Билет 13 поверхностными и подземными водами

1. Основные теории происхождения подземных вод.Существуют две основные теории происхождения подземных вод: инфильтрационная и конденсационная.Инфильтрационная теория объясняет образование подземных вод просачиванием (инфильтрацией) вглубь Земли атмосферных осадков и поверхностных вод. Просачиваясь по крупным трещинам и порам, вода задерживается на водонепроницаемых слоях и дает начало подземным водам. Процесс инфильтрации атмосферных осадков весьма сложный. Питание подземных вод инфильтрационным путем изменчиво во времени и определяется природными условиями района: рельефом, водопроницаемостью пород, растительным покровом, деятельностью человека и т. д. Инфильтрационный путь образования подземных вод является основным для подземных вод, залегающих в зоне активного водообмена, в районах с достаточно высоким количеством атмосферных осадков. В районах с небольшим их количеством (пустыни, сухие степи) роль конденсации водяных паров в образовании и питании подземных вод существенно возрастает.

Конденсационная теория предполагает возникновение подземных вод в связи с конденсацией водяных паров, которые проникают в поры и трещины из атмосферы. В настоящее время эти две теории не противопоставляются, а взаимно дополняют друг друга. Многочисленные экспериментальные исследования показали, что атмосферная вода может проникать в горные породы как в капельножидком состоянии, так и в виде пара (в меньших количествах). Ювенильная теория выдвинута в 1902 г. который привел ряд доказательств о связи некоторых минеральных вод с расплавленной вязкой магмой, в изобилии пропитанной различными газообразными продуктами. Из расплавленной магмы эти продукты начинают выделяться, и попадая в области с более низкими температурами, конденсируются, образуя ювенильные (т. е. девственные) воды, которые в виде источников выходят на земную поверхность. Теория погребенных вод рассматривает часть подземных вод как захороненные остатки вод древних бассейнов.

2. Грунто́вые воды образуют водоносный горизонт на первом от поверхности водоупорном слое. В связи с неглубоким залеганием от поверхности уровень грунтовых вод испытывает значительные колебания по сезонам года: он то повышается после выпадения осадков или таяния снега, то понижается в засушливое время. В суровые зимы грунтовые воды могут промерзать. Эти воды в большей мере подвержены загрязнению. Межпластовые воды — нижележащие водоносные горизонты, заключенные между двумя водоупорными слоями. В отличие от грунтовых, уровень межпластовых вод более постоянен и меньше изменяется во времени. Межпластовые воды более чистые, чем грунтовые. Напорные межпластовые воды полностью заполняют водоносный горизонт и находятся под давлением. Напором обладают все воды, заключенные в слоях, залегающих в вогнутых тектонических структурах. В отличие от грунтовых, уровень межпластовых вод более постоянен и меньше изменяется во времени. Одни ученые считали, что подземные воды питаются атмосферными осадками, т, е. за счет дождя и снега. Грунтовые и почвенные воды питают своей влагой растения.

3. Артезианские воды [от назв. франц. провинции Артуа (лат. Artesium), где эти воды издавна использовались], подземные воды, заключённые между водоупорными слоями и находящиеся под гидравлическим давлением. Залегают главным образом в доантропогеновых отложениях, в пределах крупных геологических структур, образуя артезианские бассейны. Вскрытые искусственным путём Артезианские воды поднимаются выше кровли водоносного пласта. При достаточном напоре они изливаются на поверхность земли, а иногда даже фонтанируют. Линия, соединяющая отметки установившегося напорного уровня в скважинах, образует пьезометрический уровень. В отличие от грунтовых вод, участвующих в современном водообмене с поверхностью земли, многие Артезианские воды являются древними и их химический состав обычно отражает условия формирования.

БИЛЕТ 14

1.Инженерно-геологическая разведка - комплексный метод полу­чения информации об инженерно-геологических условиях неко­торой области литосферы путем проведения горно-буровых опыт­ных инженерно-геологических и гидрогеологических работ ин­женерно-геологического опробования и лабораторных работ, документации строительных выемок и режимных инженерно-геологических наблюдении.

Инженерно-геологическая разведка включает проведение гидрогеологических работ. Цель работ состоит в получении данных о гидрогеологических условиях строительной площадки, нужных для разработки их прогноза при строительстве и эксплуатации сооружений, возможного подтопления территории, загрязнения и изменения химического состава подземных вод. Важнейшей составной частью оперативной инженерно-геологи­ческой разведки являются режимные инженерно-геологические наблюдения. Они включают наблюдения: 1) за инженерно-геоло­гическими процессами, развивающимися в результате взаимодей­ствий орудий труда (землеройной техники, водопонизительных установок буровзрывных работ и т. д.) и строящихся сооружении с геологической средой; 2) за проведением строительных работ преимущественно нулевого цикла; 3) за работами по возведению земляных сооружений; 4) за проведением опытно-строительных работ и их эффективностью. Инженерно-геологические исследования, входящие в состав геологических работ по детальной разведке, заключаются в проведении инженерно-геологической съемки района месторождения масштаба 1: 10000 — 1:5000. Съемку проводят, если район по инженерно-геологическим условиям относится к сложным или средней сложности (при разработке месторождения ожидается развитие инженерно-геологических процессов, требующих применения специальных мероприятий по повышению устойчивости пород, их осушению или др.). Инженерно-геологическая съемка, помимо общей оценки инженерно-геологических условий освоения района, должна дать исчерпывающую информацию, требуемую для решения вопросов: о способах разработки полезного ископаемого — открытый, подземный способ или комбинированный; об устойчивости пород в стенках (кровле) выработок, откосах; об обводненности пород и ее пространственной изменчивости; об ожидаемых инженерно-геологических процессах; о реализации защитных мероприятий. Инженерно-геологическую съемку проводят на основе данных геологической и гидрогеологической съемок.

2. Общая методика инженерно-геологических исследований включает в себя теоретические положения, лежащие в основе методов и технологий инженерно-геологических работ, а также совокупность методов и приемов производства и обработки инженерно-геологической информации и технологию процесса инженерно-геологических работ безотносительно к конкретному виду строительства. Она содержит три раздела знаний:
- теотические основы методики (ее объективная сторона);
- учение о методах производства, накопления и обработки инженерно-геологической информации;
- учение о технологии процесса изысканий. Инженерно-геологические работы — производственный или научный процесс, занимающий определенное место в системе хозяйственной деятельности людей. В ходе инженерно-геологических работ производится информация научного или производственного характера. Ее используют при планировании, проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений, а также при проведении мероприятий, обеспечивающих рациональное использование и охрану окружающей среды, в том числе геологической. Теоретические основания — объективная сторона метода — должны быть тесно связаны с технологией и практическими приемами едения инженерно-геологических изысканий. На всех этапах хозяйственной деятельности при планировании, проектировании, строительстве и ксплуатации сооружений инженер-геолог совместно с другими специалистами решает задачи оптимизации взаимодействия между ологической средой, орудиями и продуктами труда. Он получает инженерно-геологическую информацию, необходимую для решения этих задач. Цель инженерно-геологических работ регламентирует объем, качество и сроки получения требуемой инженерно-геологической информации.

3. Часто очень трудно провести различие между напорными, слабонапорными, безнапорными и подвешенными подземными водами. В районах, более сложных в геологическом отношении, подземные воды трудно или невозможно подразделить на типы. Напорные воды также называют артезианскими. Первоначально этот термин относили к водам, обладающим достаточным напором для самоизлива на поверхность земли. В последние годы термин артезианские воды становится более или менее синонимичным термину напорные воды. Наиболее хорошо выраженные напорные воды были найдены в обширных водоносных горизонтах, сложенных плотными породами в Австралии и центральной части Северной Америки. Первые скважины, пройденные и водоносных горизонтах этих областей, вскрывали воду с напором более 150 футов над земной поверхностью. Дебит этих самоизливающихся скважин часто превышал 1000 галл/мин. Две скважины, пройденные в дакотских песчаниках, давали воду под таким напором, что она вращала колеса мельниц почти до конца XIX в. К сожалению, напор в этих водоносных горизонтах упал и в настоящее время вода из них, как правило, откачивается. Породы, перекрывающие водоносный горизонт, могут быть слабоводо-нроницаемыми, поэтому вода таких горизонтов слабонапорная. В таких условиях высокое давление не формируется и напор редко превышает 5—10 футов над поверхностью земли. Артезианские воды современных аллювиальных отложений в основном именно таковы. Артезианский водоносный горизонт залегает между пористыми, но почти непроницаемыми слоями, называемыми водоупорами и слабоводопроницаемыми слоями. Такое строение типично для многих больших артезианских бассейнов. Однако в природных условиях их разнообразие бесконечно. Ниже описано несколько типичных артезианских бассейнов.

БИЛЕТ

1. Характер взаимосвязи между поверхностными и подземными водами различен. В зависимости от условий залегания водоносного пласта, глубины вреза речных долин и положения мест выхода подземных вод на поверхность по отношению к высоте стояния уровня воды в реке возникают различные условия для гидравлической связи речных и подземных вод. Гидравлическая связь может быть постоянной, периодической или отсутствовать вовсе.

При отсутствии гидравлической связи колебания уровня подземных вод не определяются колебаниями уровня воды в реке. Это характерно для случая, когда грунтовой поток, направленный к реке, выходит на поверхность на склонах речных долин выше наивысшего уровня воды в реке.При наличии гидравлической связи возможно несколько вариантов взаимосвязи поверхностных и подземных вод.1.Грунтовые воды питают реку при низком стоянии уровня воды в ее русле. При прохождении половодья, когда подъем воды в реке значительно превышает уровень стояния грунтовых вод, происходит фильтрация речных вод в берега (связь временная).. Если водоносный пласт обнажен до уровня циркулирующих в нем вод, то в месте пересечения зеркала подземных вод с поверхностью земли подземные воды выходят на поверхность.Различают пластовые выходы и источники (родники). Под режимом источника понимают изменение во времени его дебита, состава и температуры. Знание указанных элементов режима позволяет установить природу источников, условия и площадь их питания.По особенностям режима все источники можно подразделить на:постоянно действующие,сезонно действующие,ритмически действующие (имеют достаточно правильную периодичность или ритмические колебания дебита и напора).Минеральными лечебными водами называют воды, которые оказывают благоприятное физиологическое воздействие на человеческий организм в силу общей минерализации, ионного состава, содержания в воде газов, радиоактивных элементов, а также повышенной температурой.Основными типами минеральных лечебных вод являются железистые, мышьяковистые, кремнистые, сероводородные (сульфидные), углекислые, радоновые, йодные, бромные.Подземные воды участвуют в различных физико-географических процессах. Как уже отмечалось, сток подземных вод является одним из звеньев круговорота воды на земном шаре и составной частью речного стока.

2. Прессиометрия является скоростным методом исследования механических свойств грунтов. Прессиометрия — испытание грунтов пробными статическими нагрузками в скважине с помощью прессиометра. При таких испытаниях изучают деформируемость любых грунтов, но, главным образом, глинистых и песчаных. Измеряя величину деформации при каждой ступени нагрузки, вычисляют значение модуля деформации грунта. По результатам составляется график зависимости деформаций пород от действующей нагрузки при прессиометрических испытаниях. Прессиометр — прибор для определения деформативных свойств фунтов, залегающих в стенках скважин, представляет собой камеру-цилиндр с эластичными стенками, в которую ступенями нагнетают жидкость (гидравлический прессиометр) или воздух (пневматический прессиометр), измеряя при этом деформации стенок скважины. Переставляя прессиометр вдоль оси скважины, можно определить деформационные свойства грунтов, залегающих на разной глубине. Прессиометрия позволяет оценить сжимаемость грунтов в направлении, перпендикулярном приложению нагрузки от большинства сооружений, что допустимо для изотропных грунтов. По сравнению с лабораторными методами их исследования описываемый метод дает выигрыш во времени примерно в 4 раза, а по сравнению с методом пробных нагрузок - примерно в 50 раз. Современные конструкции прессиометров позволяют проводить испытания в скважинах глубиной до 25 м в породах, залегающих выше уровня грунтовых вод. Прессиометрические испытания имеют много преимуществ:

1. с их помощью можно изучать широкий диапазон грунтов;

2. испытания можно проводить в скважинах на глубинах до 50 м;

3. возможно проводить измерения модуля деформации в любом направлении;

4. испытания проводятся быстро, продолжительность одного эксперимента обычно составляет 30 минут;

5. при проведении опыта не нужно бурить инженерно-геологические скважины большого диаметра;

6. оборудование для проведения опытов достаточно компактное;

7. стоимость опыта меньше, по сравнению со штамповыми испытаниями.

Сущность метода испытания штампом заключается в натурном моделировании процесса уплотнения достаточно большого объёма грунта (по сравнению с лабораторной пробой) под нагрузкой, сопоставимой с нагрузкой проектируемого здания. Испытанию подвергаются, как правило, крупнообломочные, песчаные и глинистые породы.Перед началом проведения таких испытаний осуществляется бурение скважин для уточнения инженерно-геологического разреза с отбором проб грунтов и определением их физико-механических характеристик в лабораторных условиях. В тоже время выявляются все водоносные горизонты. Места испытаний и их глубины устанавливают с учётом предлагаемой ширины фундаментов и глубины их заложения. Испытаниям подвергают все несущие слои грунтов. Полученные данные влияют на выбор типа штампа, на место проведения испытания, а также на количестве опытов. Если в активной зоне распространения нагрузки находится только один мощный однородный слой, то испытания выполняют на отметке заложения основных фундаментов. Существуют разные конструкции установок, позволяющие выполнять штамповые испытания.Штампы выполняются в шурфах с минимальным сечением 1.5x1.5 м, в буровых скважинных диаметром 325 мм, в дудках диаметром 0.9 м, в шахтах, штольнях, в котлованах. При испытаниях на глубинах до 6 м и низком уровне грунтовых вод предпочтение отдаётся шурфам; при проведении опыта на глубине от 6 до 20 м. Если уровень грунтовых вод находится выше точки испытаний штампом, то опыт выполняют в скважине.

3. Проводя геологические изыскания, динамическое зондирование позволяет определить в полевых условиях физико-механические свойства грунтов. Техническая сторона данного метода несколько проще по сравнению со статическим зондированием. К тому же данное испытание применимо к различным видам грунтов. Благодаря простоте конструкций оборудования динамического зондирования, а также их сравнительно небольшой массе и при этом большой производительности именно данный метод считается более распространенным. Статистическое и динамическое зондирование в полевых условиях в сочетании с другими видами геологических исследований позволяют определить целый ряд дополнительных показателей:мощность грунтов, границы распространения грунтов разного состояния и состава;однородность грунтов по глубине и площади;сопротивление грунта под давлением сваи, а также по боковой поверхности сваи;глубина залегания крупнообломочных и скальных грунтов;степень уплотнения намывных и насыпных грунтов;приблизительные показатели удельного сцепления, плотности, модуля деформации грунтов, угла внутреннего трения и т.п.Инженерно-геологические изыскания в комплексе с этими методами испытаний грунта позволяют в полевых условиях выбрать места расположения площадок исследования, а также определить точную глубину проведения испытания. Статистическое и динамическое зондирование служат отличным поисковиком будущих мест взятия образцов грунта, которые понадобятся для дальнейших детальных исследований в лабораторных условиях. Порядок проведения описываемых испытаний грунтов должен отвечать всем требованиям ГОСТа, а комплектация всего оборудования и приборов – соответствовать нормам. Очень часто геология участка сама определяет точный комплекс испытаний, которые необходимо провести на той или иной площадке исследования, т.к. не каждый тип грунта поддается любому методу испытаний. Многолетний опыт наших сотрудников позволяет в кратчайшие сроки и профессионально предоставлять все необходимые геологические исследования, применяя при этом самое усовершенствованное высокотехнологическое оборудование и аккредитованную лабораторию.

Билет