

Карта изогипс позволяет определять направление движения грунтовых вод (по нормалям к гидроизогипсам), гидравлические уклоны и скорость фильтрации, глубину залегания грунтовых вод (по разности отметок горизонталей поверхности Земли и гидроизогипс водной поверхности), характер взаимосвязи грунтовых вод с поверхностными (по характеру сопряжения изогипс с поверхностными водоемами и направлению движения подземных вод) и решать другие практические задачи.

Нередко на основе карты изогипс составляют и карту глубины залегания грунтовых вод (в изолиниях равных глубин или с выделением зон определенной глубины залегания грунтовых вод). Такие карты широко используют при бурении скважин для целей водоснабжения, орошения и осушения.

Построение плана изогипс

Рис. 7 План изогипс

При построении плана изогипс следует:

1. Расположить скважины на одинаковом расстоянии друг от друга, как по вертикали, так и по горизонтали.

2. Между соседними скважинами на равном расстоянии друг от друга расположить промежуточные отметки уровня воды через каждый 0,5 м.

3. Точку с одинаковыми отметками соединить плавными кривыми.

4. Стрелками указать направления движения подземных вод.

Пример плана изогипс показан на рис. 7.

Выполните задание.

Постройте план изогипс. Данные возьмите из табл. 4 согласно своему варианту.

1	2	3	4
5	6	7	8
9	10	11	12
13	14	15	16

Таблица 4

Вариант	Номер скважины
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
	Отметки уровня воды, м
1	19,5	18,5	18	18,5	20	21	19,5	18	20,5	19	18	18,5	20	18	17,5	20
2	3,5	6	6,5	6	4,5	6	8	7,5	5	7	6,5	7	4	6	4,5	5
3	77	80	81,5	76,5	79,5	82,5	80,5	80	77,5	78	81	81,5	78	81,5	80	80,5
4	42,5	40	39,5	42	41	44,5	43,5	41	41,5	43,5	44	42	43,5	44	41	41,5
5	15,5	18	18,5	17,5	18,5	21	19	18,5	19	18,5	17	19	16	18	19	19,5
6	26,5	28	29,5	27	29	30,5	34	30	32,5	32	33	32,5	30	29,5	30,5	31
7	2,5	4,5	5	3,5	2	3	6,5	2,5	3	6	5,5	4	3,5	5,5	5	4,5
8	58,5	60	61,5	59	60,5	58,5	63	61,5	61,5	60	61,5	62	61	61,5	59	62,5
9	9,5	6	7,5	8,5	10,5	12,5	11	7	11,5	9	9,5	11	8	7,5	6,5	8,5
10	17	19,5	21	19	17,5	20,5	22	20,5	21	21,5	24	22	20,5	21,5	20	21,5
11	29,5	32	30	31	30	29	31,5	32	30,5	32	34	32,5	29	30	31,5	31
12	36,5	32	34	33,5	34	35,5	38	34,5	35,5	35	37,5	33	33	34,5	35	34,5
13	81	83,5	84	82,5	82,5	85	83,5	81	84	83,5	81	79	81,5	82	81	80
14	5,5	7	6,5	6	7	6,5	8	7	7,5	10	9,5	8	9	9,5	8	8,5
15	64,5	64	67	68	66	67	68,5	67	64	66,5	69	68	65,5	64	66	68,5
16	51	49,5	51	52,5	52	53,5	54	52	51	50	53,5	52,5	49	51,5	52	53

Тест для самоконтроля к УЭ №11

1. Установите соответствие между числом и показателем, который это число отражает.

1) 56,9;	а) номер скважины;
2) 1;	б) отметка скважины;
3) 3,3;	в) отметка уровня воды;
4) 60,2.	г) глубина залегания грунтовых вод.

Р=4

Ответьте на вопрос.

2. Верно ли указано направление движения грунтовых вод?

Р=1

3. Нужно ли использовать карту изогипс при решении задач строительства и водоснабжения?

Р=1

Литература

1. Дружинин. М.К. Основы инженерной геологии. М.: Недра, 2005. С. 93.

2. Швецов Г.И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Высшая школа, 2004. С. 43.

УЭ №12. Основы динамики подземных вод

			К	v
1	2	2	0,5	1

Форма организации учебных занятий: лекция.

После изучения УЭ Вы будете:

иметь представление:

- о закономерностях движения подземных вод;

знать:

- величину водопритока в строительный котлован.

Входной тест к УЭ № 12

Выберите правильный ответ.

1. Площадь измеряется в ….

а) м;

б) м³;

в) м².

Р=3

2. Уровень, над которым устанавливается вода после вскрытия водоносного горизонта под действием напора, называется ….

а) пьезометрическим;

б) уровнем грунтовых вод;

в) глубиной залегания грунтовых вод;

г) областью разгрузки.

Р=4

3. Периметр прямоугольника определяется по следующей формуле ….

а) а в;

б) а + в;

в) 2 (а + в);

г) 2а в.

Р=4

Закономерности движения подземных вод

Динамика подземных вод разрабатывает методы количественной оценки движения подземных вод, главным образом, их фильтрации в зоне насыщения.

Движение подземных вод в природных условиях в большинстве случаев бывает ламинарным.

Ламинарное движение подчиняется линейному закону фильтрации, установленному А. Дарси:

Q = k_ф A = k_ф = k_фJA,

где Q - количество воды, проходящей через фильтр;

k_ф - коэффициент фильтрации;

Н1 и Н2 - напор в начальном и конечном сечении фильтра;

А - площадь поперечного сечения фильтра;

L - длина пути фильтрации;

J - напорный градиент или гидравлический уклон.

Формула закона Дарси может быть записана в другом виде:

V = = kф = kфJ,

где V - скорость фильтрации подземных вод.

Действительная скорость подземных вод:

Vд = ,

где n - коэффициент пористости.

Расчет водопритоков в строительные котлованы

1. Отношение длины котлована к его ширине более 10:1. Котлован может рассматриваться как «большая» канава. Расчет водопритока производится по формуле Дюпюи:

,

где Q - величина водопритока (м³/сут);

Кф - коэффициент фильтрации (м/с);

H - пьезометрический непониженный уровень воды (м);

h0 - уровень воды у стенки колодца (м);

R - радиус влияния колодца (м):

R = 2(H - h0) ,

где r0 - условный радиус «большого» колодца:

r0 = 0,564,

где А - площадь котлована. А=ab;

а - длина котлована,

b - ширина котлована.

2. Отношение длины котлована к его ширине менее чем 10:1. Котлован может рассматриваться как условный «большой» колодец.

В зависимости от конкретных геологических условий возможны характерные случаи:

1. Котлован прорезает толщу грунтов водоносного горизонта и входит в толщу водонепроницаемых грунтов (рис. 9).

Здесь целесообразно заложить по периметру котлована вдоль бортов контурную дрену. Водоприток в дрену будет равен:

,

где L - полная длина дрены (все другие величины видны из рисунка).

Рис 9

2. Котлован прорезает толщу водоносного горизонта доходит до водоупорного слоя (рис. 10). Водоприток следует рассматривать как приток воды к «большому» колодцу независимо от того, что по бортам котлована у его подошвы будут закладываться кюветы для стока воды:

Q = 1,366k_ф ,

где S = H1 - H2 - величина водопонижения, м.

Рис. 10

3. Котлован прорезает водоносный горизонт, не полностью (рис. 11). Котлован рассматривают как «большой» несовершенный колодец с притоком через стенки и дно.

При этом необходимо, чтобы напор воды на дно котлована был меньше, чем объемная масса грунта с учетом взвешивающего действия воды:

h_крит = H₁ - H_котл < _об.взв

При несоблюдении неравенства применяют глубинный водоотлив, осуществляя его через систему водопонижающих скважин.

Рис. 11

Водоприток в одну скважину должен быть не более:

,

где r_скв - радиус скважины, м;

h₀ - уровень воды в скважине.

Необходимое количество скважин:

.

4. Строительный котлован или горизонтальная дрена закладываются на некотором расстоянии от водоёма, постоянно питающего грунтовые воды (рис. 13).

Если L > 0,5 R то величина водопритока в котлован определяется по формуле:

Q = 1,366k_ф .

Если L < 0,5R, водоприток будет равен:

,

где L - расстояние от центра

котлована до водоёма.

Рис. 13

Выполните задание.

Согласно своему варианту, рассчитайте водоприток в строительный котлован.

Примечание. Расчётная формула соответствует номеру схемы.

Схема 1 Схема 2

Схема 3 Схема 4

Таблица 5

Вариант	№ схемы	Q, м/с	Кф, м/с	а, м	в, м	h1, м	h2, м	H1, м	Н2, м	L, м	rскв, м	h0, м	H, м	Определить
1	1	---	1	40	18	1,5	0,5	20	15	---	---	0	20	Q
2	2	---	1,5	36	18	---	---	50	30	---	---	0	50	Q
3	3	200	2	24	18	---	---	45	25	---	0,2	15	---	n
4	4	---	2,5	50	18	---	---	Н1=Н	---	40	---	0	9	Q
5	1	---	3	40	12	2,0	0,6	30	20	---	---	0	30	Q
6	2	---	3,5	36	12	---	---	60	35	---	---	0	60	Q
7	3	300	4	24	12	---	---	55	50	---	0,3	20	---	n
8	4	---	4,5	50	12	---	---	Н1=Н	---	50	---	0	10	Q
9	1	---	5	40	16	2,5	0,7	40	35	---	---	0	40	Q
10	2	---	5,5	24	16	---	---	70	50	---	---	0	70	Q
11	3	400	6	36	16	---	---	15	12	---	0,4	25	---	n
12	4	---	6,5	50	16	---	---	Н1=Н	---	60	---	0	11	Q
13	1	---	7	40	24	3,0	0,8	50	40	---	---	0	50	Q
14	2	---	7,5	24	24	---	---	80	65	---	---	0	80	Q
15	3	500	8	36	24	---	---	70	55	---	0,3	30	---	n
16	4	----	8,5	50	24	---	---	Н1=Н	---	70	---	0	12	Q
17	1	----	9	40	15	4,5	0,9	60	50	---	---	0	60	Q
18	2	----	9,5	24	15	---	---	90	75	---	---	0	90	Q
19	3	600	10	36	15	---	---	80	75	---	0,2	3,5	---	n
20	4	----	10,5	50	15	---	---	Н1=Н	---	80	---	0	13	Q

Тест для самоконтроля к УЭ № 12

Выберите правильный ответ.

1. Количество воды, проходящей через фильтр, зависит от ….

1) коэффициента фильтрации;

2) гидравлического уклона;

3) площади поперечного сечения фильтра;

4) коэффициента пористости.

Р=4

2. Отношения длины котлована к его ширине более 10:1. Котлован можно рассматривать ….

а) как «большой» колодец;

б) как «большую» канаву.

Р=2

Ответьте на вопрос.

3. Зависит ли условный радиус «большого» колодца r0 от площади котлована?

Р=1

Выберите правильный ответ.

4. Водоприток в котлован составляет 800м³/сут. Водоприток в одну скважину составляет 20м³/сут. Сколько водопонижающих скважин необходимо заложить?

а) 160;

б) 82;

в) 40;

г) 20.

Р=4

5. Котлован прорезает толщу грунтов водоносного горизонта и входит в толщу водонепроницаемых грунтов. Следует ли заложить по периметру котлована вдоль бортов контурную дрену?

Р=1

Литература

1. Швецов Г.И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Высшая школа, 2004. С. 44-50.

УЭ №13. Свойства горных пород по отношению к воде

			К	v
1	2	2	0,5	1

Форма организации учебного занятия: модульный урок.

После изучения УЭ Вы будете:

иметь представление:

- о свойствах горных пород по отношению к воде.

Входной тест к УЭ № 13

Выберите правильный ответ.

1. Объем измеряется в ….

а) м²;

б) м³;

в) м.

Р=3

2. Породы с размером зерен 0,05-0,005 мм называются ….

а) мелкообломочными;

б) тонкими;

в) среднеобломочными.

Р=3

3. Способность горных пород фильтровать свободную воду называется ….

а) водопроницаемостью;

б) водоотдачей;

в) влажностью.

Р=3

4. Из перечисленных горных пород выберите водопроницаемые.

1) песок;

2) глина;

3) гравий;

4) лессы.

Р=4

Свойства горных пород по отношению к воде

1. Гранулометрический состав - это процентное содержание (по массе) частиц различного размера, слагающих данную рыхлую породу.

Гранулометрический состав породы определяет её свойства: пористость, водопроницаемость, сжимаемость, высоту капиллярного поднятия, пластичность, усадку, набухание и др. Его необходимо знать для выбора фильтрационных обсыпок к фильтрам скважин, сеток, фильтров, шага проволочной обмотки и т. д.

2. Пористость количественно характеризует объем пустот в объеме горной породы. Она выражается коэффициентом пористости n и коэффициентом приведенной пористости .

, =,

где Vn - объем пустот;

V - объем всей породы;

Vc - объем скелета породы.

От пористости зависит водопроницаемость, водоотдача, сжимаемость, плотность, влагоемкость и др. свойства пород.

3. Влажность (We) пород в естественных условиях характеризуется количеством воды, содержащейся в их порах и трещинах в данный момент.

Влажность определяет прочность и поведение пород под действием инженерных сооружений.

4. Влагоемкость - способность горных пород вмещать и удерживать в своих пустотах определенное количество воды при возможности ее свободного стекания. Используется для определения пористости, водоотдачи и т.п.

5. Водоотдача - это способность водонасыщенных горных пород отдавать гравитационную воду при возможности её свободного стекания. Характеризуется коэффициентом водоотдачи . Водоотдача используется при решении задач водоснабжения, осушения, прогноза погоды и др.

6. Водопроницаемость - это способность горных пород пропускать через себя (фильтровать) воду. Количественно она выражается коэффициентом фильтрации.

Тест для самоконтроля к УЭ №13

Выберите правильный ответ.

1. Объем пустот горной породы характеризует ….

а) влагоемкость;

б) пористость;

в) гранулометрический состав.

Р=3

2. Коэффициент пористости выражается формулой ….

а)

б) .

Р=2

3. Способность горных пород вмещать и удерживать в своих пустотах определенное количество воды при возможности ее свободного стекания называется ….

а) влажностью;

б) водоотдачей;

в) влагоемкостью;

г) водопроницаемостью.

Р=4

Литература

1. Дружинин. М.К. Основы инженерной геологии. М.: Недра, 2005. С. 43-49.

2. Швецов Г.И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Высшая школа, 2004. С. 30-36.

МБ №3. Инженерная геология

			К	v
1	2	2	0,5	3

После изучения МБ Вы будете:

иметь представление:

- о физико-механических свойствах грунтов;

- о составе инженерно-геологических исследований и требованиях к ним на различных стадиях проектирования;

знать:

- характеристику способов изменения свойств грунтов;

- влияние свойств грунтов на размещение, строительство и эксплуатацию зданий и сооружений.

УЭ №14. Физико-механические свойства грунтов

			К	v
1	2	2	0,5	2

Форма организации учебного занятия: модульный урок.

После изучения УЭ Вы будете:

иметь представление:

- о физико-механических свойствах грунтов;

- учитывать влияние свойств горных пород на размещение, строительство и эксплуатацию различных сооружений;

знать:

- характеристику способов изменения свойств грунтов.

Входной тест к УЭ № 14

1. Ответьте на вопрос №7 входного теста к дисциплине. Р=1

2. Ответьте на вопрос №8 входного теста к дисциплине. Р=1

Выберите правильный ответ.

3. В зависимости от размера частиц, слагающих горную породу, они делятся на грубообломочные, среднеобломочные, мелкообломочные и ….

а) тонкие;

б) пылеватые.

Р=2

4. Способность материала выдерживать нагрузку, не разрушаясь, называется ….

а) прочностью;

б) твердостью;

в) жесткостью;

г) устойчивостью.

Р=4

Инженерно-геологические классификации горных пород

Согласно общей классификации все горные породы и почвы разделены по прочности (жёсткости) связей между их минеральными частицами на два класса:

1) породы с жёсткими связями;

2) породы без жёстких связей.

Показателями для инженерно-геологической оценки пород с жёсткими кристаллическими связями является механическая прочность и стойкость, а для пород без жёстких связей - степень их сжимаемости, консистенция, фильтрационные свойства и сопротивление сдвигу.

Класс пород с жёсткими связями включает группы магматических, метаморфических и осадочных сцементированных горных пород.

Класс пород без жёстких связей объединяет группы пород: мягкие, пластичные, связные и сыпучие - группы несцементированных пород, почвы и искусственные группы.

Помимо общей инженерно-геологической классификации применяют различные специальные, отраслевые и региональные классификации.

Механические свойства горных пород

Основными показателями физических свойств горных пород являются:

1. Гранулометрический состав - процентное содержание в породе частиц различного размера.

2. Плотность и объёмная масса.

Плотность () - это отношение массы абсолютно сухого грунта к общему объёму его твёрдой части.

Объёмная масса (₀) - это масса единицы объёма грунта при естественной его пористости и влажности.

3. Пластичность грунтов и их консистенция.

Пластичностью называется способность горных пород деформироваться без образования трещин под влиянием внешнего воздействия и сохранять принятую форму после прекращения этого воздействия.

Характеристики пластичности:

Wp - нижний предел пластичности (граница раскатывания );

Wt - верхний предел пластичности (граница текучести);

Wn - число пластичности.

Wn = Wt - Wp

Под консистенцией понимается степень подвижности частиц, слагающих глинистую породу, под влиянием внешнего механического воздействия при различной влажности. Консистенция характеризуется показателем - В:

или,

где We - естественная влажность породы.

4. Липкость (прилипаемость). Характеризует способность грунтов при определенной влажности прилипать к рабочим органам машин и механизмов.

5. Набухание и усадка - способность глинистых пород при увлажнении увеличиваться в объеме (набухать), а при уменьшении влажности уменьшаться в объеме (давать усадку).

6. Размокаемость - способность глинистых грунтов при впитывании воды терять связность и превращаться в рыхлую бесформенную массу, полностью лишенную несущей способности.

7. Морозоустойчивость - это способность влажной горной породы противостоять разрушающему действию замерзающей в ее порах и трещинах воды.

Механические свойства горных пород

Под механическими свойствами понимают способность горных пород сопротивляться внешним механическим воздействиям.

Для рыхлых горных пород определяют главным образом:

1) сжимаемость;

2) сопротивление сдвигу.

При изучении пород с жесткими связями оцениваются:

1) деформационные свойства (модуль упругости Е и модуль общей деформации Е0);

2) прочность.

Тест для самоконтроля к УЭ №14

Выберите правильный ответ.

1. Класс пород с жесткими связями включает в себя ….

1) магматические, метаморфические и осадочные сцементированные горные породы;

2) искусственные грунты;

3) почвы;

4) связные грунты;

5) сыпучие грунты;

Р=5

2. Процентное содержание в породе частиц различного размера называется ….

а) пластичностью;

б) объемной массой;

в) гранулометрическим составом;

г) консистенцией.

Р=4

3. Степень подвижности частиц, слагающих глинистую породу, под влиянием механического воздействия при различной влажности называется ….

а) пластичностью;

б) консистенцией;

в) мягкостью;

г) размокаемостью.

Р=4

4. Для рыхлых пород оценивают, главным образом, ….

1) сжимаемость;

2) деформацию свойства;

3) прочность;

4) сопротивление сдвигу.

Р=4

Литература

1. Дружинин. М.К. Основы инженерной геологии. М.: Недра, 2005. С. 56-62, 65-68, 43-50.

2. Швецов Г.И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Высшая школа, 2004. С. 29-36, 96-101.

УЭ №15. Техническая мелиорация горных пород

			К	v
1	2	2	0,5	1

Форма организации учебного занятия: модульный урок.

После изучения УЭ Вы будете:

иметь представление:

- о задачах инженерно-геологических исследований и их составе;

знать:

- характеристику способов изменения свойств горных пород.

Входным тестом к УЭ №15 является тест для самоконтроля к УЭ № 14.

Искусственное изменение инженерно-геологических свойств горных пород

Различные способы искусственного изменения свойств горных пород называют технической мелиорацией.

Способы, обеспечивающие изменение свойств горных пород на длительный срок:

1) цементация;

2) глинизация;

3) смолизация;

4) битумизация;

5) термическое укрепление.

Способы, обеспечивающие изменение свойств горных пород на период производства строительных работ:

1) замораживание;

2) электродренаж (осушение).

Методы инженерно-геологических изысканий

Под изысканиями следует понимать выявление экономически оптимальных и технически целесообразных условий размещения и возведения сооружений с учетом рационального использования геологической среды и охраны природы.

Цель изысканий - изучение условий строительства зданий и сооружений для обеспечения их нормальной работы как в период строительства, так и в процессе эксплуатации.

Основные методы инженерно-геологических изысканий:

1) бурение скважин;

2) геофизические методы (сейсмические, электрические, магнитные, термические и ядерной физики);

3) аэрофотосъёмка;

4) метод опытных нагрузок в шурфах и скважинах;

5) метод зондирования.

Назначение и состав инженерно-геологических исследований

Инженерно-геологические исследования проводятся для обоснования проектирования и строительства различных инженерных сооружений, а также при разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых.

Полученные в результате исследований данные необходимы, чтобы обосновать:

1) выбор места для размещения, проектируемого сооружения;

2) конструктивные особенности и рациональные методы работ при его возведении;

3) мероприятия для улучшения прочности пород и предотвращения вредного воздействия, различных физико-геологических или инженерно-геологических процессов на сооружение в период его строительства и дальнейшей эксплуатации.

В настоящее время проектирование всех крупных инженерных сооружений осуществляется в две стадии: составление проекта и рабочей документации. Соответственно инженерно-геологические исследования проводят поэтапно.

Инженерно-геологические работы на всех стадиях строительства разделяются на периоды:

- подготовительный;

- полевой;

- камеральный.

Тест для самоконтроля к УЭ №15

Выберите правильный ответ.

1. Изменение свойств горных пород на период строительства производится с помощью ….

1) термического укрепления;

2) замораживания;

3) электродренажа;

4) цементации.

Р=4

2. К геофизическим методам инженерно-геологических изысканий относятся ….

1) аэрофотосъёмка;

2) метод зондирования;

3) термические методы;

4) электрические методы;

Р=5

5) бурение скважин.

3. Проектирование инженерных сооружений производится ….

а) в одну стадию;

б) в 2 стадии;

в) в 3 стадии.

Р=3

Литература

1. Дружинин. М.К. Основы инженерной геологии. М.: Недра, 2005. С. 180-183.

2. Швецов Г.И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Высшая школа, 2004. С. 79-93.

Тест для самоконтроля к дисциплине

Выберите правильный ответ.

1. Средний радиус Земли - ….

а) 6378км;

б) 6356км;

в) 6370км.

Р=3

2. Гранитный слой отличается от базальтового ….

а) поверхностью Махоровичича;

б) границей Конрада;

в) слоем Гуттенберга;

г) слоем Голицына.

Р=4

3. Экзогенные минералы образуются ….

а) путем выветривания;

б) путем застывания магмы;

в) вследствие воздействия высоких температур и давления.

Р=3

4. Установите соответствие. К какому классу относятся минералы?

1) кальцит CaCO3;	а) сульфат;
2) пирит FeS2;	б) оксид;
3) кварц SiО2;	в) сульфид;
4) ангидрид CaSО4.	г) карбонат Р=4

Выберите правильный ответ.

5. Твёрдость кремня - 7, стекла - 5, стальной иглы - 6. Оставит ли игла царапину на кремне и стекле?

а) оставит только на стекле;

б) оставит только на кремне.

Р=4

6. Горные породы, образованные на земной поверхности или вблизи неё в результате разрушения ранее образованных горных пород, называются ….

а) осадочными;

б) метаморфическими;

в) магматическими.

Р=3

7. Особенности внешнего строения горной породы называются ….

а) структурой;

б) текстурой;

в) минеральным составом.

Р=3

8. Если содержание в изверженной породе Si02 составляет 52-65%, то она называется:

а) кислой;

б) средней;

в) основной;

г) ультраосновной.

Р=4

9. Осадочная порода называется крупнообломочной, если размер частиц составляет ….

а) < 0,005мм;

б) 0,05-0,005мм;

в) 2-0,05мм;

г) 40-2мм.

Р=4

10. Процессы, вызываемые внутренними силами Земли, называются ….

а) экзогенными;

б) эндогенными.

Р=2

11. К экзогенным процессам относятся ….

1) выветривание;

2) землетрясения;

3) вулканические явления;

4) геологическая деятельность подземных вод.

Р=4

12. При малом круговороте вода, испарившись в пределах океанов и морей, выпадает ….

а) на сушу;

б) на поверхность озер, болот, рек;

в) на поверхность морей и океанов.

Р=3

13. Вода, образующаяся на частицах горных пород при влажности, превышающей максимальную гигроскопичность, называется ….

а) парообразной;

б) пленочной;

в) гигроскопической;

г) гравитационной.

Р=4

14. Полностью насыщенные водой горные породы, называются:

а) зоной аэрации;

б) зоной капиллярной каймы;

в) зоной фильтрации.

Р=3

15. Если температура подземных вод от 37⁰С до 42⁰С, то они называются ….

а) теплыми;

б) горячими;

в) термальными.

Р=3

16. Если рН 7, то вода имеет:

а) нейтральную реакцию;

б) щелочную реакцию;

в) кислую реакцию.

Р=3

17. Количество воды, содержащейся в порах и трещинах горных пород, в данный момент времени, называется ….

а) влажностью;

б) влагоемкостью;

в) водопроницаемостью;

г) водоотдачей.

Р=4

18. Процентное содержание в породе частиц различного размера, называется ….

а) объемной массой;

б) гранулометрическим составом;

в) плотностью.

Р=3

19. Способность глинистых грунтов при впитывании воды терять связность, называется ….

а) липкостью;

б) набуханием;

в) размокаемостью;

г) пластичностью.

Р=4

20. Изменение свойств горных пород на долгий срок производят с помощью ….

1) цементации;

2) термической обработки;

3) осушения;

4) замораживания.

Р=4

Список используемой литературы

Основная:

1. Дружинин. М.К. Основы инженерной геологии. М.: Недра, 2005. 223 с.

2. Швецов Г.И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Высшая школа, 2004. 319 с.

Дополнительная.

1. Пешковский Л.М., Пересконова Т.Л. Инженерная геология. М.: Высшая школа, 2005.

Эталоны ответов к тестам для самоконтроля

УЭ №1

1. в	2. б	3. в	4. б	5. а

УЭ №2

1. б	2. а	3. 1,3	4. б	5. б

УЭ №3

1. 1,4	2. б	3. а	4. б	5. в

УЭ №4

1. б	2. 1 - в	3. да	4. в	5. б
	2 - г
	3 - б
	4 - а

УЭ №5

1. б	2. б	3. б	4. 2,4	5. 1,3,4,5

УЭ №6

1. б	2. 1 - г	3. б	4. б	5. а
	2 - в
	3 - а
	4 - б

УЭ №7

1. в 2. да 3. в

УЭ №8

1. в 2. в 3. а 4. б 5. 2,4,5

УЭ №9

1. а 2. б 3. а 4. 2,4 5. а

УЭ №10

1. б	2. а	3. б	4. 1 - г	5. в
			2 - в
			3 - б
			4 - а

УЭ №11

1. 1 - в, 2 - а, 3 - г, 4 - б 2. нет 3. да

УЭ №12

1. 1,2,3 2. б 3. да 4. в 5. да

УЭ №13

1. б 2. а 3. в

УЭ №14

1. 1,4 2. в 3. б 4. 1,4

УЭ №15

1. 2,3 2. 3,4 3. б

к тесту по дисциплине

1. в 2. а 3. а 4. г, в, б, а 5. в 6. а

7. б 8. б 9. г 10. б 11. 1,4 12. в

13. б 14. в 15. б 16. в 17. а 18. б

19. в 20. 1,2

Размещено на Allbest.ru