--PAGE_BREAK--Расчётная часть
Расчёт скважин
Скважина 1. ВУГВ = 2.5 м (198.5); НУГВ = 7.7 м (193.3)
Скважина 2. ВУГВ = 2.5 м (197.5); НУГВ = 7.7 м (192.3)
Скважина 3. ВУГВ = 2.5 м (197.1); НУГВ = 7.7 м (191.9)
Скважина 4. ВУГВ = 2.5 м (196.5); НУГВ = 7.7 м (191.3)
Скважина 5. ВУГВ = 2.1 м (197.3); НУГВ = 7.5 м (191.9)
Скважина 6. ВУГВ = 2.1 м (197.7); НУГВ = 7.5 м (192.3)
Скважина 7. ВУГВ = 2.1 м (197.9); НУГВ = 7.5 м (192.5)
Расчёт скорости грунтового потока
Масштаб карты 1:500
V = kфI; I = kф*(H1 – H2)/L; V = (kф*DH)/L
V 3-4 = 0.1*(197.1-196.5)/1.7*5 = 7.05*10-3 (м/сут)
V 6-7 = 0.1*(197.9-197.7)/1.5*5 = 2.67*10-3 (м/сут)
Расчёт промерзания грунта
Физико-геологические процессы и явления
Элювий (еQ3).
Элювиальные образования. К ним относятся различные продукты выветривания горных пород, оставшиеся на месте. Это элювиальная зона – кора выветривания исходных горных пород. По составу они могут быть как глинами и глинистыми породами, так и породами рыхлыми несвязанными – песками, дресвой, щебнем и их переходными разностями – песчано-дресвяными, песчано-щебенистыми или дресвяно-щебенистыми и др. глины и глинистые элювиальные породы образуются в результате химического, а песчано-щебенистыми — физического выветривания пород. Геоморфологичеки они наиболее распространены на низких и плоских водоразделах, на пологих и очень пологих склонах, а также в пределах отрицательных форм рельефа – по долинам рек и ручьев, под пойменными и надпойменными террасами, т.е. там, где денудационные процессы и эрозия не успевают их размыть и смыть.
Наиболее благоприятные условия для формирования элювиальных образований будут там, где темпы эрозии и плоскостного смыва ослаблены или малы, где выветривание горных пород успевает сформироваться, при прочих равных условиях, более мощная зона выветривания. Породы в ней разрушены-изменены, причем часто в неодинаковой степени на разных глубинах.
На формирование элювиальных образований при равных климатических, геоморфологических, тектонических и других условиях пород. На породах, стойких по отношению к агентам выветривания, элювиальная зона имеет небольшую мощность, а состав более грубый.
Мощность элювиальных образований очень не постоянна, а условия залегания их своеобразны.
Характерные особенности элювиальных образований:
1. При выветривании горных пород наблюдается общее их разрыхление, размягчение, увеличение пористости, гидрофильности, водопроницаемости и др.
2. В составе элювия, особенно если развито химическое выветривание, появляются и накапливаются глинистые продукты выветривания – глинистые минералы, а следовательно, изменяются и его вещественный состав по сравнению с исходными материнскими породами.
3. В климатических условиях, где испарение превышает кол-во выпадающих осадков, и породы в зоне выветривания промываются слабо, в элювии накапливаются простые водорастворимые соли и происходит засоление пород, что существенно изменяет их строительную оценку.
4. В элювиальных образованиях наблюдается общее понижение водородных ионов рН, что приводит к возникновению кислой среды, вредно действующей на металлические и бетонные части сооружений.
5. С элювиальной зоной связаны временные или постоянные горизонты грунтовых вод.
6. Элювиальные образования в зоне степей, лесостепей, реже полупустынь под влиянием процессов диагенеза приобретают макропористость и преобразуются в лёссовидные с присущими им свойствами – легкой размокаемостью, размываемостью и просадочностью, т.е. свойствами, обуславливающими их деформации при увлажнении. Условия строительства на таких породах осложняются.
7. Элювиальные образования, залегающие на склонах, легко подвергаются различным деформациям под влиянием гравитационных сил – образованию обвалов, осыпей, сплывов.
При использовании элювиальных толщ в качестве оснований сооружений следует иметь в виду, что рытье котлованов и неизбежное появление бытовых и производственных вод будут интенсифицировать химические процессы и распространять их действие в глубину толщи, поэтому у выстроенных зданий и сооружений могут появиться большие и неравномерные осадки.
При оценке элювиальных отложений следует обращать внимание на степень выветрелости крупных обломков. Элювиальные крупнообломочные грунты следует разделять по следующим признакам: с прочными обломками (не разламываются руками); с рухляковыми обломками (разламываются, но не- растираются руками) и с глинистыми, обломками (растираются руками и размягчаются в воде). Для установления количественной характеристики степени выветрелости элювиального грунта используется выражение В. Б. Швеца: Kв = (Kt – K0)/ K0.
Для определения этих величин устанавливают гранулометрический состав элювиального грунта, природного сложения, затем берут пробу на истирание во вращающемся барабане и определяют гранулометрический состав пробы после испытания на истирание. Отношение суммарной массы фракций размерами менее 2 мм к суммарной массе фракций крупнее 2 мм дает величину Kв. K0 характеризует это отношение в грунтах природного сложения, а Kt — в грунтах после испытания на истираемость. Значения Kв могут изменяться в пределах от 0 до 1.
Аллювий (аQ4)
Частицы горных пород, размытых рекой, переносятся на большие расстояния и откладываются в тех местах, где уменьшается скорость течения. Процесс выпадения из воды переносимых ею частиц называется седиментацией, а накопление их — аккумуляцией. Образованные при этом отложения называются аллювиальными или аллювием.
В зависимости от условий отложения различают несколько видов аллювия. Выпадение осадков может происходить на поймах рек в период паводков, в руслах нижнего течения и, наконец, в устьях рек. В соответствии с этим аллювий может быть пойменным, русловым и дельтовым.
Пойменный аллювий отлагается во время паводков на заливаемых пойменных террасах. Так как на поймах скорость течения воды меньше, чем в руслах, то обычно в пойменных водах содержатся более мелкие частицы породы, чем в русловых. По мере спада воды скорость ее уменьшается. Сначала выпадают самые крупные частицы, а потом более мелкие. На следующий год этот процесс повторяется, вследствие чего в разрезе можно различить годовые слои наносов.
Пойменный аллювий характеризуется тонкой, почти горизонтальной слоистостью, неоднородностью гранулометрического состава и малой мощностью слоев с характерным линзообразным выклиниванием. Он состоит из мелких частиц кварца и глинистых минералов, в основном группы каолинита и гидрослюд. Глинистые минералы группы монтмориллонита встречаются в очень небольших количествах, вследствие чего глинистые породы пойменного аллювия не склонны к сильному набуханию. В накоплении пойменного аллювия могут быть перерывы и на поймах образуются гумусосодержащие почвы. В последующие годы процесс накопления может возобновиться, в результате чего почвенные прослои будут погребены вместе с растительностью, которая постепенно обогатит пойменные отложения новыми порциями гумуса.
Особую разновидность пойменного аллювия представляет старинный аллювий, откладываемый только, в старицах рек. Старицы постепенно превращаются в замкнутые заболоченные понижения и заполняются мельчайшим иловато-глинистым материалом. В этих отложениях обычно содержится много органических остатков, гниение которых при недостатке кислорода приводит к образованию торфа и таких минералов, как пирит, сидерит и др. Для старичного аллювия, в отличие от пойменного, характерно наличие постоянного полного водонасыщения. Грунты старичного аллювия сильносжимаемы и находятся обычно в текучем или текучепластичном состоянии, а поэтому неустойчивы и обладают ничтожной несущей способностью.
Русловый аллювий откладывается в руслах рек после спада паводковых вод. Наиболее крупные частицы породы, увлеченные в русло реки во время паводка, после спада вод осаждаются. В результате в русле реки образуются перекаты и мели, нижняя часть которых сложена гравием и крупным песком, а верхняя — более мелкими песчаными частицами.
Для руслового аллювия, так же как и для пойменного, характерны горизонтальная или наклонная слоистость, малая мощность слоев и хорошая отсортированность материала. В отличие от пойменного в русловом почти не встречаются глинистые минералы и в основном он сложен песками различной крупности.
Дельтовый аллювий откладывается в устьях рек при их впадении в моря и озера. Впадая в водный бассейн, не имеющий течения вода реки теряет скорость, и весь принесенный ими обломочный материал оседает на дно. Он отлагается на прибрежном откосе дна слегка наклонными слоями, постепенно утончающимися в сторону бассейна. Речные наносы по мере удаления от устья реки распространяются в водном бассейне в стороны, образуя конусообразную площадку, изрезанную тонкими протоками. По форме такая площадка напоминает греческую букву «дельта», откуда и произошло название «дельта реки».
В отложениях дельтового аллювия встречаются все песчаные и глинистые фракции. В наиболее удаленной в глубь водоема части дельты характерно образование илов, т. е. глинистых отложений в наиболее рыхлой (начальной) стадии образования.
Приведенные характеристики пойменного, руслового и дельтового аллювия и условия его образования характерны для равнинных рек. Образование аллювия горных рек имеет свои особенности. Здесь преобладает, не отложение осадков, а размыв. Большой уклон русла создает благоприятные условия для переноса крупных обломков горных пород. Перекатываемые по дну горных рек крупные обломки, глыбы и валуны постепенно обтачиваются и истираются. Как правило, аллювий горных рек сложен окатанным крупнообломочным материалом (валунами, гальками, гравием, крупным песком) и характеризуется большой водопроницаемостью.
Аллювиальные отложения горных рек практически следует считать несжимаемыми, что сообщает им большую несущую способность. Особенностью этого аллювия по сравнению с аллювием, равнинных рек является отсутствие глинистых минералов.
Пролювий (pQ4)
В горных районах обильное выпадение дождей или быстрое снеготаяние вызывает образование временных бурных потоков. Мощный поток, стекающий с крутых склонов, обладает громадной силой и увлекает за собой, подобно горным рекам, мелкие обломки пород, большие глыбы и валуны. Действуя захваченными обломками, как тараном, такой поток разрушает встреченные на пути выступы и неровности гор, увлекает их за собой и все более и более насыщается каменным материалом. Далее поток захватывает верхние слои мелкообломочного материала и почв и постепенно из водного превращается в грязекаменный. Такой поток называется сель, или силь. Временные грязекаменные потоки широко распространены на Кавказе и в Средней Азии.
Вырываясь из горного ущелья на равнину, сель быстро теряет скорость, и расплывается по сравнительно большой площади в виде конуса выноса. Вода из грязекаменного потока фильтруется к его подошве, а перенесенный каменный материал осаждается, образуя конус выноса, или сухую дельту. Обломочная масса, принесенная таким потоком, состоит из почти неокатанных обломков и совершенно неотсортирована: среди крупных глыб и валунов находятся гравийно-песчано-глинистые частицы. Отложения конусов выноса селевых потоков называются пролювиальными. или пролювием.
По исследованиям Е. К. Рабковой, можно различать селевые потоки связные, или структурные, турбулентно-текучие водокаменные и турбулентно-текучие грязекаменные.
Структурные, или связные, селевые потоки образуются в горных зонах. В геологическом строении водосборного бассейна обязательно наличие глинистых пород и глин. Объемная масса потока очень велика и составляет 1,9—1,6 т/м3. Глинистые фракции составляют не более 25—30% от твердой части потока; остальная часть состоит из песка, щебня, гравия и валунов. Вода входит в селевую массу как одна из составляющих. Для сохранения движения потока необходимо прямолинейное направление, без излучин. Такой поток движется как одно структурное целое и при остановке застывает, не распадаясь на составные части. Структурные потоки разрушают все встречающиеся на пути сооружения и другие препятствия по всей ширине движения. При уклонах 0,05—0,06° на конусе выноса дно русла покрывается слоем застывшего селя.
Турбулентно-текучие водокаменные селевые потоки также образуются в горных зонах. Водосборная площадь таких потоков сложена интрузивными породами, а также известняками, песчаниками и хорошо сцементированными конгломератами. Возможно наличие крупнообломочного материала: гравия, гальки, крупного песка. Присутствие глинистых пород не имеет существенного значения. Объемная масса селя в таких потоках равна 1,6— 1,3 т/м3. Поток мало насыщен мелкоземом. Отдельные булыги и валуны достигают 1—2 м в окружности. Характер движения отдельных волн потока пульсационно-заторный. Наличие крупных обломков и заторного характера движения обусловливает большую разрушительную силу. На конусе выноса возможна некоторая сортировка выносимого материала.
Турбулентно-текучие грязекаменные селевые потоки образуются как в горной, так и в предгорной зонах. Для водосборной площади характерно преобладание мелкообломочного и обломочного материала, супесей и суглинков. Отмечается наличие большого количества гальки и щебня. Объемная масса селя сравнительно невелика и составляет 1,4—1,05 т/м3. Поток насыщен взвешенными мелкими фракциями и влекомыми по дну галечниками. Отложение больших масс на конусе выноса приводит к переливу по тока через ограждения, сопровождающемуся разрушением дорог, мостов и других сооружений. В отличие от структурных потоке и разрушение, происходит не путем удара, а подмывом. Характер движения потока беззаторный. На конусе выноса происходит некоторая сортировка влекомого материала по крупности.
Ледниковый (гляциальный)
Моренные отложения (gQ4)
Ледники высокогорных долин подобны рекам и имеют свои берега и ложе. При своем движении ледник пропахивает берега и дно ложа. Этот процесс называют экзарацией. В последнее время латинский термин «экзарация» постепенно заменяется русским термином «ледниковое выпахивание».
Обломки горных пород, выпаханные ледником, увлекаются движущимся льдом, и образуют подвижную прослойку, передвигающуюся по ложу ледника. Эти движущиеся прослойки, состоящие из обломков горных пород, усиливают выпахивающее действие и по мере продвижения вниз становятся все более мощными. Такие движущиеся массы обломочного материала называют моренами. Нижнюю часть, передвигающуюся по дну ледника, называют донной мореной, а боковые части, передвигающиеся по берегам, называют боковыми моренами. Во время движения ледника на его поверхности могут скапливаться обломки горных пород, упавшие со склонов гор. Такие обломки, постепенно накапливаясь, образуют верхнюю, или поверхностную морену. Если две долины сливаются в одну, то сливаются и ледники. В таких случаях произойдет объединение двух береговых морен. Объединенная морена окажется в середине нового объединенного ледника. Такие объединенные морёны называют срединными.
Каждый высокогорный ледник обязательно имеет три морены: донную и две боковых. Кроме того, могут быть еще верхние и срединные морены. Все эти морены движущиеся. Когда ледник опускается ниже снеговой границы и начинает таять, принесенные им морены также прекращают движение и образуют неподвижные, отложенные морены. Различают три вида отложенных морен: конечные, продольные и основные.
Конечные морены образуются из материала движущихся морен всех видов. Они образуют перед концом ледника валы или гряды и, окаймляя ледник, имеют слегка дугообразную форму. Иногда конечные морены прерываются водами, вытекающими из-под ледника, и образуют отдельные холмы и гряды. При непрерывном отступании ледника конечные морены будут отлагаться одна за другой, покрывая более или менее ровным слоем значительные поверхности. При наступании ранее созданные морены могут быть передвинуты и переотложены движущимся льдом. Продольные морены представляют собой валы, отложенные боковыми и срединными моренами вдоль ледника. Основные морены образуются из донной и внутренних морен в результате вытаивания внутренней части ледника. Образование основных морен, связано с быстрым отступанием ледника или с полным его исчезновением.
Из материала, принесенного движущимися моренами, кроме отложенных морен образуются ещё сравнительно невысокие продолговатые холмы, длинная ось которых совпадает с направлением движения ледника. Такие холмы обычно сложены плотной глиной с валунами, а в их подошве часто обнаруживается отполированный выступ коренных пород. Эта форма рельефа называется друмлином. Иногда выступы расположены в нижнем конце друмлина и выходят за его пределы, образуя отшлифованные скалы – «бараньи лбы» (Рис. 1)
Рис. 1 Схематический разрез друмлина: / — коренная скала («бараний лоб»); 2 — морена
Длина друмлинов колеблется от нескольких сотен метров до 1 – 2 км, ширина обычно в 2 – 3 раза больше длины, но встречаются и такие друмлины, у которых ширина меньше длины в 10 раз и более. Высота друмлинов невелика и достигает нескольких метров. Очертания их мягкие, склоны пологие. Друмлины часто сопровождают моренные отложения покровных ледников и сравнительно редко встречаются в областях распространения ледников высокогорных долин.
Отложенные морены состоят из самого разнообразного материала, от самых тонких частиц до крупных валунов, диаметром 2—3 м и более. Соотношения между составляющими частями могут быть самыми различными: в одних случаях преобладают глины или суглинки с включениями крупных обломков (гравия, щебня, валунов), в других — из смеси крупнообломочного материала с глинистыми и чистыми песками. Среди ледниковых отложений можно встретить груды валунов или отдельные валуны.
Необходимо отметить три важнейших характеристики отложений морен: неоднородность состава, отсутствие сортировки и окатанности отложенного материала и отсутствие слоистости.
Мерзлота
Сезонная мерзлота
В зимнее время грунты промерзают на некоторую глубину, а в теплое время года оттаивают. Это явление называется сезонным промерзанием. Глубина промерзания различна — от долей метра на юге до 3-4 м на севере и зависит в первую очередь от климата и состава пород. Наибольшее промерзание отмечено в рыхлых грунтах с открытыми порами (пески, гравий, галечник), меньше промерзают глинистые грунты. Величина промерзания грунтов ориентировочно может быть установлена по карте сезонного промерзания. Более точно глубину промерзания определяют расчетным путем с учетом местных геологических, климатических и других условий.
Сезонно промерзающие грунты относят к неустойчивым основаниям. При промерзании грунты, например пылеватые суглинки и супеси, за счет влаги увеличиваются в объеме. Это явление называется морозным пучением. Оттаивание размягчает грунты. Поверхность земли при этом несколько понижается. Такого типа вертикальные, особенно неравномерные колебания, опасны для зданий и сооружений. Влияние зимнего пучения на устойчивость зданий предотвращают заложением фундаментов па глубину, превышающую зимнее промерзание грунтов, Глубже сезонного промерзания необходимо размещать различные водоводы. Это предохраняет их от промерзания.
Многолетняя мерзлота
В ряде районов земного шара (север Европы и Америки, север и восток Азии) толщи верхней части земной коры постоянно находятся в мерзлом состоянии. Их температура всегда ниже 0°С. Такие породы называют многолетнемерзлыми (или вечно мерзлыми), а территорию — областью многолетней мерзлоты. В России многолетняя мерзлота занимает около 47% площади страны. Происхождение мерзлоты связывают с оледенением четвертичного периода, В наши дни мерзлота довольно хорошо изучена: известны ее границы, мощность, свойства; разработаны принципы инженерно-геологических изысканий и строительства зданий и сооружений. По площади многолетняя мерзлота разделяется на три зоны: 1) сплошная (территория Крайнего Севера) с мощностью более 100 м и температурой от -5 до -10°С; 2) с таликами (южнее зоны Крайнего Севера), когда мерзлота содержит талые участки, а мощность мерзлых толщ достигает 25—60 м при температуре от — 1 до -3°С; 3) островная — в виде отдельных участков мерзлых пород на территории юго-восточной части России: мощность мерзлых толщ не превышает 10—15 м при температуре от 0 до -1°С.
Существование таликов в большинстве случаев связано с приносом тепла подземными и поверхностными водами. Талики могут образовывать отдельные горизонты или пронизывать толщи мерзлых грунтов полностью или частично.
Многолетняя мерзлота по вертикали разделяется на три слоя: 1) деятельный слой, 2) собственно многолетняя мерзлота и 3) подмерзлотные породы, на которых залегает вся толща мерзлых грунтов.
Деятельный слой — верхняя часть толщи многолетней мерзлоты, которая ежегодно летом оттаивает (сезонная мерзлота). Мощность этого слоя находится в зависимости от климата и состава грунтов и колеблется от 20—30 см до 3—4 м. Наибольшая мощность отмечена в песках южных районов распространения многолетней мерзлоты. Мощность деятельного слоя имеет существенное значение для строительства. В практических целях различают мощность: естественную, измеренную при инженерно-геологических изысканиях; нормативную, определенную как максимальную по многолетним данным (более 10 лет); расчетную, определяемую с учетом теплового влияния сооружения.
Многолетняя мерзлота по своей мощности может быть от не- скольких метров до многих сотен метров, например на севере Якутии обнаружена мощность в 2600 м. Под Долинами рек в связи с теплом, приносимым водой, мерзлота опускается глубже от поверхности земли или даже полностью отсутствует. Толщи мерзлоты бывают: непрерывные, когда грунты по всей глубине находятся в мерзлом состоянии, и слоистые, в которых талые и мерзлые грунты чередуются. По физическому состоянию среди мерзлых грунтов выделяют: 1) твердомерзлые (монолитные), когда минеральные частицы сцементированы льдом в твердую массу; 2) пластичномерзлые, способные сжиматься, в силу того что в их порах кроме льда еще имеется незамерзшая вода, и 3) сыпучемерзлые (сухая мерзлота), когда вследствие недостатка воды грунты не сцементированы льдом и сохраняют рыхлость. Важнейшей особенностью мерзлых грунтов является присутствие в них льда, который может находиться в виде цементирующей массы (дисперсные кристаллы, мелкие прослойки, жилки) и в виде слоев, гнезд и других крупных форм залегания. Слои и линзы могут иметь мощность в несколько метров, образовывать отдельные горизонты и зоны повышенной льдистости. При инженерно-геологических изысканиях очень важно выявлять эти особенности строения мерзлых толщ, чтобы правильно определять место расположения сооружений, их компоновку, глубину заложения фундаментов, прогнозировать возможные осадки и устойчивость здании.
Вечная мерзлота.
Иногда грунты постоянно (тысячи лет) находятся в мерзлом состоянии. Территорию, которую они занимают, именуют криолитозонной. Происхождение вечной мерзлоты связывают с периодом оледенений северного полушария Земли, оно было 10- 15 тысяч лет назад.
Вечномёрзлая толща по своему строению бывает двух типов: 1) непрерывная, т. е. В виде сплошного массива из мёрзлого грунта; 2) слоистая – в виде чередования мёрзлых слоёв со слоями талых грунтов или чистого льда.
В вечной мерзлоте присутствуют все виды грунтов. Грунты скального класса занимают незначительное место. Основную массу мерзлых толщ составляют дисперсные грунты (супеси, суглинки, глины, пески и т. д.)
Строительство и эксплуатация объектов на территории вечной мерзлоты представляет собой сложную работу и осуществляется по специальным нормативам. При земляных работах строителям приходится разрабатывать вечную мерзлоту, как скальный грунт. Поэтому при строительстве стремятся не делать выемок.
Построение карты гидроизогипс
№ скв.
Отметка устья скважины
Глубина от поверхности земли до грунтовой воды, м
Отметка уровня грунтовых вод
1
17.8
1.3
16.5
2
17.3
1.3
16.0
3
16.3
1.2
15.1
4
15.4
0.1
14.3
5
16.1
0.8
15.3
6
14.5
0.9
13.6
7
14.0
0.9
13.1
8
14.0
0.7
13.3
9
15.2
0.7
14.5
10
13.0
0.7
12.3
11
13.0
0.8
12.2
12
14.5
0.8
13.7
источник
12.5
I = DH/L
I 2-3 = (16-15.1)/10.2 = 0.0882
I 6-7 = (13.6-13.1)/6.6 = 0.076
V = kфI;
V 2-3 = 12*0.0882= 1.059 (м/сут)
V 6-7 = 12*0.076 = 0.91 (м/сут)
Индивидуальное задание
продолжение
--PAGE_BREAK--