Контрольная работа по дисциплине инженерная геология

 

kф - коэффициент фильтрации, м/сут;

 

F - площадь поперечного сечения  потока воды, м2;

 

?Н - разность напоров, м;

 

l - длина пути фильтрации, м.

 

Скорость фильтрации:

 

v = Q/F или v = kф I.

 

Скорость движения воды (фильтрации) измеряется в м/сут или см/с. Эти  формулы требуют уточнения в связи с тем, что в них входит величина F, отражающая все сечение фильтрующейся воды, а вода, как известно, течет лишь через часть сечения, равную площади пор и трещин породы. Поэтому величина v является кажущейся. Действительную скорость воды vд определяют с учетом пористости породы:

 

vд = Q/Fn,

 

где n -- пористость, выраженная в долях  единицы.

 

Сопоставив формулы v = kф I и vд = Q/Fn, можно установить, что vд = v/n. Формула  скорости воды vд = Q/Fn в этом виде свою очередь правомерна лишь для песков и крупнообломочных пород, где все поры открыты и вода имеет полную свободу движения. В глинистых породах часть пор закрыта и вода передвигается только через открытые поры, поэтому в формулу вводят не n, а nакт (активную пористость), т. е. пористости, через которые проходит вода. Также следует помнить, что движение воды в породах происходит обычно с разной скоростью, поэтому при рассмотрении вопроса о движении воды в данной породе можно говорить лишь об ее средней скорости движения.

 

Форма движения потоков грунтовых вод. На строительных или хозяйственных площадках при решении практических задач по водоснабжению или устройству дренажей почти всегда необходимо знать направление движения потоков воды. Грунтовые воды совершают сложные движения в зависимости от местных геологических условий, рельефа местности и других факторов. Различают потоки плоские, радиальные (сходящиеся и расходящиеся) и криволинейные (рис. 7).

 

Рис. 7. Форма потоков грунтовых  вод: а - плоский; б - радиальный расходящийся; в- радиальный сходящийся; г - криволинейный.

 

При определении направления потоков  следует помнить, что установленное  направление может быть справедливо  лишь для сравнительно ограниченной территории (участка).

 

2. Охарактеризовать водоносный  горизонт, заключающий эти воды, особенности его питания и разгрузки, его значение для целей водоснабжения.

 

Водоносный горизонт - подземные  воды, приуроченные к одному или  нескольким регионально выдержанным  водоносным породам гидродинамически связанным между собой и имеющим  единую гидравлическую (при безнапорных водах) или пьезометрическую (при напорных водах) поверхность.

 

Площадь, в пределах которой распространен  водоносный горизонт, называется областью, или площадью, их распространения, а  площадь, где происходит питание  водоносного горизонта, - областью питания. Площадь, где подземные воды вытекают из водоносного горизонта, называется областью разгрузки, или дренажа.

 

Под источниками (ключами, родниками) подразумеваются места естественных выходов воды на дневную поверхность. Наиболее часто это происходит при прорезании грунтовой воды эрозионной сетью. Это дает нисходящие источники.

 

По своему характеру источники  бывают сосредоточенные, т. е. выходящие  в одном месте, в виде потока, и  рассредоточенные, когда грунтовая  вода просачивается на склоне оврага или речной долины через слой глинистого грунта. После расчистки этого слоя источник может стать сосредоточенным.

 

Интенсивность выхода воды в единицу  времени оценивается дебитом  источника (л/с или м3/сут). Источник, выход вод которого улучшен человеком, называется каптированным. Напорные воды могут давать фонтанирующие (восходящие) источники.

 

Грунтовые воды имеют повсеместное распространение. Различают следующие  зоны:

 

Грунтовые воды речных долин. Имеют  большое народнохозяйственное значение; широко используются для водоснабжения населенных пунктов. Речные долины обычно выполнены песчано-глинистыми образованиями, причем верхняя часть их сложена суглинками и глинами, а нижняя песками и нередко гравием и галькой. Вследствие этого наиболее водообильной является нижняя часть аллювиальных отложений. Глубина залегания от 1см до 10-15м. По химическому составу воды аллювиальных отложений в большинстве маломинерализованы, относятся к гидрокарбогатным кальциевым. Эксплуатируются грунтовые воды речных долин колодцами.

 

Грунтовые воды ледниковых отложений. Представлены они неотсортированными валунными глинами и суглинками, а также песками и галечниками, к которым приурочены мощные потоки грунтовых вод, широко используемые для водоснабжения даже крупных городов. Вода обильная, слабо минерализована.

 

Грунтовые воды степей, полупустынь  и пустынь. Степи и особенно пустыни  и полупустыни характеризуются  малым количеством осадков (около 150-200мм) и значительным испарением (до 250мм). Речная сеть здесь развита слабо, а протекающие реки относятся к «транзитным»; они не получают питания по пути движения. На поверхности залегают на значительных площадях лессовидные и глинистые породы, слабо пропускающие осадки, которые в основном тратятся на испарение, частично на сток и в незначительной степени на инфильтрацию. Общие физико-географические и особенно климатические условия для накопления грунтовых вод в степях, пустынях и полупустынях крайне неблагоприятны. Этим и объясняется то, что в этих районах вопросы водоснабжения весьма сложны, так как имеющиеся здесь грунтовые воды, наиболее вододоступные для водоснабжения, как правило, сильно минерализованы. В степях, на возвышенных участках грунтовые воды к тому же обычно находятся на большой глубине и тоже сильно минерализованы. В последние годы в пустынных районах выявлены линзы пресных вод, залегающих на соленых; площадь линз пресных вод иногда достигает нескольких тысяч квадратных километров, а мощность - десятков метров. Минерализация воды в пресных линзах обычно не превышает 1 г/л, достигая иногда 2 г/л. Запасы пресных вод в подобных линзах нередко достигают нескольких кубических километров. Вода в этих линзах широко используется для водоснабжения.

 

Грунтовые воды предгорных и горных областей. В этих районах количество осадков наиболее высокое, хотя большая их часть и стекает в результате изрезанности рельефа. Тем не менее, в результате наличия пролювиальных образований, а также в следствие выветрелости и трещиноватости горных пород часть атмосферных осадков не фильтруется, что и обусловливает выход по склонам горных рек и многочисленных родников, нередко в десятки и сотни литров в секунду и больше. Режим подобных родников резко изменяется по сезонам, а так же по годам, в зависимости от количества и характера выпадающих осадков. Горные реки вносят в прилегающие равнины огромное количество продуктов разрушения горных пород, которые отлагаются в виде конусов выносов. Состоят последние из грубообломочного материала. Конуса выносов отдельных рек в предгорных районах сливаются, образуя огромные предгорные равнины, так называемые адыры, песчанно-галечниковые отложения которых включают мощные потоки грунтовых вод, обычно маломинерализованных. Это и позволяет широко использовать грунтовые воды предгорных наклонных равнин для целей водоснабжения и орошения.

 

Грунтовые воды морских побережий. Пологие морские побережья состоят  из песчаных образований, часто представленными  дюнами. В области развития дюн  зеркало грунтовых вод образует волнистую поверхность, в сглаженном виде повторяющую дюнную поверхность. Грунтовые воды в дюнных песках пресные, но на некоторой глубине пресная вода сменяется минерализованной, морской.

 

Существуют и незональные грунтовые  воды, например, болотные, карстовые  и др. Большими аккумуляторами атмосферных  осадков, паводковых и других вод являются болота. Уровень грунтовых вод в болотах всегда совпадает с поверхностью земли, что собственно и обуславливает заболоченность местности.

 

Вопросы:

 

6. Какая зона находится между  поверхностью и капиллярной каймой?

 

a. зона аэрации

 

b. водоносный слой

 

c. первый водоупор

 

d. второй водоупор

 

7. Для чего, в большинстве случаев,  используются грунтовые воды?

 

a. как хозяйственно-питьевые воды

 

b. для технических нужд

 

c. для промышленных нужд

 

d. являются минеральными

 

8. Где залегают грунтовые воды?

 

a. на поверхности

 

b. в зоне аэрации

 

c. на первом от поверхности  водоупоре

 

d. на втором от поверхности  водоупоре

 

9. Основное питание грунтовых  вод происходит?

 

a. с помощью атмосферных осадков

 

b. с помощью верховодки

 

c. водой рек

 

d. водой озер

 

Задание 5

 

Определить коэффициент фильтрации массива водоносных песков по результатам  откачки из одиночной совершенной  скважины. Водоносный горизонт - грунтовый. Данные для расчета приведены  в табл. 6. Схему проведения опыта  показать на рисунке (рис. 7).

 

Таблица 6

 

Вариант 

2 

 

Мощность водоносного горизонта  Н, м 

18 

 

Дебит скважины Q, м/сут 

809 

 

Понижение уровня воды в скважине So, м 

4 

 

Радиус влияния скважины R, м 

114 

 

Радиус скважины r, м 

0,3 

 

 

 

Коэффициент фильтрации определим по формуле Дюпюи, так как из условия задачи скважина совершенная, а это значит, что она достигает водоупора. Водоносный горизонт грунтовый, значит что вода в водоносном горизонте ненапорная.

 

Q= рkф (Н2 - h2)/(lnR-lnr)

 

Откуда:

 

kф= Q*(lnR - lnr)/ р*(Н2 - h2), где h=H - S

 

Подставляя данные задачи, получаем:

 

kф=809*(ln 114 - ln 0,3)/3,14*[182 - (18 - 4)2]=4,69 м3/сут.

 

Значение коэффициента фильтрации соответствует проницаемым галечникам и гравию, засоренными мелким песком и частично глиной; среднезернистым пескам и мелкозернистым, слабозакарстованным, малотрещиноватым породам.

 

Рис. 7. Схема проведения опыта.

 

Н - мощность водоносного горизонта, м; Q - дебит скважины, м/сут; S - понижение  уровня воды в скважине, м; R - радиус влияния скважины, м; r - радиус скважины, м; h - уровень воды в скважине, м; УГВ - зеркало грунтовых вод.

 

Совершенными называют скважины, дно  которых достигает водоупоров.

 

Несовершенными называют скважины, дно которых располагается выше водоупоров.

 

Коэффициент фильтрации - это скорость фильтрации при напорном (гидравлическом) градиенте, равном единице.

 

Мощность водоносного горизонта - расстояние от водоупора до уровня подземных вод.

 

Дебит скважины - объем воды, поступающий  из естественного источника или  водозабора в единицу времени при откачке или самоизливе.

 

Радиус влияния скважины - радиус депрессионной воронки. Депрессионная  воронка - объем, ограниченный поверхностью вращения депрессионной кривой и  естественной поверхностью безнапорных  или пьезометрической поверхностью напорных вод. При откачке воды из безнапорного водоносного горизонта депрессионная воронка - объем осушенного грунта.

 

Вопросы:

 

1. Совершенными скважины называют?

 

a. дно которых достигает водоупора

 

b. дно которых располагается  выше водоупора

 

c. дно которых располагается ниже водоупора

 

d. дно которых находится на  уровне зеркала грунтовых вод

 

2. У каких горных пород радиус  влияния скважины будет наибольшим?

 

a. глина

 

b. песок

 

c. супесь

 

d. галечник

 

3. Что такое радиус влияния?

 

a. радиус депрессионной воронки

 

b. радиус  скважины

 

c. дебит  скважины

 

d. гидравлический  градиент

 

 Задание  6

 

Определить  приток воды к совершенной дренажной  канаве, отводящей подземные воды грунтового горизонта (приток воды к  канаве происходит с двух сторон). Исходные данные для расчета приведены для соответствующего варианта в табл. 7. Расчет проиллюстрировать схематическим рисунком (рис. 8).

 

Таблица 7

 

Вариант