Контрольная работа по "Геологии"

                                                  

                                                                                                        Задание №5

Зная период Т и амплитуду  А колебании сейсмической волны ,вычислить сейсмическое ускорения аи коэффициент сейсмичности К. Подсчитать сейсмическую инерцию силы S(в,т),воздействующую на сооружения при землятрясении. Массу сооружения Р принимают равной 5500т.Используя величину сейсмического ускорения и шкалу  MSK(1),определить силу землетрясения в баллах. По данным о силе землетрясения уточнить расчетную балльность строительной площадке в районе, сложном рыхлом осадочным породам с глубиной залегания грунтовых вод до 5м от поверхности земли и скальными породами(гранитами, гнейсами),прикрытыми и маломощным слоем сухого аллювия.

Период сейсмической волны Т,с	Амплитуда колебаний сейсмической волны	Сейсмическое ускорение α= A, мм/с2	Сила землетрясения, балл	Коэффициент сейсмичности Кs=	Инерционная сила        S = Ks,Т
2,2	60	489	8

 Расчетная балльность строительной площадки в районе,сложенном рыхлым осадочными породами с глубиной залегания грунтовых вод до 5м от поверхности земли 9б.,скальными породами(гранмтами,гнейсами), прикрытыми маломощным  слоем сухого элювия-7б.

                                                                                                                     Задания№6

Определить  коэффициент  фильтрации массива водоносных песков по результатам откачки из одной скважины ,по данным из таблицы.

Мощность водоносного горизонта Н,м	Дебит скважины Q	Понижения уровня воды в скважине S,м	Радиус влияния скважиныR,м	Радиус скважины r,м
12	600	4	104	0,2

Кф=14,936

                                                                                                                       Задания№7

Составить описания геологического ,выбранного в соответствие номером варианта. При характеристики  геологических процессов необходимо рассмотреть: причины образования, стадии развития, условия строительства сооружений в районах развития этих процессов, мероприятия по их  предупреждению и борьбе с ними.

                                                                                                   Плывунные явления в песках.

Плывунами называют водонасыщенные рыхлые  породы, обычно пески, которые при вскрытии различными горными выработками разжижаются, приходят в движение и ведут себя подобно тяжелой вязкой жидкости.

Основной причиной проявления плывунных  свойств является гидродинамическое  давление поровой воды, которое создается  в результате перепада давления грунтовых  вод при вскрытии котлована. В  связи с обычно малой водопроницаемостью плывунных пород гидравлический градиент вызывает фильтрационное давление на частицы породы, обуславливая их движение по направлению градиента.

В плывунном состоянии породы утрачивают всякие структурные связи, частицы  переходят во взвешенное положение, т.е. имеют в этот момент плотность  некоей вязкой жидкости.

Плывуны разделяют на ложные и истинные:  

ложные плывуны - породы, не имеющие структурных связей, обычно в виде различных песков. Переход в плывунное состояние происходит под действием высокого гидродинамического давления потока подземных вод, частицы породы находятся во взвешенном состоянии, трение между ними сводится к нулю. Характерной особенностью ложных плывунов является довольно легкая отдача ими воды, при высыхании они образуют рыхлую или слабо сцементированную массу.

истинные плывуны - породы с коагуляционными или смешанными связями в виде глинистых песков, а так же супесей, суглинков. Структурные связи обусловлены присутствием глинистых частиц с высокими гидрофильными свойствами. Переход в плывунное состояние определяется невысоким гидродинамическим давлением и присутствием притягивающих к себе влагу глинистых частиц. Вокруг этих частиц  формируются пленки связанной воды, что ослабляет сцепление и уменьшает водопроницаемость пород. При высыхании истинные плывуны образуют довольно сильно сцементированную массу. Характерной особенностью истинных плывунов является слабая отдача воды.  

В строительной практике важно определить способность породы переходить в  плывунное состояние и вид  плывуна. Склонность породы переходить в плывунное состояние можно  установить по величине водоотдачи, высокой  пористости, по гидрофильности глинистых  частиц.

В полевых условиях способность  к плывунности пород устанавливается по образованию в скважинах при бурении водопесчаных «пробок». Наиболее сложно определить вид плывуна. Для этого необходимо изучить весь комплекс инженерно-геологических и гидрогеологических условий.

Плывуны создают большие трудности  в проходке строительных выработок, стремясь заполнить выработанное пространство. При условии замкнутого пространства плывуны могут быть  надежными основаниями, но создать такой контур трудно. Возможно выпирание плывунов из-под фундамента, что вызывает оползни, провалы поверхности, деформацию зданий и сооружений. Открытый водоотлив из котлованов опасен проявлением суффозии на окружающей территории. Опасна подрезка склона, дающая выход плывунам.

Способы борьбы с плывунами можно  разделить на 3 группы:

-искусственное осушение плывунных  пород в период строительства

-ограждение плывунов путем создания   шпунтовых стен

-закрепление плывунов путем  изменения их физических свойств  (силикатизация, цементация, замораживание).  

Правильное и своевременное  применение тех или иных средств  борьбы с плывунами позволяет  успешно осуществлять строительные работы.

 

                                                                                         Задание №8                                                                                  Охарактеризовать метод инженерно-геологических  исследований, описание должно быть кратким и сопровождаться пояснительными схематическими рисунками.

                                       Методы определения направления и скорости движения подземных вод. 

В пределах одного и того же водоносного комплекса  минерализация, соответственно, плотность  и вязкость могут существенно  меняться как в вертикальном направлении, так и по простиранию пласта. При  этом скорость движения потока может  быть выражена из

 (1)

Анализируя записанную формулу устанавливаем, что при неизменном градиенте напора скорость фильтрации может быть различной в результате изменения плотности и вязкости. При увеличении минерализации рост вязкости происходит быстрее, чем плотности. Как указывает А. И. Силин-Бекчурин, в интервале температур 5-20°С скорость фильтрации пресных вод в 1,5-2 раза выше, чем рассолов. С увеличением температуры эти различия нивелируются.

Неоднородность  плотности вод необходимо учитывать  при определении напора или давления. Для пресных вод, обладающих плотностью равной I, гидродинамическую картину  можно оценивать, ограничиваясь  лишь данными статистических уровней  в скважинах. Однако, для минерализованных вод, отличающихся к тому же различной  плотностью в разных точках пласта по результатам замеров статических  уровней установить гидравлический уклон, построить карты гидроизопьез невозможно, т.к. величины уровней зависят от плотностей.

В этом случае выбирается плоскость сравнения и аналогично определению приведенного напора рис.2 расчет приведенного давления можно  вести по формуле:

рис.1

Вместе с тем  в практике исследований известны примеры, фиксирующие отклонения от закона Дэрси. Нарушение прямой пропорциональности между скоростью фильтрации и напорным градиентом отмечено прежде всего при больших скоростях движения подземных вод (верхний предел применимости).

Верхний предел применимости Дарси. Этот предел применимости линейного  закона фильтрации связан с так называемой критической скоростью фильтрации, при достижении которой не соблюдается  прямой пропорциональности между скоростью  фильтрации и напорным градиентом. Количественный признак определения  верхнего предела применимости линейного  закона фильтрации был предложен  Н.Н.Павловским (1922г.), а затем ВЛ1.Щелкэчевым.

По В.Н.Щелкачеву, критическое число Рейнольдса RLкр , устанавливающее границу между ламинарным и турбулентным движениями подземных вод, определяется по формуле:

 (2)

а отвечающая этому  числу критическая скорость фильтрации соответственно из выражения:

 (3)

В формулах (2), (3): n- пористость; ν -кинематический коэффициент вязкости, где μ- динамический коэффициент вязкости ,ρ-плотность воды, г/см3);  -коэффициент

проницаемости горных пород.

Рассчитанные по формуле (2) критические значения числа  Рейнольдса оказались в пределах 4-12. Такой большой диапазон изменения критического значения числа Рейнольдса объясняется тем, что отклонение от линейного закона фильтрации происходит постепенно и в разных условиях неодинаково в зависимости от структуры порового пространства и от свойств фильтрующейся жидкости.

Отклонения от линейного  закона Фильтрации объясняются тем, что с увеличением скорости движения воды в пористой среде возрастает роль сил инерции. При движении воды по поровым каналам с большой  скоростью величины и направления  скоростей жидких частиц значительно  изменяются вследствие извилистости каналов  и непостоянства их поперечных размеров. Большое изменение скоростей  фильтрации обусловлено существованием значительных сил инерции, что приводит к нарушению закона Дзрси.

Нарушение линейного  закона фильтрации может происходить, например, при интенсивных откачках подземных вод» На большей площади  депрессионной воронки, созданной  откачками, вследствие малых уклонов  должен сохраняться ламинарный режим .движения: в зоне же, которая непосредственно примыкает к водозаборному сооружению, могут иметь место отклонения от ламинарного движения, обусловленные резким возрастанием скоростей в суженной прифильтровой части депрессионной воронки.

В условиях наличия  отклонений от линейного закона фильтрации (переходный режим) наиболее достоверной  формой основного закона является двучленная зависимость вида:

Y=aV+bV2,

где a и b- некоторые  постоянные, зависящие от свойств  пористой среды и фильтрующейся  жидкости и определяемые экспериментально.

При малых значениях  скорости фильтрации величиной bV2 можно  пренебречь, тогда формула представит собой запись закона А.Дарси: У = aV , в которой а=Y/V . При значительных скоростях Фильтрации, наоборот, величина члена bV2 становится намного больше первого члена формулы aV , без учета которого Формула принимает вид

У= bV2- откуда получается следующее выражение для скорости фильтрации V :

 (4)

Kk- коэффициент фильтрации по Краснопольскому.

Зависимость типа (4) была в свое время предложена А.А.Краснопольским (1912 г.) для турбулентного режима движения жидкости и характеризует ток называемый нелинейный закон фильтрации.

Нижний предел применимости закона Дэрси

Нарушение линейного  закона фильтрации наблюдается и  в области очень малых значений скоростей и градиентов. Однако точного  значения нижнего предела применимости закона Дэрси не имеется. Исследованиями американского гидрогеолога О.Мейнцера установлена применимость закона Дэрси в зернистых породах при значениях напорного градиента 0,00003 -0,00004 и высказано предположение о справедливости линейного закона фильтрации при еще более малых значениях напорного градиента. Экспериментальные исследования В.Н.Щелкачева и И.Е.Фоменко доказывают, что фильтрация пресных и соленых вод происходит без нарушения закона Дэрси в песчаных коллекторах с проницаемостью до 5 мД и выше при очень малых значениях градиента (n*10-4) и скорости фильтрации (n*10-3 см/год.)

Значительный интерес  представляют также исследования фильтрации подземных вод через глинистые  породы.

Фильтрация воды в глинистых породах. В дисперсных глинистых породах, обладающих крайне малым размером пор, связанная вода практически полностью перекрывает  сечение норовых канальцев. Для  возникновения фильтрации в таких  породах необходимо создать градиент капора, превышающий некоторый начальной  напорный градиент. Существование этого  начального напорного градиента  вызвано наличием связанной воды, которая отличается по своим физическим свойствам от обычной вязкой жидкости и, являясь вязко-пластичной жидкостью, обладает определенной сдвиговой прочностью. При возникновении напорного  градиента, превышающего начальный  градиент, определяемый сдвиговой прочностью, в глинистых породах происходит фильтрация, подчиняющаяся линейному  закону Дэрси, который записывается в следующем виде :

V=K(Y-Yпр)=K(Y-4Yo/3 ) (5)

рис.2

На рис.2 показана зависимость скорости фильтрации воды в песчаных породах (прямая I) ив глинах (кривая II) от напорного градиента. При  фильтрации вода в песчаных породах  существует линейная зависимость между  скоростью фильтрации V и напорным градиентом I; при фильтрации воды в  глинах - криволинейная зависимость  на первом участке (1-2) и прямолинейная  на втором (2-3). Точка 1 кривой 2 соответствует  начальному напорному градиенту I , при котором вода находится в  предельном состоянии; при превышении же начального градиента отмечается фильтрация воды, но зависимость скорости фильтрации от напорного градиента  имеет прямолинейный характер (участок 1-2 кривой II). Точка 2 соответствует значению предельного напорного градиента  Iпр, при превышении которого становится справедливым закон Дэрси.

Экспериментальными  исследованиями С.А.Роза установлено, что для плотных глин значение начального напорного градиента, при превышении которого начинается фильтрация, может достигать 20-30, в остальных случаях оно может составлять несколько единиц.