Оценка гидрогеологических и инженерно геологических условий Стойле

Н= H ₁ ² - ( H ₁ ² - H ₂ ² ) = 176² - (176² -175² ) =175,5 м;

l 350

x 270

Н= H ₁ ² - ( H ₁ ² - H ₂ ² ) = 177² - (177² -176² ) =176,5 м;

l 540

x 160

Н= H ₁ ² - ( H ₁ ² - H ₂ ² ) = 179² - (179² -178² ) =178,5 м.

l 320

Задаваясь любыми значениями х в пределах х< l и получая соответствующие им значения Н, можно по точкам построить депрессионную кривую между скважинами. Эта кривая является параболой.

4.4 Движение подземных вод к искусственным дренам

Горные выработки, из которых производится откачка воды, являются искусственными дренами водоносного пласта . Они подразделяются на горизонтальные (канавы, траншеи, галереи, штреки и т.п.) и вертикальные (скважины, стволы, колодцы, шурфы и т.п.). как вертикальные, так и горизонтальные горные выработки по степени вскрытия водоносного пласта делятся на совершенные (вскрывающие пласт на всю мощность и по всей его мощности имеющие водопроницаемые стенки) и несовершенные (вскрывают только часть пласта или имеют водопроницаемые стенки не по всей мощности).

Линия пересечения депрессионной воронки, образующейся вокруг выработки, из которой производится откачка воды, с вертикальной плоскостью, проходящей через ось выработки, называется депрессионной кривой , которая имеет максимальный наклон у стены выработки, а по мере удаления от нее постепенно выполаживается и практически сопрягается с линией первоначального напора Н . Расстояние от оси колодца до точки сопряжения депрессионной кривой с линией первоначального напора называется радиусом влияния выработки R .

Сниженный в результате продолжительной откачки уровень воды в вертикальной выработке (например, скважине), соответствующий напору h_o в ней, называется динамическим уровнем , в отличие от статического уровня , который соответствует первоначальному напору Н в пласте. Величина S , на которую понижается уровень воды в скважине, называется понижением . Следовательно, понижение S = H – h . Уровень воды в дренажной скважине ниже уровня воды h за стенкой ее на величину h = h - h_o , называемой гидравлическим скачком или высотой высачивания.

4.4.1 Движение напорных вод к совершенной вертикальной дрене

Данные для выполнения расчетов:

k _ф =12 м/сут – коэффициент фильтрации;

m =6 м – мощность водоносного пласта;

S – понижение

r =1 м – радиус выработки;

R =1,73 at – радиус влияния дрены, м,

k _ф H

a = - коэффициент уровнепроводности, м² /сут;



t =1год=365суток, время для которого определяется радиус влияния.

Предположим, что мы 365 суток производим откачку воды из т.1. принимаем водопонижение до середины пласта трещиноватых известняков московского горизонта – отметка 150м. Следовательно, водопонижение составит S = H -150=173,5-150=23,5 м.

Радиус выработки r =1 м;

Коэффициент уровнепроводности с учетом фактической скорости

k _ф ^. i ^. H 12 ^. 0,003 ^. 173,5

движения воды, a = = =624,6 м² /сут;

 0,01

Время, для которого определяется радиус влияния t =365 суток.

Определяем радиус влияния дрены:

R =1,73 at =1,73 624,6 ^. 365=826 м.

Расход Q потока подземных вод к выработке через это сечение

2,73 k _ф m S 2,73 ^. 12 ^. 6 ^. 23,5 4619,16

Q = = = = 1593 м ³ / сут .

lgR – lgr lg826 – lg 1 2,9

Уравнение депрессионной кривой имеет вид:

Q

y = H – 0,366 (lgR – lgx).

k _ф m

Для построения кривой принять:

х₁ =0,1R=0,1 ^. 826=82,6м;

x₂ =0,15R=0,15 ^. 826=123,9м;

х₃ =0,2R=0,2 ^. 826=165,2м;

x₄ =0,3R=0,3 ^. 826=247,8м;

x₅ =0,5R=0,5 ^. 826=413м;

x₆ =0,8R=0,8 ^. 826=660,8м.

Тогда:

1593

y₁ =173,5 – 0,366 (lg826 – lg82,6)=165,4;

6 ^. 12

1593

y₂ =173,5 – 0,366 (lg826 – lg123,9)=166,9;

6 ^. 12

1593

у₃ =173,5 – 0,366 (lg826 – lg165,2)=167,9 м ;

6 ^. 12

1593

y₄ =173,5 – 0,366 (lg826 – lg247,8)=169,3 м ;

6 ^. 12

1593

y₅ =173,5 – 0,366 (lg826 – lg413)=171,1 м ;

6 ^. 12

1593

y₆ =173,5 – 0,366 (lg826 – lg660,8)=172,9 м .

6 ^. 12

4.4.2 Движение безнапорных вод к совершенной вертикальной дрене

Данные для выполнения расчетов:

k _ф =5 м/сут – коэффициент фильтрации;

m =6 м – мощность водоносного пласта;

S – понижение

r =1 м – радиус выработки;

R =1,5 at – радиус влияния дрены, м,

k _ф H

a = - коэффициент уровнепроводности, м² /сут;



t =1год=365суток, время для которого определяется радиус влияния.

Предположим, что мы 365 суток производим откачку воды из т.1. принимаем водопонижение до середины пласта трещиноватых известняков московского горизонта – отметка 170м. Следовательно, водопонижение составит S = H ₁ -166=176,5-166=10,5 м.

Радиус выработки r =1 м;

Коэффициент уровнепроводности с учетом фактической скорости

k _ф ^. i ^. H 5 ^. 0,002 ^. 176,5

движения воды, a = = =88,25 м² /сут;

 0,02

Время, для которого определяется радиус влияния t =365 суток.

Определяем радиус влияния дрены:

R =1,5 at =1,5 88,25 ^. 365=269,2 м.

Расход Q потока подземных вод к выработке через это сечение

1,37 k _ф (2H-S)S 1,37 ^. 5(2 ^. 176,5 –10,5)10,5

Q = = = 10264.3 м ² / сут .

lgR – lgr lg 269.2 – lg 1

Уравнение депрессионной кривой имеет вид:

(lgx – lgr)

y = h² +S(2H-S)

( lgR – lgr )

Для построения кривой принять:

х₁ =0,1R=0,1 ^. 269,2=26,92м;

x₂ =0,15R=0,15 ^. 269, 2=40,38м;

х₃ =0,2R=0,2 ^. 269,2=53,84м;

x₄ =0,3R=0,3 ^. 269,2=80,76м;

x₅ =0,5R=0,5 ^. 269,2=134,6м;

x₆ =0,8R=0,8 ^. 269,2=215,36м.

Тогда:

lgx – lgr lg26,92 – lg1

y₁ = h² + S(2H – S) = 166² +10,5(2 ^. 176,5 –10,5)

lgR – lgr lg269,2 – lg 1

1,43

= 27556+3596,25 = 172,3

2,41

lgx – lgr lg40,38 – lg1

y₂ = h² + S(2H – S) = 166² +10,5(2 ^. 176,5 – 10,5) = lgR – lgr lg269,2 – lg 1

1,6

= 27556+3596,25 = 173,04

2,41

lgx – lgr lg53,84 – lg1

y₃ = h² + S(2H – S) = 166² +10,5(2 ^. 176,5 –10,5)

lgR – lgr lg26 9 ,2 – lg 1

1, 73

= 2 7556 +3 596,25 = 17 3,5

2, 41

lgx – lgr lg80,76 – lg1

y₄ = h² + S(2H – S) = 166² +10,5(2 ^. 176,5–10,5)

lgR – lgr lg269,2 – lg 1

1,9

= 27556+3596,25 = 174,3

2,41

lgx – lgr lg134,6 – lg1

y₅ = h² + S(2H – S) = 166² +10,5(2 ^. 176,5–10,5)

lgR – lgr lg269,2 – lg 1

2,12

= 27556 +3596,25 = 175,2

2,41

lgx – lgr lg215,36 – lg1

y₆ = h² + S(2H – S) = 166² +10,5(2 ^. 176,5–10,5)

lgR – lgr lg 269,2 – lg 1

2,23

= 27556+ 3596,25 = 176,1.

2,42

4.5 Определение инженерно-геологических условий месторождения

4.5.1 Определение показателей состояния горной породы

Образец породы V₀ =64 см³ и массой q₀ =127,5 г после высушивания при температуре 105^о С занимает объем V_с =47 см³ и весит q_с =113,2 г.

1. Плотность – масса единицы объема горной породы естественного сложения и влажности, численно равная отношения массы породы к ее объему:

 q ₀ 127,5

 = = = 1,9 г/ см³ .

V ₀ 64

2. Плотность сухой породы – масса единицы объема твердой части породы естественного сложения, численно равная отношению массы минерального скелета к ее объему:

 q _с 113,2

 _с = = = 1,8 г/ см³ .

V ₀ 64

3. Плотность минеральных частиц – масса минерального скелета породы в единице его объема, численно равная отношению массы минеральных частиц к их объему:

 q _с 113,2

= = = 2,4 г/ см³ .

V_c 47

4. Пористость – это отношение объема пор ко всему объему горной породы.

V ₀ - V_c 64– 47 - g _с 2,4 – 1,8

n = = = 0,26 или n = = = 0,26 (26%)

V ₀ 64 2,4

5. Коэффициент пористости – это отношение объема пор в горной породе к объему ее твердой части.



V ₀ - V_c 64 – 47 n 0,26

e = = = 0,36 или e = = = 0,36

V_c 47 1 – n 1 – 0,26

6. Весовая влажность W – это отношение массы воды q _в , заполняющей поры породы, к массе сухой породы q _с :

q _в q ₀ - q_c 127,5 – 113,2

W = = = = 0,12 доли единиц или 12%

q_c q_c 113,2

7. Объемная влажность W _о – отношение объема воды V _в этой породы:

q _в q_o - q_c 127,5 – 113,2

W _о = : V_o = = = 0,216 доли единиц или 21,6%

_{в в} V_o 1^. 64

W ^. g _с 0,12^. 1,8

W _о = = = 0,216 доли единиц или 21,6%.

^в 1

8. Коэффициент водонасыщения – отношение объема воды V _в в горной породе к объему пор V_n :

q₀ - q_c q₀ - q_c 127,5 – 113,2

G= :( V₀ - V_c )= = =0,84

^в _в ( V ₀ - V_c ) 1(64 –47)

W 0,12^. 2,4

G = = =0,84

_в e 1 ^. 0,36

Вывод: по величине G=0 : 10 выделяют породы: маловлажные (0 : 0,5); влажные (0,5 : 0,8); водонасыщенные (>0,8), следовательно рассматриваемая порода является водонасыщенная.

4.5.2 Гранулярный состав горных пород

Состояние и свойства горных пород находятся в зависимости от степени заполнения объема горных пород минеральным веществом, структура минерального скелета и парового пространства, физической природы связи между минеральными частицами, фазового состояния породы. Это факториальные характеристики. На основании этого все породы, независимо от их происхождения, можно разделить на 3 основные группы: твердые; связные (глинистые); раздельно-зернистые.

Состояние и свойства связных и раздельно-зернистых горных пород определяет гранулярный (зерновой) состав, т. е. весовое содержание в породе частиц различной крупности в процентах от общей массы породы в абсолютно сухом состоянии.

Размеры частиц – от нескольких метров (крупные глыбы в крупнообломочных породах) до тысячных и миллионных долей миллиметров (коллоидные и глинистые частицы) в глинистых породах.

Гранулярный состав определяет такие показатели, как влажность, пористость, пластичность, сопротивление сдвигу, сжимаемость, водопроницаемость, набухание и т. п. Для определения гранулярного состава проводят гранулометрический анализ, который бывает прямой (непосредственное изменение диаметра частиц) и косвенный (через скорость осаждения частиц в воде ли воздухе).

Разберем комбинированный метод, основанный на комбинации ситового метода (прямого) и метода пипетки (косвенного).

Ситовой – определение гранулярного состава раздельно-зернистых и песчано-глинистых пород. Набор из 9 сит с размерами отверстий: 10; 7; 5; 3; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1 мм. Процентное содержание фракции составляет

q ₁ ^. 100

Ф₁ = , где q ₁ – масса фракций, q – масса образца.

q

Метод пипетки – оценка гранулярного состава песчано-глинистых пород через скорость осаждения частиц в приготовленной суспензии. Отбор проб суспензии через определенный интервал времени пипеткой с различной глубины с последующим высушиванием и взвешиванием.

Основной способ изображения гранулярного состава песчано-глинистых пород – кривая в полулогарифмическом масштабе.

Породы делятся по размерам частиц: валуны (камни) – более 200мм, галька (щебень) – 10-20мм; гравий (дресва) – 2-10мм; пески – 0,05-2мм; пыль – 0,005-0,05мм; глины - <0,005мм.

Количественный показатель гранулярной кривой – коэффициент неоднородности К_н = d ₆₀ / d ₁₀ , где d ₆₀ и d ₁₀ – контролирующий и эффективный диаметры, определяемые с кривой грансостава. Для однородных пород К_н 1, равномерным распределением фракций - К_н = 25 – 100 (песок считается однородным при К_н <3.

Классификация глинистых пород по грансоставу

Исходные данные:

q₁ – масса образца (г); W_г – гигроскопическая влажность; q_в.с. – масса водорастворимых солей; V_c – объем суспензии; V_п – объем пипетки.

q₁ = 17,25 г; W_г = 1,10 %; q_в.с. = 0,41 г; В = 10= Ф_2,0-0,5

V_c =1000 см³ ; V_п = 25 см³ ; А_0,5-0,25 =0,52 г ; А_0,25-0,1 =0,74г;

А _<0,05 =0,29г; А _<0,01 =0,25г; А _<0,005 =0,21г; А _<0,001 =0,16г.

Необходимо:

- рассчитать процентное содержание фракций 0,5-0,25; 0,25-0,1; 0,1-0,05; 0,05-0,01; 0,01-0,005; 0,005-0,001; <0,001 мм;

- построить суммарную кривую гранулярного состава;

- определить процентное содержание глинистых, пылеватых и песчаных частиц;

- установить наименование породы.

1. Вводим поправку в величину массы воздушно-сухого образца на содержание гигроскопической влажности:

100^. q 100 ^. 17,45

q₁ ^г = = = 17,06 г.

100+W 100+1,10

2. Водим поправку в величину массы воздушно-сухого образца на содержание водорастворимых солей:

q₀ =q₁ ^г - q_в.с. = 17,25-0,41=16,84г.

3. Определяем в образце содержание фракций, выделенных ситовым методом:

а) Ф_2-0,5 = В = 10%;

А(100-В) 0,52(100-10)

б) Ф_0,5-0,25 = = = 2,77%

q₀ 16,84

в) А(100-В’) 0,74(100-12,77)

Ф_0,25-0,1 = = = 3,93%

q₀ 16,84

В’=В+ Ф_0,5-0,25 = 10+2,77=12,77%

4. Определяем совокупное содержание в образце фракций, выделенных пипеточным способом:

А V_c (100-В”) 0,29 ^. 1000(100-16,7)

а) Ф_<0.05 = = = 57,38%

q₀ V_п 16,84^. 25

В”= В’+ Ф_0,25-0,1 = 12,77+3,93 = 16,7 %

А V_c (100-В”) 0,25 ^. 1000(100-16,7)

б) Ф_<0.01 = = = 57,38%

q₀ V_п 16,84^. 25

А V_c (100-В”) 0,21 ^. 1000(100-16,7)

в) Ф_<0.005 = = = 41,55%

q₀ V_п 16,84^. 25

А V_c (100-В”) 0,16 ^. 1000(100-16,7)

г) Ф_<0.001 = = = 31,65%

q₀ V_п 16,84^. 25

5. Определяем интервальное содержание фракций, выделенных пипеточным способом:

а) Ф_0,1-0,05 = 100- В”- Ф_<0.05 =100 – 16,7 – 57,38= 25,92%

б) Ф_0,05-0,01 = Ф_<0.05 - Ф_<0.01 = 57,38– 49,46= 7,92%

в) Ф_0,01-0,005 = Ф_<0.01 - Ф_<0.005 = 49,46– 41,55= 7,91%

г) Ф_0,005-0,001 = Ф_<0.005 - Ф_<0.001 = 41,55– 31,65= 9,9%

6.  Ф = В + Ф_0,5-0,25 + Ф_0,25-0,1 + Ф_0,1-0,5 + Ф_0,05-0,01 + Ф_0,01-0,005 + Ф_0,005-0,001 + +Ф_<0.001 = 10 + 2,77+ 3,93+ 25,92+ 7,92+ 7,91+ 9,9+ 31,65= 100%

7. Результаты расчетов: