Основы грунтоведения

Грунтоведение – наука о грунтах. Грунты – это любые горные породы и почвы, которые изучаются как многокомпонентные системы, изменяющиеся во времени, с целью познания их как объекта инженерной деятельности человека. Классификация грунтов (ГОСТ 25100-95). Скальные, дисперсные (связные и несвязные), мерзлые, техногенные. Основные физико-механические свойства грунтов. Инженерно-геологическая характеристика грунтов особого состава, состояния и свойств (заторфованные, засоленные, илы, просадочные, набухающие), особенности строительства.

Вопросы для самопроверки:

1. Определите класс, группу, подгруппу, тип для гнейса и алевролита по ГОСТ 25100-95.

2. Дайте понятие плотности и пористости грунта.

3. Что такое пластичность, и какие грунты обладают пластичностью?

4. Деформационные свойства грунтов, от каких показателей зависят?

5. Прочностные свойства грунтов, основные показатели.

6. В каких грунтах может возникнуть процесс набухания, в каких грунтах могут возникнуть просадки?

7. Что такое торф, особенности строительства на заторфованных грунтах.

Подземные воды

1.3.1. Классификация подземных вод

Подземные воды – воды, находящиеся в верхней части земной коры. Наука о подземных водах, их происхождении, условиях залегания, законах движения, физических и химических свойствах, связях с атмосферными и поверхностными водами называют гидрогеологией. Для строителей подземные воды в первом случае – источник водоснабжения, во втором – фактор, затрудняющий производство земляных и горных работ, в условиях притока подземных вод в котлованы и горные выработки. Также подземные воды вызывают коррозию строительных материалов, используемых для строительства подземных частей сооружений (фундаментов).

В результате взаимодействия подземных вод и горных пород в основании сооружений происходит изменение физико-механических свойств пород, как правило, приводящее к уменьшению прочности. Подземные воды являются одной из причин, вызывающих такие геологические процессы, как просадки лёссовых пород, пучение, оползни, карст, суффозию и другие.

Необходимо уяснить условия образования различных типов подземных вод и особенности их режима, причем особое внимание обратить на верховодку и грунтовые воды. Подземные воды первых от поверхности водоносных горизонтов чаще всего влияют на инженерно-геологические условия местности.

Наиболее четко и строго знать вопросы, посвященные химическому и газовому составу подземных вод, их жесткости и агрессивности, а также образованию и классификации.

Интенсивность водообмена подземных вод (зоны интенсивного, замедленного и весьма замедленного водообмена). Водный баланс. Происхождение подземных вод. Виды воды в горных породах и минералах.Водоупорныеи водоносные породы, водоносный горизонт.Водно-физические свойства горных пород (влажность, влагоемкость, водоотдача, водопроницаемость). Физические (органолептические) свойства подземных вод.Химический состав подземных вод, основные анионы и катионы, минерализация. Жесткость подземных вод. Типы агрессивности подземных вод к бетонным и железным конструкциям. Воды зоны аэрации.Грунтовые воды.Артезианские воды. Трещинные воды. Карстовые воды.Подземные воды зоны многолетней мерзлоты.Промышленные (рудничные) воды. Родники.

Вопросы для самопроверки:

1. В какой зоне водообмена располагаются пресные подземные воды?

2. Какая теория объясняет образование подземных вод просачиванием вглубь Земли атмосферных осадков и поверхностных вод?

3. Какие горные породы (грунты) при коэффициенте фильтрации К_ф >1 м/сутки являются водопроницаемыми?

4. Какие горные породы (грунты) при коэффициенте фильтрации К_ф < 0,001м/сутки являются водонепроницаемыми?

5. Как называется свойство подземной воды, обусловленное содержанием в ней ионов кальция Са²⁺ и магния Мg²⁺.

6. Как называется агрессивность подземных вод по отношению к бетону при повышенном содержании диоксида углерода СО₂?

7. Для каких водоносных горизонтов характерна свободная поверхность, питание по всей площади распространения, нестабильный режим.

8. Как называется уровень, который характеризует линия, соединяющая края наклонного или складчатого водоносного слоя, залегающего между двумя водоупорами и определяющая напор воды.

9. Какие полезные ископаемые добывают из промышленных вод?

1.3.2. Законы движения подземных вод

Раздел гидрогеологии, изучающий движения подземных вод, называется динамикой подземных вод. Подземные воды двигаются согласно определенным законам, которые учитываются при гидрогеологических расчетах для устройства водозаборов или для понижения уровня грунтовых вод на строительных площадках. Студенту необходимо ознакомиться с методами стационарных наблюдений за режимом подземных вод, а также с составленными на основании этих наблюдений картами гидроизогипс, гидроизопьез, гидроизобат, с помощью которых можно устанавливать направление и скорость движения подземных вод, глубину их залегания и другие параметры водоносных горизонтов.

В процессе изучения этой темы необходимо получить представление о коэффициенте фильтрации как основном показателе, характеризующем степень водонепроницаемости горных пород, об основных видах и законах движения подземных вод. Следует познакомиться с классификацией подземных потоков и их гидродинамическими параметрами.

При изучении плоских потоков подземных вод рекомендуется рассмотреть методы подсчета расхода при горизонтальном и наклонном залегании водоупора. Особое внимание необходимо обратить на усвоение полевых и лабораторных методов определения коэффициента фильтрации, расчета водопритока как к отдельным скважинам и котлованам, так и к взаимодействующим вертикальным и наклонным дренам. Источники и виды загрязнения подземных вод, меры борьбы. Зоны санитарной охраны.

Вопросы для самопроверки:

1. Как называется вода, заполняющая поры грунта и передвигающаяся под влиянием силы тяжести, т.е. под влиянием разности напоров?

2. Как называется движение подземного потока, при котором струйки воды передвигаются без завихрения, параллельно друг другу?

3. Как называются линии, соединяющие точки с равными абсолютными отметками поверхности (зеркала) подземных вод?

4. Как называется изменение во времени уровня, химического состава, температуры и расхода подземных вод?

5. При каком движении все элементы фильтрационного потока (скорость, расход, направление и др.) не изменяются во времени или эти изменения настолько малы, что для практических целей ими можно пренебречь?

6. Как называется объем воды, выдаваемый скважиной или другим водозаборным сооружением в единицу времени?

7. При каком режиме движения фильтрация подземных вод в полностью водонасыщенных грунтах подчиняется закону Дарси: Q = Kф∙F∙I.

8. Как называютсясооружения, с помощью которых происходит захват (забор) подземных вод для водоснабжения, отвод их с территории строительства?

9. Как называются водозаборные сооружения, вскрывающие водоносный горизонт на полную его мощность?

10. Как называют разность между статическим и динамическим уровнем подземных вод в скважине, т.е. величину на которую понижается уровень воды?

11. Как называется загрязнение, характеризуемое попаданием в подземные воды различных примесей, содержащихся в сточных водах (песок, шлак и пр.), преимущественно по крупным трещинам и пустотам?

12. Какие колодцы называются поглощающими и с какой целью их применяют?