2. Естественные и искусственные причины переувлажнения земель.Типы избыточного увлажнения земель; мероприятия по предотвращению. Осушительно-увлажнительные системы.

Естественные: - климатические факторы; - сумма годовых осадков ; - заболачивание ; - высокое положение УПВ (мерзлота); - деградация (протаивание ММП).

Искусственные: - ухудшение поверх и подзем стока; - утечки из коммуникаций; - создание искус. водоемов.

Типы избыточного увлажнения земель:

1. Временного избыточного увлажнения: почвы расположенные на водоразделах и пологих склонах (за счет снеготаяния); участие с ПВ уровень и расход которых подвержен резким колебаниям (осадки); поймы рек периодически затопленные паводковыми водами.

2. Постоянного: участкипереувлажаненные напорными водами; поймы рек УПВ постоянно подпираются уровнем воды в реке;.

Мероприятия по предотвращению: Дренаж – это способ осушения излишне увлажнённых земель.

Бывают: - горизонтальные (открытые и закрытые); - вертикальные; - комбинированные.

По материалу изготовления дрен: - гончарный дренаж; - пластмассовый; - каменные; - деревянные.

Вертикальный дренаж составляет систему скважин из которых производится откачка воды. Основной показатель применения вертикального дренажа - водопроводимость пласта Т=К_ф*h. Вертикальный дренаж наиболее эффективен при Т=более 300 м²/сут, вообще не применяется при Т=150-200 м²/сут. 3 вертикального дренажа: 1) систематический; 2) линейный дренаж ; 3) групповой на пониженных участках рельефа, массива.

Водопонизительные дрены могут быть совершенными и несовершенными:

Горизонтальный дренаж представляет собой систему трубчатых или галерейных дрен, канав и лотков. Трубчатые дрены — сочетание дренажных труб с одним или несколькими слоями фильтрующей обсыпки. Галерейные дрены — это трубы с большим поперечным сечением с отверстиями для приема воды и обсыпкой. Вертикальный тип дренажа обеспечивает понижение уровня ГВ откачкой насосами. Этодренаж грунтового водоносного слоя с помощью вертикальных дрен. Комбинированный

Осушительно-увлажнительные системы:

1) магистральный канал (для сбора – когда осушение);

2) распределитель (ороситель в режиме орошения);

3) коллекторы (открытые);

4) трубчатые дрены (дрены – оросители);

5) устье коллектора;

6) шлюзы – регуляторы.

осушительно-увлажнительные системы

Осушительно-увлажнительная система состоит из открытой или закрытой осушительной сети и систем шлюзов на ней, позволяющих прекращать или замедлять отток дренажных вод с осушаемой территории. Осушительная сеть с помощью шлюзов или подпорных сооружений выключается из работы и на увлажняемом участке в элементах сети накапливаются дренажные воды, поступающие с вышерасположенных участков (предупредительное шлюзование), которые, просачиваясь через грунт, наполняют грунтовые воды, вызывая тем самым их подъём.

Осушительно-увлажнительные системы применяются на участках с плоским ровным рельефом и хорошо водопроницаемыми почвогрунтами с коэффициентом фильтрации  1 м/сут. Увлажнение корнеобитаемого слоя на этих системах осуществляется одним из способов: путём инфильтрации воды из одиночного канала, системы открытой осушительной сети и трубчатого дренажа.

+Увлажнение из одиночного канала при его использовании проводится в основном на узких участках (300-500 м) с хорошо водопроницаемыми грунтами или маломощными торфяниками, подстилаемыми песками.

При небольших объёмах дренажного стока применение этого способа нецелесообразно. Поэтому в большинстве случаев необходима дополнительная подача воды в коллектор.

+Вода может подаваться в коллектор из проводящего осушительного канала (при закрытии на нём шлюзов) под напором против уклона коллектора. Из коллектора вода поступает в дрены, а из них в грунт.

3. Физико-механические свойства мерзлых пород. Методы изучения физико-механических свойств мерзлых пород.

Мерзлые горные породы, являясь сложными природными системами, обладают постоянно изменяющимися термодинамическими параметрами (температура, плотность, теплоемкость и т.д.).

При изменении температуры пород, изменяется содержание в них незамерзшей воды. С этим связано изменение ихфизико–механических свойств.

Повторное замерзание и оттаивание дисперсных пород приводит к изменениям их дисперсности и строения.

При изменении внешнего давления нарушается динамическое равновесие между незамерзшей водой и льдом. Избыточная влага при этом отжимается в менее напряженные места, где вновь промерзает. Эти качественные изменения являются положительными, поскольку мерзлые породы способны нести большую нагрузку как основания сооружений, но при этом они трудно поддаются механической разработке.

При оттаивании мерзлых пород, вследствие разрушения льдоцементныхсвязей породы теряют свою несущую способность. Прочность оттаявших пород оказывается ниже, чем пород, не повергшихся процессу промерзания.

Основные физико-механических свойств мерзлых горных пород мы изучали в курсе «Общее мерзлотоведение». Основные показатели этих свойств, физических, теплофизических и механических приведены в файле «ФМС мерзлых горных пород».

Физико-механическими, называют такие свойства горных пород, которые определяют их физическое состояние, отношение к воде и поведение под нагрузками. Соответственно выделяют свойства физические, водные и механические. Для мерзлых горных пород важнейшее значение имеют тепловые (теплофизические) свойства, характеризующие процессы переноса тепла при их промерзании и оттаивании. Обычно их выражают и оценивают с помощью определенных показателей – характеристик.

Как было отмечено выше, мерзлые горные породы характеризуются наличием в них льда, образование которого вызывает особенности формирования и изменения физико-механических свойств. Так с формированием льдоцементных связей в промерзающих тонкодисперсных породах повышается их прочность и устойчивость, уменьшается деформируемость и водопроницаемость, изменяются тепловые свойства. Для скальных и полускальных пород, такие изменения происходят за счет льда заполняющего их поры, пустоты и трещины. Формирование ледяных образований в массивах скальных и полускальных пород обычно вызывает незначительное изменение их свойств.

Промерзание же песчаных и глинистых пород, сопровождающееся перераспределением в них влаги, подтоком воды из вне и ее кристаллизацией приводит к значительному изменению их состава, строения и свойств.

Физико-механические свойства мерзлых пород в значительной мере зависят от значения их отрицательной температуры и резко изменяются с нарушением их теплового режима. Мерзлые горные породы обычно водонепроницаемы и всегда являются водоупорами. Поэтому изучение их водных свойств, как правило, не проводится.

Мерзлые горные породы обладают резко выраженными реологическими свойствами и обладают упруго-вязкими и вязкопластическими деформациями. Поэтому, при определении прочностных и деформационных показателей необходимо учитывать времяприложения внешних усилий (нагрузок).

Физико-механическими, называют такие свойства горных пород, которые определяют их физическое состояние, отношение к воде и поведение под нагрузками. Соответственно выделяют свойства физические, водные и механические. Для мерзлых горных пород важнейшее значение имеют тепловые (теплофизические) свойства, характеризующие процессы переноса тепла при их промерзании и оттаивании. Обычно их выражают и оценивают с помощью определенных показателей – характеристик.

Важнейшими показателями физических свойств мерзлых горных пород являются

влажность,

льдистость,

плотность породы в целом

, пористость и с

одержание незамерзшей воды.

Эти свойства определяют физическое состояние пород при данном интервале отрицательных температур. В первую очередь, физическое состояние оценивается по количественному содержанию всех видов влаги, а это позволяет, в свою очередь, косвенно оценивать их прочность, деформируемость и устойчивость

Механические свойства мерзлых горных пород определяют их поведение под воздействием внешних усилий – нагрузок. Они выражаются и оцениваются с помощью прочностных и деформационных показателей.

Механические (деформационные и прочностные) свойства мерзлых пород выражаются обычно через количественные по­казатели, которые устанавливают функциональную связь между величиной и видом механического воздействия и реакцией поро­ды на это воздействие.

К деформационным характеристикам мерлых пород относятся

- модули общей и упругой деформации,

-коэффициент Пуассона,

-показатели реологических кривых течения и кривых ползучести,

-коэффициенты вязкости и сжимаемости; к прочностным

: -кратковременные и длительные значения прочно­сти породы на сдвиг (коэффициент трения и сцепления),

-сжатие,

-растяжение и

-эквивалентное сцепление.

Модуль общей деформации имеет определенный физи­ческий смысл, непосредственно отражая сопротивление мерзлой породы развитию деформации. Он уменьшается с увеличением на­пряжения и времени действия нагрузки. Увеличение дисперсности и повышение температуры мерзлой породы также приводят к снижению модуля общей деформации. На формирова­ние модуля общей деформации мерзлых пород существенное влияние оказывают также физико-минеральный состав, влажность, степень льдонасыщения и другие факторы.

Модуль нормальной упругости (E=σ/ε) Модуль нормальной упругости увеличивается при уменьшении дисперсности мерзлых пород.

Модуль упругости льда меньше модуля упругости грунтов с жестким минеральным ске­летом (песок), но значительно превосходит модуль упругости мерз­лых глин, что связано с большим количеством незамерзшей воды в них.

коэффициент Пуассона, является второй основной характеристикой упругого материала. Значительно влияние температуры на коэффициент Пуассона для мерзлых по­род, который при повышении температуры стремится к мак­симальной величине 0,5 (как для идеально пластичных тел), а при понижении температуры — к величинам, характерным для твер­дых тел.

Вязкость представляет собой одно из основных реологических свойств мерзлых пород..

Мерзлые тонкодисперсные породы, находясь под давлением вышележащих толщ или инженерных сооружений, уплотняются в результате развития в них сложных физико-механических и физико- химических процессов. Породы обладают значительной сжимаемостью под нагрузкой.

Метод одноосного сжатия (установка) для определения прочности и деформируемости: предел прочности, линейная деформация, коэф поперечного расширения, коэф нелинейной деформации.

Метод Компрессионного сжатия определяет коэф сжимаемости пластчномёрзлых грунтов, коэф оттаивания, коэф сжимаемости при оттаивании.

Метод совмещённого определения плотности, льдистости и влажности (физ.с-ва): Прибор – сосуд со сливным устройством. Сосуд устанавливается на весы, наливается вода-выше сливного отверстия, избыток воды сливают ч/з шланг, сосуд взвешивают, определяют массу сосуда с водой – G1. В сосуд помещают образец и быстро взвешивают-G2. Грунт оттаивает, размокает. Масса грунта монолита G=G2-G1.

Структура льда характеризуется размерами, формой и ориентировкой кристаллов.

4. Геологические процессы, вызванные деятельностью подземных вод. Подтопление территорий. Суффозия. Карст. Методы их изучения.

подтопление:Комплексный гидрогеологический и инженерно-геологический процесс, при котором в результате изменения водного режима и баланса территории происходит повышение уровня подземных вод и/или влажности грунтов, приводящее к нарушению хозяйственной деятельности и условий проживания, изменению физических и физико-химических свойств подземных вод и грунтов, видового состава, структуры и продуктивности растительного покрова, трансформации мест обитания животных. Регламентируется СП 104.13330.2016 ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ТЕРРИТОРИИ ОТ ЗАТОПЛЕНИЯ И ПОДТОПЛЕНИЯ

Суффозия(от лат. suffosio – подкапывание, подмывание) – механический вынос тонких частиц водой, фильтрующейся в толще горных пород. Фильтрующаяся вода осуществляет работу двоякого рода: с одной стороны, она выщелачивает и уносит растворимые соли, с другой – производит механический вынос мельчайших частиц породы. В результате происходит разрыхление пород, образование подземных пустот, приводящих к обрушению и просадке сводов. Так в области развития лёссов на поверхности Земли наблюдаются формы, аналогичные типичным карстовым формам – воронки, замкнутые западины и т.п.

Карст представляет собойкомплекс явлений и процессов, результатом которых является возникновение поверхностных и глубинных пустот в растворимых водоюгорных породах. Как вытекает из определения, под карстом понимают не только процесс растворения, но и его результат – образование специфических карстовых форм рельефа.

Необходимыми условиями развития карста являются наличие толщи растворимых пород и наличие вод. Активному протеканию карстовых процессов способствует также пористость и трещиноватость, обеспечивающая интенсивное движение вод в массиве растворимых пород.

Наиболее распространёнкарбонатный карст, развивающйися в карбонатных(известняки, доломиты, мел и пр.), так же есть галогенный (соли) карст и сульфатный (гипс)

Регламентируется СП 116.13330.2012 инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов

Экзаменационный билет № 17

1. Методы определения параметров водоносных горизонтов по данным откачек в условиях установившейся фильтрации подземных вод.

При установившемся режиме фильтрации определяют зависи­мость дебита от понижения уровняQ=f(S_c),коэффициента филь­трацииК, водопроводимостиТи радиуса влиянияR.

Удельный дебит представляет собой отношение расхода скважины к понижению уровня воды в этой скважине. График зависимости дебита скважины от понижения Q =f(S_c) по­казан на рисунке ниже.

Этот показатель является важнейшей характеристикой, позво­ляющей судить о производительности скважины при разных пони­жениях уровня и о влиянии на условия ее работы всех факторов, возникающих в прифильтровой зоне скважины и в ней самой. Осо­бенно важно получение этой характеристики для прогнозов работы инженерных сооружений и гидравлических расчетов.

Рисунок 1 - График зависимости

Для построения графика Q =f(S_c) необходимо проведение от­качек не менее чем на две ступени понижения уровня в скважинах, в которых была проведена тщательная предварительная прокачка. Анализ получаемых в результате откачек кривых Q =f(S_c) позволяет установить фактический характер зависимости дебита от пони­жения уровня в скважинах.

Аналитические методы определения коэффициента фильтрации и водопроводимости. Наиболее точные значения коэффициента филь­трации и водопроводимости получаются на основе данных пони­жений уровней по парам наблюдательных скважин. При этом ис­ключается возможное влияние уровня воды на насосе на уровень воды фильтра центральной наблюдательной скважины.

Откачка, при которой используются наблюдательные скважины, называется кустовой откачкой. Одиночные откачки дают наименее эффективный результат; кроме того, присутствие в скважине на­сосного и электрического оборудования затрудняет проведение за­меров уровней воды.

Схемы кустовых откачек для грунтового и межпластового напор­ного водоносных горизонтов для установившихся условий (Q = const, S = const) приведены на рис. ниже.