Дание 16. ПОСТРОЕНИЕ КАРТЫ ГИДРОИЗОГИПС И ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ И СКОРОСТИ ГРУНТОВОГО ПОТОКА
Цель к результаты работы
Цель работы - ознакомление с методом определения направления и скорости движения грунтовых вод с помощью карты гидроизогипс. Отчетными материалами являются:
1)полевой журнал с единовременными замерами уровней воды;
2)карта гидроизогипс с определением направления и расчетом скорости движения подземных вод.
Основные положения метода
Значение направления и скорости движения подземных вод используется для выяснения путей фильтрами, оценки суффозных процессов связи между различными водоносными горизонтами и между грунтовыми и поверхностными водами.
О направлении и форме поверхности грунтовых вод судят по карте гидроизогипс - линий, соединяющих точки зеркала грунтовых вод, лежащих на одном уровне. По отношению к зеркалу грунтовых вод они играют ту же роль, что и горизонтали по отношению к рельефу дневной поверхности. Гидроизогипсы строят по тем же правилам, что и горизонтали.
Для построения гидроизогипс замеряют уровни в ряде точек на площади распространения водоносного горизонта. Форма поверхности грунтовых вод зависит не только от водопроницаемых повод и их условий залегания, а также от режима подземных вод, связанного с воздействием поверхностных вод, климатических и искусственных факторов. Поэтому карту гидроизогипс составляют по результатам одновременных или близких по времени (1-2 дня) замеров или по сезонам года. .
По карте гидроизогипс определяют направления движения грунтовых вод. Оно всегда перпендикулярно к гидроизогипсам, так как грунтовые воды могут передвигаться только от более высоких отметок к более низким. Линии, по которым передвигаются подземные воды, называются линиями тока.
Зная направление движения грунтовых вод, отмерив по линии тока расстояние между двумя точками, по карте гидроизогипс на названном участке можно определить гидравлический уклон потока:
Y=Δh/l, где Δh - разность отметок уровней воды в двух точках, м; l- расстояние методу двумя точками измерений, м.
Зная коэффициент фильтрации изучаемых грунтов К, рассчитывается скорость фильтрации потока U , м/сут:
U=k*Y
Полученная расчетная скорость фильтрации является фиктивной, так как не учитывает реальное сечение потока:
U= Q/W.
где Q - расход вода, протекающей через данное, сечение, м3/сут;
W - площадь поперечного сечения потока, м2
В действительности площадь, через которую происходит фильтрация воды, составляет лишь часть поперечного сечения, зависящего от порового пространства. Поэтому при отнесении расхода воды к части поперечного сечения с учетом реальной пористости пород действительную скорость фильтрации воды в рыхлых породах 1/д (м/сут) можно определить по формуле
Ug=Q/W*n
где n - пористость, доли ед.
Из двух последних уравнений может быть получена зависимость действительной скорости в порах от скорости фильтрации:
Ug =U/n и U=Ug*n
Так как величина пористости составляет в среднем 0,25-0,40, то скорость фильтрации меньше действительной скорости в порах примерно в 3-4 раза, что особенно важно учитывать для оценки суффозионных процессов.
Существует несколько полевых методов определения действительных скоростей фильтрации. Наиболее распространенным является индикаторный метод, сущность которого сводится к запуску растворов различных солей или красящих веществ в пусковую скважину и улавливанию их в наблюдательных скважинах. При этом
Ug=L/T
где L - расстояние между двумя точками, м;
Т - время движения воды между этими точками, с или сут.
Из новейших методов определения скоростей фильтрации следует отметить геофизические методы - резистивиметрическое опробование, метод заряженного тела и, меченых атомов.
Для рыхлых отложений действительная скорость фильтрации обычно мала и для суглинков и супесей определяется величиной до 0,1 м/сут, для песков с коэффициентом фильтрации 25 м/сут - около 1 м/сут, для гравийно-галечных отложений - свыше 1 м/сут. Ориентировочные значения действительной скорости при уклонах порядка Y=0,001-0,01 приводятся в табл.15.
Порядок выполнения работы
1.Ознакомиться с режимной сетью наблюдательных скважин пьезометрами, служащей для построения карты гидроизогипс и определения направления подземного потока
2.Нанести скважины по координатам на план в масштабе 1:1000 и около них выписать отметки устья скважины и отметки уровней воды
3.Отнивелировать устья скважин по вбитоцу до уровня земли колышку (отметки скважин могут быть относительными). Можно использовать отметки скважин па архивным данным.
4.Измерить уровни воды в скважинах одновременно в возможно короткий промежуток времени с точностью. 0.5-1 см. Для замера уровней можно использовать хлопушку, переносную рейку или электрический уровнемер. Все измерения занести в полевой аурнал , форма которого приведена в табл.16.
5. На плане масштаба 1:1000 провести гидроизогипсы, соединив точки с одинаковыми отметками уровней воды с шагом 0.2-0.5 м. Построй ение гидроизогипс произвести по тем же правилам, что и горизонталей
(рис.6).
6. Описать сущность метода и задания, привести полевой и графический материалы. По карте гидроизогипс проанализировать и описать направление движения грунтового потока, определить места минимальных и максимальных уклонов. Рассчитать для них уклоны Ymin и Ymax
Проанализировать очертания гидроизогипс ь плане, степень их сгущения и связь с поверхностными водотоками, водоемами и заболоченными участками, определить область питания и разгрузки грунтового потока.
7. В местах с рассчитанными уклонами грунтовых вод (Ymin и Ymax) определить скорость фильтрации и действительную cкорость фильтрации. Для этого по фондовым материалам изучить геологический разрез, пористость и коэффициент фильтрации
8. По согласованию с преподавателем кроме карты гидроизогипс для того же участка составить карту изобат - линий , соединяющих точки одинаковых глубин залегания грунтовых вод.
Если студентами используется пьезометрическая сеть, оборудованная не на грунтовке воды, а на межпластовые - напорные, то задание аналогично рассмотренному выше. Оно сводится к построению карты гидроизопьоз - линий, соединяющих точки с одинаковыми отметками пьезометрического уровня.
Если студенты работают на участке, где отсутствует режимная пьезометрическая сеть и карту гидроизогипс получить нельзя, то направление движения грунтовых вод определить по уровням, вода в трех скважинах, заложенных в вершинах треугольника (рис.7). Это самый простейший способ определения направления потока грунтовых вод - способ треугольника. Длина сторон треугольника обычно 50-100 м, но может быть и больше в случае небольших уклонов потока.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В методических указаниях к инженерно-геологической практике по теме 1 и 2 приводится набор заданий по методам инженерно-геологических изысканий. Студенты, выполняя задания в маршруте, на учебном полигоне и при камеральной обработке полевых и фондовых материалов, получают представление по основным элементам геологической и инженерно геологической съемкам, узнают задачи, область применения к специфику производства опытных работ для детальных исследований.
Для некоторых бригад студентов отчет по практике может быть завершен составлением проекта программы инженерно-геологических изысканий. При этом нужно иметь в виду, что состав, объем и технологическая о схема изысканий зависят от стадия проектирования . и вода строительства. При проектировании промышленных, гражданских, городских и других • видов строительства изыскания осуществляются по трем стадиям:
1) для разработки предпроектной документации;
2) составления проекта;
3) составления рабочей документации.
Лишь в гидроэнергетическом строительстве изыскания осуществляются по четырем стадиям, а именно:
1) схема использования реки;
2) ТЭО;
3) проект;
4) проектная документация (рабочие чертежи).
С увеличением детальности проектных проработок возрастают объемы и детальность инженерно-геологических изысканий. Так, одним из основных видов работ является инженерно-геологическая съемка. Ее масштаб зависит от стадии проектирования (табл.17).
На состав и объем работ большую роль оказывает сложность инженерно-геологических условий территорий. В настоящее время различают три категории сложности условий: 1- простая, 2 - средняя и 3- сложная. Их можно определить по табл.18 с учетом геоморфологических, геологических и гидрогеологических условий, а также развития неблагоприятных геологических процессов.
Следует подчеркнуть что участки с 1 категорией сложности инженерно-геологических условий не требуют специальных мероприятий и удорожания строительства и изысканий. При 2 категории сложности происходит удорожание строительства и изысканий. Участки с 3 категорией сложности требуют, особых мероприятий и вызывают значительное удорожание строительства и изысканий. Зависимость количества точек наблюдений и масштаба инженерно-геологической съемки и сложности природных условий хорошо иллюстрируется табл.19. Детальность работ, глубина ч расстояние между выработками на стации изысканий под рабочую документацию существенно зависят не только от категорий сложности инженерно-геологических условий, но и от класса ответственности зданий и сооружений (I-III, характера фундамента (ленточный, отдельные опоры, свайный и др.) и нагрузок на фундаменты (СНиП 01.02-87) .
Инженерные изыскания под любую стадию проектирования начинаются с получения от проектировщиков технического задания и составления изыскателями программы работ. Техническое задание должно содержать конкретные задачи на производство комплекса инженерных изысканий, который включает в себя инженерно-геодезические, инженерно-геологические, инженерно-гидромелиоративные изыскания, а также при необходимости поиск и разведку местных строительных материалов и источников водоснабжения.
Техническое задание должно содержать данные о назначении, видах и технических характеристиках проектируемых зданий и сооружений, особенностях их строительства и эксплуатации, особых требованиях к изысканиям, точности, надежности и обеспеченности параметров, а также сведения о ранее выполненных инженерных изысканиях. Особенно подробно приводится техническая характеристика проектируемых объектов, включая этажность, габариты, конструктивные особенности, допустимые неравномерные осадки, глубину подвалов, тип, размер и глубину залегания фундаментов, нагрузки у их характер, строительный материал, возможности утечек вод, тепловой режим и другие технологические особенности эксплуатации сооружений и зданий, оказывающие воздействия на геологическую среду.
Следует иметь в виду, что от полноты и четкости составления технического задания во многом зависит правильность составления программы изысканий и качество ее выполнения. При составлении проекта программы изысканий студентам рекомендуется пользоваться СНиПом 01.02.87 "Инженерно-геологические изыскания для строительства" и другой нормативной литературой, регламентирующей производство изысканий в особых условиях: повышенной сейсмоопасности, в карстовых районах, при распространении слабых и структурно-неустойчивых грунтов и др.
Программа инженерно-геологических изысканий составляется для какой-либо одной стадии изысканий в соответствии с выдаваемым преподавателем техническим заданием для конкретного вида строительства.
В качестве одного из вариантов можно принять выполненные в период практики исследования для разработки предпроектной документации, в качестве другого - работы по сбору, анализу и обобщению фондовых материалов о природных условиях района. Полученный материал позволяет оценить или разработать рабочую гипотезу об инженерно-геологических, условиях района, определить категорий их сложности, обосновать в программе направленность изысканий, необходимый состав работ, оптимальные объемы и рациональные методы их производства.
Программа изысканий должка содержать:
- сведения о геоморфологическом и геологическом строении, гидрогеологических условиях, о неблагоприятных физико-геологических процессах и явлениях, о составе,состоянии и свойствах грунтов района строительства;
- обоснование масштаба инженерно-геологической съемки и систем опробования грунтов и подземных вод с учетом сложности инженерно-геологических условий и типа проектируемого сооружения, сроков и повторяемости проведения наблюдений;
- особые требования к составу, объемам и методам работ на участках развития неблагоприятных физико-геологических процессов и явлений (карст, оползни, заболачивание и др.), а также специфичных по составу и состоянию грунтов (набухающих, просадочных, плывунных, мерзлых и др.).