Шпаргалка по "Геологии"

4. Модуль упругости (Е) - отношение напряжения, при котором начинается разрушение, к разности относительной деформации конца и начала разгрузки.

5. Модуль общей деформации (Ео) - отношение разности конечного и начального напряжений к разности конечной и начальной относительной продольной деформации.

6. Угол внутреннего трения - параметр линейной зависимости сопротивления сдвигу от вертикальной нагрузки. Для песчаных грунтов равен углу предельного откоса.

7. Сцепление - характеристика структурных связей грунта.

 

 

20. Техническая мелиорация грунтов и ее основные методы: трамбование, укатка, силикатизация, цементация, глинизация, известкование, битуминизация и обжиг.

 

 

ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕЛИОРАЦИЯ ГРУНТОВ  искусственное улучшение природных  свойств грунтов для различных  хозяйственных целей. Техническая мелиорация грунтов бывает поверхностной и глубинной. Поверхностные методы мелиорации применяются при строительстве дорог, аэродромов, а также осушении и орошении сельскохозяйственных земель.  К глубинным методам мелиорации относят замораживание (плывуны), термическое укрепление (лессы), цементацию, силикатизацию, электростатическое осушение и другие способы улучшения оснований. Глубинные методы широко используют для усиления оснований под существующими сооружениями, при строительстве сооружений напросадочных грунтах и плывунах, гидротехническом строительстве и проходке горных выработок.В зависимости от физико-механических свойств грунта, его состояния, требуемой степени и назначения закрепления существуют следующие способы искусственного закрепления грунтов:замораживание, цементация, битумизация, химический, электрохимический и др.  Замораживание грунтов применяют в сильноводонасыщенных грунтах (плывунах) при разработке глубоких выемок. Для этого по периметру котлована погружают замораживающие колонки из труб, соединенные между собой трубопроводом, по которому нагнетают специальную жидкость-рассол (растворы солей с низкой температурой замерзания), охлажденный холодильной установкой до -20...-25°С Способ замораживания имеет следующие недостатки: временное сохранение эффекта (на период действия замораживающей установки), длительный процесс естественного оттаивания, повышение влажности грунта за счет миграции воды из теплых слоев грунта к охлажденным (под действием градиента температур) и др. Однако технология замораживания и технические средства для ее выполнения достаточно отработаны, и поэтому, несмотря на указанные недостатки, этот способ широко используют.  Цементация и битумизациязаключаются в инъецировании, соответственно, цементного раствора или разогретых битумов в пористые грунты с высоким коэффициентом фильтрации, а также в трещиноватые скальные породы. 

 

21. Виды воды в горных породах: парообразная, связанная (прочносвязанная и рыхлосвязанная), капиллярная, свободная, вода в твердом состоянии, кристаллизационная и химически связанная

 

В зависимости от физического состояния, подвижности и характера связи  с грунтом выделяют несколько  видов воды в грунтах: химически  и физически связанная, капиллярная, свободная, вода в твердом и парообразном состоянии.

Химически связанная вода входит в состав некоторых минералов, например гипса, медного купороса. Вода из таких минералов может быть удалена в большинстве случаев лишь при нагревании до 300-400 С.

Физически связанная вода удерживается на поверхности  минералов и частиц грунта молекулярными силами и может быть удалена из грунта только при температуре не менее 90-120 С. Этот вид воды подразделяют на гигроскопическую и пленочную.

Гигроскопическая  вода образуется вследствие адсорбции  частицами грунта молекул воды. На поверхности частиц гигроскопическая вода удерживается молекулярными и электрическими силами.

Пленочная вода образует пленку поверх гигроскопической воды, когда влажность грунта становится выше его максимальной гигроскопичности. Эта вода может передвигаться от одной частицы грунта к другой.

Капиллярная вода образуется в порах грунта после  насыщения их пленочной водой, заполняет  поры и тонкие трещины и перемещается в них под действием капиллярных  сил Капиллярную воду в порах  грунта подразделяют на капиллярно-подвешенную, образующуюся в верхней части почвенного слоя, питающуюся атмосферными осадками и не связанную с нижерасположенными грунтовыми водами; капиллярно-поднятую, располагающуюся в виде капиллярной зоны над уровнем грунтовых вод и тесно с ним связанную; капиллярно-разобщенную, находящуюся в остальной толще грунта. Капиллярная вода через поверхность почвы или листья растений испаряется, играет важную роль в насыщении почв водами, режиме грунтовых вод и питании растений.

Свободная вода – наиболее подвижный и важный компонент подземных вод. Эта вода в жидком виде находится в порах и трещинах грунта и перемещается под влиянием силы тяжести и градиентов гидростатического давления.

Вода  в твердом состоянии находится  в грунте в виде кристаллов, прослоек и линз льда.

Вода  в парообразном состоянии заполняет  вместе с воздухом не занятые водой  пустоты в грунтах.

 

22. Водные свойства пород: влагоемкость, водоотдача и водопроницаемость.

 

 

К основным водным свойствам грунтов  относятся влажность, влагоемкость, водоотдача, водопроницаемость, капиллярность.

Фактическое содержание воды в грунтах называют их влагоемкостью. Влажность – это  отношение массы воды к массе  сухого грунта.

Влагоемкостью грунта называют его способность  вмещать и удерживать определенное количество воды. Под полной влагоемкостью понимают суммарное содержание в грунте всех видов воды при полном заполнении всех пор. Наименьшая влагоемкость характеризуется количеством гигроскопической, пленочной и капиллярной влаги, остающейся в грунте после окончания свободного стекания воды.

Водоотдачей называется способность водонасыщенных грунтов отдавать воду путем свободного стекания. Наибольшей водоотдачей обладают крупнообломочные породы. Водоотдача глин ничтожна.

Водопроницаемостью  грунтов называют их способность  пропускать через себя воду под действием силы тяжести или градиентов гидростатического давления. Водопроницаемость зависит от размера и формы частиц грунта, от размера и количества пор и трещин в грунте, его гранулометрического состава.

Капиллярностью  грунта называют его способность содержать и пропускать капиллярную воду.

 

23 Водообмен подземных  вод: круговорот воды в природе  и уравнение его баланса, интенсивность  водообмена подземных вод.

 

 

В природе распространены атмосферные (дождь, облака, туман), поверх- ностные (океан, моря, реки) и подземные воды. Единство всех вод на Земле проявляется в процессе их круговорота.

Различают большой, малый и внутренний (местный) круговорот воды.

При большом круговороте испарившаяся с поверхности Мирового океана влага  переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока. Малый круговорот характеризуется испарением влаги с поверхности океана и выпадением ее в виде осадков на ту же водную поверхность. В ходе внутреннего круговорота испарившаяся с поверхности суши влага вновь попадает на сушу в виде атмосферных осадков.

Интенсивность водообмена подземных вод. В процессе круговорота воды в природе происходит постоянное возобновление природных  вод, в том числе и подземных. Процесс смены первоначально накопившихся вод посту- пающими вновь называют водообменом . Подсчитано, что в круговороте воды на Земле ежегодно участвует более 500 тыс. км3 воды. Наиболее активно возоб- новляются речные воды.

Интенсивность водообмена подземных вод различна и зависит от глуби- ны их залегания. По Н. К. Игнатовичу, в верхней части земной коры выделяют следующие вертикальные зоны:

зона  интенсивного водообмена (воды преимущественно  пресные) расположена в самой  верхней части земной коры до глубины 300 − 400 м, реже более.

Подземные воды этой зоны дренируются реками; в масштабе геологического времени  − это воды молодые; водообмен  осуществляется за десятки и тысячи лет;

зона  замедленного водообмена (воды солоноватые  и соленые), за- нимает промежуточное положение и располагается до глубины 600-2000 м. Обновление вод в процессе круговорота происходит в течение сотен тысяч лет;

зона  весьма замедленного водообмена (воды типа рассолов) приурочена к глубоким зонам земной коры и полностью  изолирована от поверхностных вод и атмосферных осадков. Водообмен − в течение сотен миллионов лет.

Наибольшее  значение для водоснабжения имеют  подземные воды, циркулирующие в  зоне интенсивного водообмена. Постоянно  пополняясь атмосферными осадками и  водами поверхностных водоемов, они, как правило, отлича- ются значительными запасами и высоким качеством. Воды двух нижних зон, расположенных до глубины 10−15 км, практически в процессе круговорота не возобновляются, запасы их не пополняются.

Ниже  глубины 10-15 км вода предположительно находится в парообразном состоянии.

24 Химический состав  и физические свойства подземных  вод: соли, газы и органические  соединения, минерализация, жесткость,  агрессивность, плотность, электропроводность  и радиоактивность. 

 

1.Физические свойства подземных вод

При оценке подземных  вод для водоснабжения исследуют  вкус, запах, цвет, прозрачность, температуру  и другие физические свойства, которые  характеризуют органолептические  свойства воды. Они обычно прозрачны, бесцветны, не имеют запаха. Вкус зависит от вида и количества растворенных солей и газов. Температура подземных вод колеблется в широких пределах в зависимости от глубины залегания водоносного слоя. Различают холодные воды 0…20 оС, теплые или субтермальные 20…37оС, термальные 37…100оС, перегретые более 100 оС. Очень холодные подземные воды циркулируют в зоне вечной мерзлоты, в высокогорных районах; перегретые воды характерны для районов молодой вулканической деятельности Камчатка. На участках действующих водозаборов в основном распространены холодные воды с температурой 5…20оС. С увеличением глубины залегания температура воды по закону геотермической ступени возрастает, достигая на глубине нескольких километров 100 оС и более. Плотность воды изменяется в зависимости о температуры и количества растворенных в ней веществ. Колебания от 0,8 250оС до 1,4 гсм за счет солей. Сжимаемость подземных вод характеризуется коэффициентом сжимаемости, показывающем, на какую долю первоначального объема жидкости уменьшается объем при увеличении давления на 105 Па. Коэффициент сжимаемости составляет 2,5…5,010-5Па, т.е. вода в некоторой степени обладает упругими свойствами, что важно при изучении напорных подземных вод. Вязкость воды характеризует внутреннее сопротивление частиц ее движению. С повышением температуры вязкость уменьшается. Электропроводность зависит от количества солей в воде 0,02 до 1,00 Ом м. Радиоактивность подземных вод вызвана присутствием в ней радиоактивных элементов урана, стронция, цезия, радия, радона и др.. Даже ничтожно малые концентрации сотые и тысячные доли мгл некоторых радиоактивных элементов могут быть вредными для человека.

2.Подземная вода  представляет собой сложный водный  раствор, содержащий растворенные  соли, газы, органические вещества  и коллоиды. Количественные соотношения между отдельными компонентами обусловливают физические свойства и химический состав подземных вод. Ионно-солевой состав. Подземная вода не встречается в химически чистом виде. В ней обнаружено более 60 элементов периодической системы. Основные компоненты ионы, определяющие химический тип воды, — Cl, SO4, HCO3, Na, Mg, Ca, K. Суммарное содержание растворенных в воде минеральных веществ называют общей минерализацией. О ее величине судят по сухому или плотному остатку, который получается после выпаривания определенного объема воды при температуре 105…110оС.

3.Свойство воды, обусловлено содержанием в ней  ионов кальция и магния, называют  жесткостью. Различают: общую жесткость  все ионы Ca и Mg; карбонатную жесткость  содержание карбонатных и гидрокарбонатных  ионов; устранимую временную жесткость, определяемую экспериментально после кипячения пробы; некарбонатную жесткость, определяемую вычитанием из общей жесткости карбонатной; неустранимую постоянную жесткость, определяемую вычитанием из общей жесткости устранимой жесткости. Жесткие воды дают накипь в паровых котлах, плохо взмыливаются и вызывают другие нежелательные явления.

4.Агрессивность  подземных вод. Агрессивное действие  вод на бетон проявляется в  растворении его карбоната кальция,  а также в образовании солей CaSO42H2O, MgSO42H2O и гидросульфоалюмината кальция, вызывающего вспучивание и крошение бетона. Агрессивное действие на металл коррозия. Проявляется в основном за счет окисления железа с образование ржавчины. Мягкая вода проявляет свою агрессивность еще сильнее из-за ее большой растворимости.

Вид агрессивности

Признаки агрессивности  Сульфатная - Повышенное содержание иона SO4.  Магнезиальная

То же, Mg2+ Общекислотная - Низкие значения рН. Вода обладает агрессивностью при рН 5

Углекислотная - Наличие агрессивной углекислоты CO2 Выщелачивающая - Низкое содержание иона HCO3

 

25 Происхождение подземных  вод: инфильтрационная и седиментационная  теории происхождения

 

 

Подземные воды по происхождению могут быть экзогенными 9их источник – водные объекты на поверхности суши и влага атмосферы), так и эндогенными (их источник – недра земли).

Экзогенные  подземные воды попадают в горные породы либо при процессах просачивания (инфильтрации) поверхностных вод  и конденсации водяного пара, либо в результате седиментации (осадконакопления). Эти воды часто называют соответственно инфильтрационными, конденсационными и сендиментационными.