Задание 6
Определите коэффициент фильтрации водоносных песков по результатам откачки воды из одиночной скважины совершенного типа. По величине коэффициента фильтрации определите водопроницаемость и водопроводимость водоносного песка. Сделайте схематический рисунок. Данные для расчётов приведены в таблице 7.
Таблица 7 - Исходные данные к заданию 6
| № варианта | Мощность водоносного горизонта, Н, м | Дебит скважины, Q, м3/сут | Понижение уровня воды в скважине, S, м | Радиус депрессионной воронки, R, м | Радиус скважины, r, м |
| 0,1 | |||||
| 0,2 | |||||
| 0,3 | |||||
| 0,1 | |||||
| 0,2 | |||||
| 0,3 | |||||
| 0,2 | |||||
| 0,3 | |||||
| 0,1 | |||||
| 0,2 | |||||
| 0,1 | |||||
| 0,3 | |||||
| 0,1 | |||||
| 0,3 | |||||
| 0,3 | |||||
| 0,3 | |||||
| 0,2 | |||||
| 0,1 | |||||
| 0,3 | |||||
| 0,3 | |||||
| 0,3 |
 |
Пример решения задачи для варианта № 0
Рисунок 6 – Схема расчёта гидрогеологических параметров для совершенной скважины: а) стандартная; б) для конкретных условий
Дано:
Н = 12 м;
Q = 508 м3/сут;
S = 4 м;
R = 98 м;
r = 0,1 м
Найти: Кф, Кв
Решение:
Коэффициент фильтрации можно определить двумя способами, используя формулу Дюпюи:
а) по величине слоя воды в скважине после откачки h, м;
б) через последовательное 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:
или 
,
откуда 
,где
Кф - 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.
По условию задачи неизвестна величина h. При решении задачи первым способом ее находят вычитанием понижения уровня воды в скважине после откачки из мощности водоносного горизонта h = Н - S (рисунок 6).
Подставив числовые значения в любую из вышеприведенных формул, определим коэффициент фильтрации по слою воды в скважине после откачки:
При решении задачи вторым способом в самом начале нужно разложить разность квадратов (Н2 - h2) на произведение суммы и разности этих чисел. Тогда формула примет следующий вид:
Поскольку h = H – S, то S = H – h. Подставим в первых скобках (Н - S) вместо h, во вторых - только значение S, получим для расчёта следующую формулу:
Судя по величине коэффициента фильтрации водоносного горизонта - 13,90 м/сут, это средневодопроницаемые пески.
Водопроводимость водоносного горизонта равна:
Вывод: Кф = 13,90 м/сут; Кв = 166,80 м2/сут; средневодопроницаемые пески.
Задание 7
Для определения гидрогеологических параметров грунтового водоносного горизонта мощностью Н был заложен куст совершенных скважин, состоящий из центральной (Ц скв.) и двух наблюдательных скважин (скв. 1) и (скв. 2). Они расположены в плане на одной прямой на расстоянии соответственно L1 и L2 от центральной. Из центральной скважины производилась откачка грунтовой воды с определением дебита Q, а в наблюдательных замерялись понижения уровней S1 и S2 (рисунок 7).
Постройте схему и определите коэффициент фильтрации песков, коэффициент водопроводимости водоносного слоя и радиус влияния. Данные для расчётов приведены в таблице 8.
Таблица 8 - Исходные данные к заданию 7
| № варианта | Мощность водоносного горизонта, Н, м | Дебит центр. скв., Q, м3/сут | Расстояние скв. 1 от центр., L2, м | Расстояние скв. 2 от центр., L2 , м | Понижение уровня воды в скв.1, S1, м | Понижение уровня воды в скв.2, S2, м |
| 6,5 | 3,0 | 2,1 | ||||
| 12,7 | 3,1 | 1,5 | ||||
| 12,9 | 4,9 | 2,9 | ||||
| 15,1 | 5,5 | 2,5 | ||||
| 18,3 | 4,8 | 2,8 | ||||
| 7,3 | 4,9 | 1,9 | ||||
| 10,8 | 2,8 | 2,0 | ||||
| 16,0 | 2,7 | 2,0 | ||||
| 17,0 | 4,8 | 1,8 | ||||
| 14,0 | 3,0 | 2,1 | ||||
| 15,7 | 4,0 | 2,2 | ||||
| 14,2 | 3,0 | 1,2 | ||||
| 13,3 | 2,6 | 0,9 | ||||
| 12,4 | 2,2 | 0,6 | ||||
| 11,7 | 3,2 | 1,5 | ||||
| 14,4 | 2,4 | 1,2 | ||||
| 12,6 | 2,3 | 0,8 | ||||
| 13,7 | 2,1 | 1,2 | ||||
| 13,0 | 1,9 | 0,5 | ||||
| 15,3 | 2,7 | 1,7 | ||||
| 15,0 | 2,5 | 1,1 |
Пример решения задачи для варианта №0
Рисунок 7 – Схема расчёта гидрогеологических параметров для куста совершенных скважин: а) стандартная; б) для конкретных условий
Дано:
Н = 6,5 м;
Q = 65 м3/сут;
L1 = 18 м;
L2 = 38 м;
S1 = 3,0 м;
S2= 2,1 м
Найти: Кф; Кв; R
Решение:
Коэффициент фильтрации можно вычислить по преобразованной формуле Дюпюи:
Коэффициент водопроводимости слоя равен произведению коэффициента фильтрации на мощность слоя:
Радиус влияния можем вычислить из уравнения:
откуда R =102,34 = 218,78 м.
Вывод: Кф = 2,21 м/сут; Кв = 143,65 м2/сут; R = 218,78 м.
Задача 8
По данным, приведенным в таблице 9, постройте схему и определите приток воды к совершенной скважине с круговым контуром питания при горизонтальном водоупоре (рисунок 8),пропущенные значения необходимо вычислить.
Таблица 9 - Исходные данные к заданию 8
| № варианта | Абсолютные отметки, м | глубинаУГВ м | Столб воды в скваж. h , м | Коэф. фильтрации Кф, м/сут | Понижение уровня воды в скважине, S, м | Расстояние от скваж. до водоёма, L, м | Диаметр скважины, d, мм |
| - устья скваж. 66,0; - статич. уровня 59,2; - динамич. уровня ?; - кровли водоупора 45,5 | ? | ? | 12,4 | 5,5 | |||
| ? | ? | 11,4 | 6,5 | ||||
| ? | ? | 6,8 | 3,2 | ||||
| ? | ? | 12,0 | 4,2 | ||||
| ? | ? | 4,9 | 3,7 | ||||
| ? | ? | 0,7 | 6,0 | ||||
| ? | ? | 0,2 | 4,3 | ||||
| ? | ? | 3,8 | 8,9 | ||||
| ? | ? | 11,6 | 6,2 | ||||
| ? | ? | 5,9 | |||||
| ? | ? | 6,5 | 4,6 |
| - устья скваж 95,6; - статич. уровня ?; - динамич. уровня ?; - кровли водоупора 75,5 | ? | 12,4 | 4,5 | 3,2 | |||
| ? | 10,8 | 16,5 | 11,2 | ||||
| ? | 11,1 | 7,4 | 7,8 | ||||
| ? | 13,8 | 4,6 | 5,8 | ||||
| ? | 3,9 | 7,1 | 4,7 | ||||
| ? | 6,8 | 5,5 | 5,0 | ||||
| ? | 7,9 | 10,4 | 3,7 | ||||
| ? | 6,5 | 1,4 | 0,9 | ||||
| ? | 8,5 | 0,8 | 7,4 | ||||
| ? | 2,9 | 3,2 | 5,8 |
 |
Пример решения задачи для варианта № 0
Рисунок 8 – Схема расчёта гидрогеологических параметров для совершенной скважины с круговым контуром питания: а) стандартная; б) для конкретных условий
R – радиус депрессионной воронки (радиус влияния), м;
L – расстояние от скважины до водоёма, м;
r – радиусскважины, мм;
S – понижение уровня подземных вод, м;
H – мощность водоносного горизонта, м;
h – мощность слоя воды в скважине после откачки, м;
а.о.у. – абсолютная отметка устья скважины, м;
а.о.с.у. – абсолютная отметка статического уровня грунтовых вод, м;
а.о.д.у. – абсолютная отметка динамического уровня грунтовых вод, м;
а.о.к.в. – абсолютная отметка кровли водоупора (или подошвы водоносного горизонта), м.
Дано:
Абс. отм. устья 66,0 м;
Абс. отм. статич. уровня 59,2 м;
Абс отм. кровли водоупора 45,5 м;
S = 5,5 м;
Кф = 12,4 м/сут;
L = 77 м;
d = 152 мм
Найти: h; абс. отм. динам. уровня; глубину залегания УГВ; q
Решение:
Находим пропущенные в варианте значения.
Определяем динамический уровень в скважине, для этого из статического уровня вычитаем понижение S, то есть: 59,2 – 5,5 = 53,7, м;
Определяем глубину залегания статического уровня, для этого из абсолютной отметки устья вычитаем абсолютную отметку УГВ, то есть: 66,0 –59,2 = 6,8 м;
Определяем столб воды в скважине после откачки h, для этого из абсолютной отметки динамического уровня вычитаем абсолютную отметку кровли водоупора: h = 53,7 – 45,5 = 8,2 м.
Определяем мощность водоносного горизонта:
- через понижение S и оставшийся после откачки столб воды h:
H= S+ h = 5,5 + 8,2 = 13,7 м;
- через разность абсолютных отметок статического уровня УГВ и кровли водоупора:
H= а.о.с.у. - а.о.к.в. = 59,2 – 45,5 = 13,7 м.
Составим расчётную схему (рисунок 7).
Определим радиус влияния R по формуле:
отсюда 0,5R = 71,68 м.
Так как L больше 0,5R, то для расчёта единичного притока к совершенной скважине, используем следующую формулу:
В случае если L (расстояние от центра скважины до водоёма) будет меньше или равно 0,5R, то используется формула:
Диаметры скважин даны в миллиметрах, поэтому находим радиус скважины r (мм) и переводим это значение в метры.
Вывод: h = 8,2м; абс. отм. динам. уровня53,7м; глубина УГВ 6,8м; q=624м3/сут
Задача 9
По данным, приведенным в таблице 10,постройте схему (рисунок 9) и определите приток воды в совершенную скважину, вскрывшую напорные воды,пропущенные значения необходимо вычислить.
Таблица 10 - Исходные данные к заданию 9
| № варианта | Абсолютные отметки, м | Мощность водоносного слоя, м | Напор над подошвой верхнего водоупора, м | Напор над кровлей нижнего водоупора, м | Понижение уровня воды в скважине, S, м | Коэфф. фильтрации Кф, м/сут | Диаметр скважины d, мм |
| - устья скв. 42,5; - подошва верхнего водоупора ?; - кровля нижнего водоупора 13,4; - пьезометр. уровень 39,6; - динамич. уровень водоупора 36,1 | ? | 15,2 | ? | ? | 9,6 | ||
| ? | 14,2 | ? | ? | 11,4 | |||
| ? | 20,1 | ? | ? | 6,8 | |||
| ? | 16,4 | ? | ? | 12,0 | |||
| ? | 12,2 | ? | ? | 4,9 | |||
| ? | 13,5 | ? | ? | 0,7 | |||
| ? | 18,8 | ? | ? | 0,2 | |||
| ? | 14,8 | ? | ? | 3,8 | |||
| ? | 15,6 | ? | ? | 11,6 | |||
| ? | 16,2 | ? | ? | ||||
| ? | 13,7 | ? | ? | 6,5 | |||
| - устья скв. 73,4; - подошва верхнего водоупора 46,3; - кровля нижнего водоупора ?; -пьезометр. уровень ?; -динамич. уровень водоупора 63,8 | 15,9 | 22,8 | ? | ? | 4,5 | ||
| 12,3 | 18,9 | ? | ? | 16,5 | |||
| 17,2 | 21,3 | ? | ? | 7,4 | |||
| 15,4 | 26,2 | ? | ? | 4,6 | |||
| 19,2 | 22,4 | ? | ? | 7,1 | |||
| 14,1 | 19,7 | ? | ? | 5,5 | |||
| 14,7 | 19,1 | ? | ? | 10,4 | |||
| 13,6 | 23,5 | ? | ? | 1,4 | |||
| 9,8 | 18,3 | ? | ? | 0,8 | |||
| 18,8 | 21,4 | ? | ? | 3,2 |
Пример решения задачи для варианта № 0
Рисунок 9 – Схема притока напорных вод к артезианской скважине
R – радиус депрессионной воронки (радиус влияния), м;
r – радиус скважины, мм;
S – понижение уровня подземных вод, м;
m – мощность водоносного горизонта, м;
h – мощность слоя воды в скважине после откачки, м;
Нвв – напор над подошвой верхнего водоупора, м;
Ннв – напор над подошвой нижнего водоупора, м;
а.о.у. – абсолютная отметка устья скважины, м;
а.о.п.у. – абсолютная отметка пьезометрического уровня вод, м;
а.о.д.у. – абсолютная отметка динамического уровня напорных вод, м;
а.о.к.н.в. – абсолютная отметка кровли нижнего водоупора, м.
Дано:
Абс. отм. устья 42,5 м;
Абс. отм. пьез. уровня 39,6 м;
Абс. отм. динам. уровня 36,1 м;
Абс отм. кровли нижнего водоупора 13,4 м;
Нвв =15,2 м;
Кф = 9,6 м/сут;
d = 305 мм
Найти: S, h; глубину залегания УГВ; Ннв; абс. отм. подошвы верхнего водоупора; m; R; q
Решение:
Находим пропущенные в варианте значения.
Определяем понижение уровня подземных вод, для этого из статического уровня вычитаем динамический уровень, то есть: S = 39,2 – 36,1 = 3,5 м.
Определяем столб воды в скважине после откачки h, для этого из абсолютной отметки динамического уровня вычитаем абсолютную отметку кровли нижнего водоупора: h = 36,1 – 13,4 = 22,7 м.
Определяем глубину залегания УГВ, для этого из абсолютной отметки устья вычитаем абсолютную отметку пьезометрического уровня, то есть: 42,5 – 39,6 = 2,9 м.
Определяем напор над подошвой нижнего водоупора, для этого абсолютной отметки статического уровня вычитаем абсолютную отметку кровли нижнего водоупора: 39,6 – 13,4 = 26,2 м.
Абсолютную отметку подошвы верхнего водоупора определяем как разность абсолютной отметки пьезометрического уровня и высоты напора над подошвой верхнего водоупора: 39,6 – 14,2 = 25,4 м.
Мощность водоносного пласта вычисляют как разность абсолютных отметок подошвы верхнего и кровли нижнего водоупоров:
m = 25,4 – 13,4 = 12,0 м
Вычисляем радиус депрессионной воронки:
R=10 ·S ·√ Кф = 10 ·3,5 ·√9,6 = 108,4 м
Определяем приток воды в совершенную скважину, вскрывшую напорные воды по формуле:
Вывод: S = 3,5 м; h = 22,7 м; глубина УГВ 2,9 м; Ннв=26,2 м; абс. отм. подошвы верхнего водоупора25,4 м; m = 12,0 м; R=108,4 м; q=624 м3/сут
Задача 10
Определить приток грунтовой воды к совершенной канаве (траншее, дрене) с 2-х сторон и с одной стороны. Привести схематический рисунок канавы с гидрогеологическими параметрами (рисунок 10). После определения притока рассчитайте величину водопроводимости, удельный дебит, охарактеризуйте грунт по водопроницаемости (величине Кф). Данные для расчётов приведены в таблице 11.
Таблица 11 - Исходные данные к заданию 10
| № варианта | Длина канавы L, м | Глубина залег. УГВ, м | Мощность водоносн. слоя, Н, м | Абс. отметка, | Радиус влияния канавы, R, м | Коэф. фильтр., Кф, м/сут | |
| поверхн. земли | динамич. уровня | ||||||
| 1,1 | 4,4 | 65,2 | 61,7 | 5,5 | |||
| 1,5 | 3,5 | 70,3 | 67,5 | 2,7 | |||
| 1,3 | 3,6 | 62,5 | 57,9 | 9,9 | |||
| 1,4 | 2,7 | 60,1 | 56,9 | 7,1 | |||
| 1,6 | 3,8 | 59,4 | 56,1 | 4,3 | |||
| 1,8 | 2,9 | 50,8 | 46,4 | 6,4 | |||
| 1,9 | 4,0 | 61,2 | 58,7 | 2,5 | |||
| 0,9 | 2,6 | 63,3 | 60,1 | 6,8 | |||
| 0,8 | 4,7 | 66,7 | 61,4 | ||||
| 1,0 | 3,5 | 68,4 | 65,2 | 4,9 | |||
| 1,1 | 4,4 | 75,1 | 71,7 | 3,7 | |||
| 1,3 | 3,7 | 71,5 | 65,6 | ||||
| 2,0 | 3,9 | 74,4 | 67,7 | 10,3 | |||
| 1,7 | 3,2 | 73,8 | 70,35 | 7,4 | |||
| 2,2 | 3,4 | 80,3 | 73,3 | 11,3 | |||
| 2,1 | 2,9 | 84,6 | 77,7 | 10,7 | |||
| 1,9 | 4,5 | 72,5 | 70,0 | 7,8 | |||
| 1,1 | 2,7 | 82,5 | 80,05 | 2,2 | |||
| 1,4 | 4,8 | 74,4 | 70,45 | 3,2 | |||
| 1,6 | 3,9 | 81,6 | 77,5 | 4,4 | |||
| 1,7 | 4,1 | 64,2 | 61,1 | 6,5 |
Пример решения задачи для варианта №0
Рисунок 10 – Схема для расчёта притока воды к совершенной канаве: а) стандартная; б) для конкретных условий
Дано:
L=117 м;
УГВ = 1,1 м;
Н= 4,4 м;
Абс. отм. поверхн. = 65,2 м;
Абс. отм. динам. уровня = 61,7 м;
Кф= 5,5 м/сут;
R =20 м
Найти: q; Q; Кв; Q/S
Решение:
Приток безнапорной воды к совершенной канаве (дрене) с 2-х сторон определяется по формуле:
а с одной стороны:
В практике приток воды к канаве или траншее рассчитывают в начале в виде единичного расхода q с 2-х сторон или с одной стороны. Это количество воды, приходящееся на 1п.м. длины выработки:
(с 2-х сторон), а затем единичный расход умножают на длину выработки. Канавы, траншеи обычно входят в систему дренажных устройств.
Находим абсолютную отметку статического уровня. Для этого из абсолютной отметки поверхности земли надо вычесть глубину залегания грунтовых вод: 65,2 - 1,1 = 64,1 м.
По разности абсолютных отметок статического и динамического уровней определим понижение уровня при откачке:
S = 64,1 - 61,7 = 2,4 м.
Определим высоту воды в канаве (дрене) после откачки
h = (H - S) = 4,4 - 2,4 = = 2 м.
Определяем приток воды к канаве (дрене) с 2-х сторон, подставляя в формулу числовые значения параметров:
а с одной стороны приток будет в два раза меньше – 247,10 м3/сут.
Определяем грунты по водопроницаемости:
Кф = 5,5 м/сут – средневодопроницаемые грунты (водоносные пески).
Водопроводимость песков:
Кв = Кф .Нср = 5,5·2,4 = 13,2 м2/сут. При этом в расчёте мощность водоносного горизонта (Н) принимается средней (Нср).
Судя величине удельного дебита, который равен
а при пересчёте на один час 160,8 : 24 = 6,8 м3/час, канава является недостаточно водообильной (т. к. q > 7,3 м³/час).
Вывод: Q = 494,20 м3/сут; q = 160,80 м3/сут; Кв = 13,2 м2/сут
Контрольные вопросы к разделу «Основы гидрогеологии»:
- Приведите значение показателей физического состояния воды.
- Действие каких факторов оказывают влияние на формирование химического состава подземных вод?
- Что показывает величина концентраций ионов водорода? Привести характерные ее значения в подземных водах.
- Что такое ПДК.
- С чем связано возникновения агрессивности вод? Виды агрессии.
- Что такое гидроизогипсы, гидроизопьезы, гидроизобаты?
- Что такое напорный и безнапорный водоносный горизонт?
- Как определить направление фильтрационного потока?
- Что такое совершенный и несовершенный колодец?
- Что такое артезианский и грунтовый колодец?
- Виды несовершенства водозоборных колодцев.
- Что такое коэффициент фильтрации?
- Способы определения коэффициента фильтрации?
- Что такое дебит, единичный приток?
2 ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ
2.1 Лабораторная работа «Определение водных свойств грунтов»
2.1.1 Теоретическая часть
Виды грунтов
Все геологические образования (горные породы, осадки, почвы) могут быть основаниями для различных сооружений (гражданских, промышленных, гидротехнических), средой, в которой строятся сооружения (метро, тоннели, каналы), и, наконец, могут быть материалами, из которых сооружения (плотины, насыпи, дамбы) создаются. Во всех этих случаях геологические образования называют грунтами.
Следовательно, под грунтом понимают любую горную породу, осадок или почву, имеющую отношение к инженерному сооружению, либо как его основание, либо как среда, либо как материал.
Свойства горных пород определяются условиями их образования и обстановкой, в которой они находятся после образования. В практике инженерно-геологических исследований широко распространено деление горных пород (грунтов) на три вида: скальные, полускальные, рыхлые.
К скальным относятся магматические (гранит, диорит, сиенит и т.д.) и метаморфические породы (кварцит, сланцы и т.д.), а также осадочные породы значительной прочности (кремнистые песчаники, конгломераты и брекчии с прочным цементом, известняки и доломиты).
К числу полускальных обычно относят трещиноватые, сильно выветрелые скальные породы, а также такие осадочные как гипс, ангидрит, песчаники со слабым цементом, мел, ракушечник и т.д.
В группу рыхлых пород входят разнообразные обломочные отложения (гравий, галечники, пески, супеси, суглинки) и глины.
Основные свойства грунтов
Плотность грунта – это отношение массы грунта (включая массу воды в его порах) к занимаемому этим грунтом объему:
ρ = g /V, г/см3
Плотность частиц грунта (ρs) – это отношение массы сухого грунта к объему его твердой части.
Плотность сухого грунта - отношение массы сухого грунта к объему, занимаемому этим грунтом (включая объем пор), определяется по формуле:
ρd =ρ / (1+ωо), г/см3
Естественная влажность – количество воды в порах грунта в естественных условиях; представляет собой отношение веса воды к весу минеральных частиц в данном объеме грунта в процентах. Естественная влажность определяется по формуле:
ωо = (g – g0) / g0
Гигроскопическая влажность - влажность воздушно-сухого грунта ωr соответственно равна:
ωr = (g1 – g0) / g0
Объемная влажность - отношение объема воды, содержащейся в грунте, к общему объему грунта, можно определить из выражения:
ωv = ωо · ρs
Влажность, соответствующая полному заполнению всех пор грунта водой, называется полной влагоемкостью и определяется по формуле:
ωmax = e·ρω / ρs
В естественных условиях естественная влажность не всегда соответствует полной влагоемкости. В подобных случаях характеристикой степени заполнения пор водой служит степень влажности грунта – отношение объема пор, заполненных водой, к общему объему пор в данном объеме грунта. Определяется по формуле:
Sr = ω·ρs / e·ρω
где ρω — плотность воды, г/см3
Пористость - отношение объема пор к объему всего грунта, включая поры в процентах:
n = 1- ρd / ρs
Коэффициент пористости - отношение объема пор к объему твердой части скелета грунта:
e = n / (1-n)
2.1.2 Задания для лабораторных работ
Задание 11
Масса образца грунта объемом 50 см3 при естественной влажности равна g (г), после сушки на воздухе стала g1 (г), а после полного высушивания в термостате – g0 (г). Объем минеральной части грунта равен VS (см3).
Вычислите следующие показатели: плотность частиц грунта, естественная влажность, объемная влажность, плотность, полная влагоёмкость, коэффициент пористости, плотность сухого грунта, степень влажности, гигроскопическая влажность, пористость.
Таблица 12 - Исходные данные к заданию 11
| № варианта | g | g1 | g0 | VS |
| 87,52 | 81,58 | 81,09 | 30,48 | |
| 84,32 | 71,20 | 69,88 | 24,54 | |
| 86,14 | 76,30 | 75,62 | 28,22 | |
| 88,35 | 73,28 | 72,41 | 26,82 | |
| 94,46 | 72,03 | 70,34 | 25,67 | |
| 99,67 | 79,89 | 78,48 | 28,85 | |
| 89,67 | 82,73 | 82,12 | 31,24 | |
| 78,29 | 69,37 | 67,33 | 21,86 | |
| 79,88 | 70,18 | 68,64 | 23,97 | |
| 77,61 | 68,84 | 67,51 | 20,77 | |
| 85,53 | 74,73 | 73,52 | 22,24 | |
| 86,87 | 78,24 | 76,87 | 29,41 | |
| 84,11 | 72,40 | 70,56 | 25,14 | |
| 88,92 | 73,47 | 71,28 | 27,78 | |
| 91,18 | 85,77 | 84,62 | 30,24 | |
| 95,36 | 73,14 | 71,96 | 31,52 | |
| 92,61 | 70,20 | 68,84 | 27,36 | |
| 93,75 | 81,38 | 80,05 | 28,15 | |
| 98,55 | 88,27 | 87,52 | 29,97 | |
| 79,34 | 71,76 | 70,76 | 25,47 | |
| 78,47 | 68,29 | 67,43 | 20,81 |
Пример решения задачи для варианта № 0
Дано:
V = 50 см3;
g = 87,52 г;
g1 = 81,58 г;
g0 = 81,09 г;
VS = 30,48 см3;
Найти: ρs, ωо ωv, ρ, ωmax, е, ρd, Sr, n
Решение:
Плотность частиц грунта ρs равна отношению массы сухого грунта к объему его твердой части. Следовательно,
ρs= g0 / VS = 81,09 / 30,48 = 2,66 г/см3
где g0 – масса сухого грунта, г;
VS – объем минеральной части грунта, см3.
Естественная влажность определяется по формуле:
ωо = (g – g0) / g0 = (87,52 – 81,09)/ 81,09 = 0,08
Объемную влажность можно определить из выражения:
ωv = ωо · ρs = 0,08 · 2,66 = 0,21
Плотность:
ρ = g / V = 87,52 / 50 = 1,75 г/см3
Коэффициент пористости:
е = (ρs / ρ) · (ωо + 1) – 1= (2,66 / 1,75) · (0,08+1)-1= 0,64
Полная влагоемкость:
ωmax = е · ρω/ ρs= 0,64 · 1 / 2,66 = 0,24
где ρs – плотность частиц грунта, г/см3;
е – коэффициент пористости;
ρω – плотность воды, г/см3.
Плотность сухого грунта:
ρd= ρ / (1+ωо) = 1,75 / (1 + 0,08)= 1,62 г/см3
Степень влажность:
Sr = ωо · ρs / e · ρω = 0,08· 2,66 / 0,64 · 1 = 0,33
Гигроскопическая влажность
ωr = (g1 – g0) / g0 = (81,58 – 81,09) / 81,09 = 0,006
Пористость:
n = 1 - ρd / ρs = 1 – 1,62 / 2,66 = 0,39
Вывод: ρs = 2,66 г/см3; ωо = 0,08; ωv = 0,21; ρ = 1,75 г/см3; ωmax = 0,24; е = 0,64; ρd = 1,62 г/см3; Sr = 0,33; n = 0,39
2.2 Лабораторная работа «Вычисление классификационных показателей горных пород»
2.2.1 Теоретическая часть
Гранулометрический состав грунтов. Под гранулометрическим составом понимают процентное содержание частиц различного размера, слагающих рыхлую породу. Группы частиц более или менее одинакового размера называются фракциями.
Результаты гранулометрического анализа для наглядности изображаются в виде суммарных кривых в полулогарифмическом масштабе. Кривая гранулометрического состава позволяет определить степень неоднородности по соотношению
cu=d60/d10 ,
где d60, d10 - эффективные диаметры частиц, меньше которых содержится в грунте (по массе) соответственно 60 или 10% частиц.
Коэффициент (степень) размягчаемости в воде (κsaf) - отношение временных сопротивлений одноосному сжатию в водонасыщенном(Rc) и в воздушно-сухом состояниях (Rs), определяется по формуле:
κsaf = Rc / Rs
Степень выветрелости скального грунта (κs) - отношение плотностей выветрелого и невыветрелого образцов одного и того же грунта κs = ρm / ρ
Коэффициент выветрелости крупнообломочных грунтов - отношение массы частиц размером менее 2 мм к массе частиц размером более 2 мм до испытания на истираемость, κo; κ1 - то же, после испытания на истираемость.
ks = (k1 - ko) / k1
Пластичность грунтов – способность глинистых пород изменять свою форму (деформироваться) под действием внешних сил без разрыва сплошности и сохранять полученную при деформации новую форму после прекращения действия внешних сил. В инженерно-геологической практике пластичность глинистых пород характеризуется пределами пластичности.
Граница текучести (ωl) - влажность, при которой связный грунт переходит из пластичного состояния в текучее и наоборот.
Граница пластичности (раскатывания) (ωp) - влажность, при которой связный грунт переходит из твердого состояния в пластичное и наоборот.
Число пластичности - разность влажностей на границах текучести и пластичности Ip= ωl-ωp.
Консистенция грунтов. Из характеристики пределов пластичности следует, что состояние глинистых пород меняется в зависимости от степени увлаженения. Такое изменение состояния глин при увлажнении называется изменением их консистенции.
Под консистенцией понимается степень подвижности частиц грунта или сопротивляемость его внешним механическим воздействиям при различной влажности. Количественно консистенция характеризуется показателем консистенции Il , который определяется по формуле:
Il = (ωo - ωp) / Ip
Липкость – способность грунтов при определенном содержании воды прилипать к рабочим органам землеройных механизмов. Проявляется липкость при влажности выше нижнего предела пластичности.
Набухание и усадка. Глинистые породы при увлажнении увеличиваются в объеме – набухают, а при уменьшении влажности происходит уменьшение их объема – усадка. Количественно величина набухания выражается давлением набухания, влажностью набухания или увеличением объема образца породы. Усадка характеризуется уменьшением объема или длины высыхающего образца, влажностью на пределе усадки.
Размокание глинистых пород. Под размоканием понимается предельная степень набухания, когда порода распадается в воде на составные элементы, превращаясь в бесформенную массу, чаще всего в густую суспензию.
2.2.2 Задания для лабораторных работ
Задание 12
По приведенным в таблице 13 показателям физико-механических свойств вычислите классификационные характеристики грунта и дайте его наименование по СНиП II-15–74.
Таблица 13 - Исходные данные к заданию 12
| № варианта | Петрографический тип | Плотность невыветрелого грунта, г/см3 | Плотность выветрелого грунта, г/см3 | Временное сопротивление одноосному сжатию невыветрелого грунта | |
| в воздушно-сухом состоянии, МПа | в водонасыще нном состоянии, МПа | ||||
| Брекчия | 2,24 | 1,93 | 34,1 | 16,4 | |
| Гнейс | 2,73 | 2,51 | 111,6 | 90,4 | |
| Доломит | 2,36 | 1,75 | 20,1 | 7,2 | |
| Диабаз | 2,91 | 2,91 | 146,0 | 134,3 | |
| Конгломерат | 1,94 | 1,76 | 28,9 | 18,4 | |
| Гранит | 2,69 | 2,52 | 120,5 | 117,3 | |
| Песчаник | 2,40 | 1,84 | 18,7 | 6,8 | |
| Мрамор | 2,75 | 2,72 | 104,6 | 96,2 | |
| Алевролит | 1,62 | 1,36 | 21,4 | 11,7 | |
| Андезит | 2,40 | 2,12 | 42,8 | 34,1 | |
| Сиенит | 2,74 | 2,65 | 100,3 | 87,2 | |
| Аргиллит | 1,67 | 1,29 | 18,6 | 10,1 | |
| Габбро | 2,80 | 2,76 | 135,1 | 146,8 | |
| Кварцит | 2,81 | 2,78 | 160,7 | 158,7 | |
| Липарит | 2,35 | 1,74 | 41,8 | 25,6 | |
| Диатомит | 1,27 | 0,95 | 18,4 | 5,2 | |
| Известняк | 2,52 | 1,81 | 22,6 | 8,3 | |
| Пемза | 0,82 | 0,45 | 12,8 | 4,4 | |
| Филлит | 2,68 | 2,59 | 95,1 | 89,7 | |
| Перидотит | 2,88 | 2,79 | 142,5 | 128,6 | |
| Трахит | 2,44 | 1,82 | 60,7 | 46,5 |
Пример решения задачи для варианта № 0
Дано:
ρ = 2,24 г/см3;
ρm = 1,93 г/см3;
Rs = 34,1 МПа;
Rc = 16,4 МПа;
брекчия
Найти: κsaf, κs
Решение:
По происхождению брекчия – осадочная сцементированная горная порода. Анализируя показатели физико-механических свойств, отмечают, что прочность брекчии при сжатии в водонасыщенном состоянии равна 16,4 МПа, следовательно, по СНиП II-15–74 (приложение Д) грунт относится к скальным породам средней прочности.
Вычисляют коэффициент размягчаемости
κsaf = Rc / Rs = 164 / 341 = 0,48
и степень выветрелости
κs = ρm / ρ = 1,93/2,24 = 0,86
Используя все классификационные показатели, дают грунту наименование, используя приложение Д.
Вывод: грунт скальный, средней прочности, размягчаемый, осадочного происхождения.
Задание 13
По приведенным в таблице 14 результатам ситового анализа несвязного грунта до и после испытания на истираемость, постройте интегральную кривую зернового состава, определите степень неоднородности, коэффициент выветрелости и дайте наименование грунта по этим показателям.
Таблица 14 – Исходные данные к заданию 13
| № варианта | Зерновой состав частиц, % по массе | окатан-ность (остаток) | ||||||||
| более 200 мм | 200…100 | 100…60 | 60… 40 | 40… 20 | 20… 10 | 10…5 | 5…2 | менее 2 мм | ||
| ок (68) | ||||||||||
| н (76) | ||||||||||
| н (54) | ||||||||||
| ок (82) | ||||||||||
| н (88) | ||||||||||
| н (93) | ||||||||||
| ок (76) | ||||||||||
| н (51) | ||||||||||
| ок (64) | ||||||||||
| ок (82) | ||||||||||
| н (73) | ||||||||||
| н (66) | ||||||||||
| н (59) | ||||||||||
| ок (78) | ||||||||||
| н (82) | ||||||||||
| н (91) | ||||||||||
| ок (73) | ||||||||||
| н (49) | ||||||||||
| ок (67) | ||||||||||
| ок (84) | ||||||||||
| н (77) |
Пример решения задачи для варианта № 0
Для установления грунта по зерновому (гранулометрическому) составу последовательно определяют суммарное содержание частиц (%), начиная от наиболее крупных фракций, и сравнивают его с табличными значениями: крупнее 200 мм – 4%, или менее 50%, значит, грунт не валунный; крупнее 10 мм – (4+5+9+28)=46%, или менее 50%, значит грунт не галечниковый; крупнее 2 мм – (46+33+15)=94%, или более 50%, следовательно, грунт гравийный (с учетом преобладания окатанных частиц).
Для построения интегральной кривой зернового состава вычисляют суммарное содержание частиц (%), начиная от самых мелких фракций, и результаты сводят в таблицу 15.
Таблица 15 – Содержание частиц в грунте
| Диаметры частиц, d мм | <2 | <5 | <10 | <20 | <40 | <60 | <100 | <200 |
| Суммарное содержание частиц, А % |
По этим данным строят кривую (рисунок 11), откладывая по оси абсцисс диаметры частиц, а по оси ординат суммарное содержание частиц (%) менее данного диаметра. С целью сокращения горизонтального размера графика, особенно при наличии в грунте частиц, отличающихся по размеру на несколько порядков, по оси абцисс откладывают диаметры d10 и d60 находят графически, проводя горизонтальные прямые через точки на оси ординат, соответствующие 10 и 60% суммарного содержания частиц, до пересечения на ось абцисс.
Рисунок 11 – Интегральная кривая зернового состава
а – в обычном масштабе; б – в полулогарифмическом масштабе
По графику определяют:
d10 » 3,3 мм;
d60 » 11,5 мм
Вычисляют степень неоднородности:
сu = d10 / d60 = 11,5 / 3,3 = 3,5
Коэффициент выветрелости определяют из выражения:
ks = (k1 - k0) / k1
где,
k0 – отношение массы частиц размером менее 2 мм к массе частиц размером более 2 мм до испытания на истираемость равно отношению процентного содержания этих частиц, то есть k0 = 6/94 = 0,06.
По условию задачи, после испытания на истираемость на сите 2 мм осталось 68% частиц, следовательно, менее 2 мм оказалось 32%. Таким образом, k1 = 32/68 = 0,47 и
ks = (0,47- 0,06) / 0,47 = 0,87
Используя все вычисленные выше классификационные показатели, дают грунту наименование по приложению Д.
Вывод: грунт крупнообломочный гравийный, неоднородный, сильновыветрелый.
Задание 14
Используя результаты лабораторных определений зернового состава и пределов пластичности связного грунта (таблица), дайте его наименование по СНИП II-15-74 и по зерновому составу. Какая разница в этих наименованиях?
Таблица 16 - Исходные данные к заданию 15
| № варианта | Зерновой состав частиц, % по массе | Влажность на границе текучести | Влажность на границе пластичности | ||
| 2…0,05 мм | 0,05…0,005 мм | менее 0,005 мм | |||
| 0,24 | 0,15 | ||||
| 0,19 | 0,13 | ||||
| 0,40 | 0,21 | ||||
Дата добавления: 2014-12-17; просмотров: 9147;