Все воды, находящиеся в порах и трещинах горных пород ниже поверхности Земли, относятся к подземным водам. Часть этих вод свободно перемещается в верхней части земной коры под действием гравитационных сил, а другая часть находится в очень тонких порах, удерживаясь силами поверхностного натяжения. Подземные воды не могут существовать без обмена с водой поверхностной и активно участвуют в круговороте воды в природе.

Классификаций подземных вод несколько. Различают воды:

· по форме нахождения в горных породах – кристаллизационная, в твердом виде, в виде пара, прочносвязанная, рыхлосвязанная, гравитационная, капиллярная;

· по условиям залегания – верховодка, грунтовые воды;

· по составу – пресные, минерализованные, высокоминерализованные, рассолы.

ГИГРОСКОПИЧЕСКАЯ

Прочносвязанная (гигроскопическая) вода удерживается на поверхности почвенных частиц очень прочно давлением 10 000-20 000 атм и физиологически совершенно недоступна растениям. Она образует так называемый «мертвый запас» воды в почве. Количество недоступной воды в песчаных почвах составляет 1-2%, а в глинистых и торфяных – 50% от общего количества воды. Когда в почве остается только недоступная вода, растения вянут и погибают.

ВЕРХОВОДКА

Верховодка - это временное скопление воды в близповерхностном слое в пределах зоны аэрации, располагающееся в водоносных отложениях, лежащих на линзовидном, выклинивающемся водоупоре (рис.4). Как правило, верховодка появляется весной, когда тают снега или в дождливое время, но потом она может исчезнуть. Поэтому колодцы, выкопанные до верховодки, летом пересыхают.

Рис. 4. Влагоемкость горной породы: 1 - полная влагоемкость, все поры заполнены водой; 2 - стекание капельно-жидкой гравитационной воды; 3 - максимальная молекулярная влагоемкость, вода удерживается силами молекулярного сцепления. Разница между объемами воды в 1 и 3 называется водоотдачей

Временными водоупорами могут быть любые выклинивающиеся линзовидные пласты глин и тяжелых суглинков, располагающиеся в толще водоносных аллювиальных или флювиогляциальных отложений.

8. Сформулируйте основной закон фильтрации подземных вод. Опишите методы определения коэффициента фильтрации и расхода плоского потока подземных вод. Назовите требования к питьевой воде. Объясните причины агрессивности воды к бетону и металлу

Закон Дарси — закон фильтрации жидкостей и газов в пористой среде. Получен экспериментально. Выражает зависимость скорости фильтрации флюида от градиента напора:

где:

— скорость фильтрации,

K — коэффициент фильтрации,

— градиент напора.

Коэффициент фильтрации можно определить двумя способами, используя формулу Дюпюи:

а) по величине слоя воды в скважине после откачки h (м);

б) через понижение уровня воды в скважине при откачке S (м).

Подставив в формулу Дюпюи числовое значение π = 3,14 и заменив натуральные логарифмы десятичными, получим формулу, более удобную для расчётов:

где К_ф - коэффициент фильтрации, м/сут;

Q - дебит скважины, м³ /сут;

R- радиус депрессионной воронки, м;

r - радиус скважины, м;

H - мощность водоносного горизонта, м;

h - слой воды в скважине после откачки, м.

Питьевая вода — это вода, которая предназначена для потребления людьми и другими существами.

Хотя многие источники пресной воды пригодны для питья людьми, они могут служить распространению болезней или вызывать долгосрочные проблемы со здоровьем, если они не отвечают определённым стандартам качества воды. Вода, которая не вредит здоровью человека, называется питьевой водой или незагрязнённой водой, чтобы вода соответствовала санитарно-эпидемиологическим нормам её очищают или, как часто говорят, "подготавливают" с помощью установок водоподготовки. Питьевая вода должна соответствовать следующим параметрам:

· соответствующие органолептическими показателями - прозрачная, без запаха и с приятным вкусом;

· рН = 7-7,5 и жесткостью не выше 7 ммол/л;

суммарное количество полезных минералов не более 1 г/л;

· вредные химические примеси либо составляют десятые-сотые доли их ПДК, либо вообще отсутствуют (то есть их концентрации настолько малы, что лежат за гранью возможностей современных аналитических методов);

· практически нет болезнетворных бактерий и вирусов (то есть опять же их концентрации так малы, что лежат за гранью возможностей аналитических методов).

Агрессивность воды к цементу и бетону обусловлена ее химическим составом. В частности сульфаты и хлориды обусловливают агрессивность воды по отношению к бетону на силикатном цементе.

9. Опишите методы инженерно-геологических исследований (табл. 9)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ

В лабораторных условиях для этой цели используются методы:

- прямого среза;

- трехосного сжатия;

- сжатия-растяжения;

- испытания в приборе с независимым регулированием трех главных напряжений;

- испытания в приборе "шариковой пробы".

В полевых условиях в основном распространены следующие методы испытаний:

1) сдвиг штампа, прибетонированного к грунту;

2) срез целика, помещенного в обойму и нагруженного сверху нагрузкой;

3) испытание крыльчаткой;

4) зондирование с помощью конуса.

При сдвиге штампа он обычно прибетонируется к основанию и часть цементного раствора затекает в грунт, обеспечивая контактное сцепление. Сдвиг целика по существу воспроизводит срезной прибор. Нагрузка сверху и сдвигающие усилия создаются домкратами, упирающимися в вертикальный портал и в упорный массив.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ

Для хорошо фильтрующих грунтов kf определяют с помощью прибора (рис. 5, а), состоящего из трубы длиной L, заполненной грунтом, и двух трубок — подводящей и отводящей воду. При разности напоров H2—Н1 вода будет фильтроваться под действием градиента i.

Рис. 5. Схемы установок для определения коэффициента фильтрации а —песка, б — пылевато-глинистого грунта

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

kf = V/Ait,

где А — площадь поперечного сечения образца грунта.

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

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

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

Список литературы

1. Ананьев В. П., Передельский Л. В. Инженерная геология и гидрогеология. – М.: Высшая школа, 1980. – 271 с.

2. Ананьев В. П., Потапов А. Д. Инженерная геология. – М.: Высшая школа, 2000. – 511 с.

3. Гальперин А. М., Зайцев В. С., Норватов Ю. А. Гидрогеология и инженерная геология. – М.: Недра, 1989.

4. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация.

5. СНиП 1.02.07-87 Инженерные изыскания для строительства.

6. Соседков Э.С., Игашева С.П. Учебное пособие к теме «Минералы и их свойства» для студентов строительных специальностей. – Тюмень: ТюмГАСА, 2003.

7. Соседков Э.С., Игашева С.П. Учебное пособие к лабораторным и практическим работам по теме «Горные породы, как грунты, и их свойства». – Тюмень: ТюмГАСА, 2003 г.

8. Соседков Э.С., Игашева С.П. Учебное пособие к практическим работам «Решение гидрогеологических задач»; Тюмень: ТюмГАСА, 2005 г.