Материал: госы по билетам

2. Структура фильтрационного потока. Общая характеристика граничных условий потоков подземных вод в плане и разрезе.

Фильтрационным потоком называется условный поток жидкости, проходящий через пористую среду (породу). Хотя реальный поток идет только по открытым (сообщающимся) порам и трещинам, условно допускается, что фильтрационный поток идет через всю породу.

К гидродинамическим элементам фильтрационного потока относятся:мощность, ширина, напор, напорный градиент, скорость фильтрации, расход потока, линии равных напоров, линии токов.

Структуру потока представляет гидродинамическая сетка, которую образуют линии равных напоров и линии токов(рисунок 9). Расход потока в направлении линиям тока равен нулю, что позволяет рассматривать обособленно фрагменты потока, ограниченные смежными линиями тока.

Гидродинамическая сетка характеризует как пространственные (трехмерные) так и двумерные потоки.

В пространственных потокахмогут быть выделены отдельные фрагменты, ограниченные серией линий тока (трубки тока).

В плоских потокахможно выделить фрагменты, ограниченные двумя смежными линиями тока (такие фрагменты называютсялентами тока).

Линии токовпересекают поверхности равных напоров под прямым углом. Система линий равных напоров и перпендикулярных к ним линий тока образует гидродинамическую сетку.

Линии токов— это линии, определяющие движение потока подземных вод.

Рисунок 2–Гидродинамическая сетка. Условные обозначения: 1 – линии равных напоров (изопьезы – Н₁, Н₂, Н₃); 2 – линии тока3– лента тока. Стрелками показано направление движения подземных вод.

Итак, гидродинамическая сетка потока грунтовых вод – это совмещение системы гидроизогипс с линиями токов. Участок сетки, ограниченный двумя соседними линиями тока - лента тока.

Граничные условия в разрезе:

1. Для напорных потоков верхней границей является подошва верхнего водоупора, нижней границей кровля нижнего водоупора.

2. У безнапорных нижняя граница водоупор, верхняя граница зеркало грунтовых вод.

ГУ I рода - существует на совершенной границе пласта с круп­ным водотоком. Это урез глубоких рек или канала, водохранилища, моря. Уровень воды на границе изменяется независимо от положения уровней внутри области фильтрации, при этом заранее известен за­кон изменения положения этого уровня во времени H=f(t). Это всегда открытая граница. В частном случае H(t) = const и ∆H(t) = 0, то есть условие постоянства уровня воды на границе во времени.

ГУ II рода характеризует величину расхода воды, идущей через границу, независимо от изменения уровней внутри области фильтра­ции, то есть Q=f(t). Примерами ГУ II рода являются: инфильтрацион- ное питание при глубоком залегании уровня воды, откачка воды на­сосом из скважины и т.п. Частный, но весьма распространенный слу­чай ГУ II рода - условие постоянного во времени расхода Q(t)=const, инфильтрации W(t)=const или ∆W(t)=0. На закрытой границе пласта (водоупор, выклинивание пласта, контакт с непроницаемой породой) выполняется условие Q=0. При отсутствии инфильтрационного пита­ния на уровне грунтовых вод (УГВ) существует условие W=0.

ГУ III рода характеризует величину расхода воды, идущей через границу, в зависимости от разности уровней на границе и в области фильтрации, т.е. Q =f(∆H). Примерами ГУ III являются: расход источ­ника, величина испарения с уровня грунтовых вод, водообмен между смежными водоносными горизонтами через разделяющий водоупор­ный слой под действием вертикального градиента фильтрации.

ГУ IV рода устанавливается на внутренних границах области фильтрации, обычно на границе неоднородного строения пласта. Это условие характеризует неразрывность потока, то есть равенство рас­ходов до и после прохождения потоком этой границы: Q₁ = Q₂.

Области фильтрации с граничными условиями I, II, III

Область фильтрации с ГУ IV и ГУ II

Нестационарные потоки помимо граничных условий характеризу­ются начальными условиями, которые представляют собой известное распределение уровней подземных вод внутри области фильтрации и на ее границах на начальный момент времени прогноза /=0. Обыч­но начальные условия представляют собой естественное положение уровней до начала работы инженерного сооружения.

3. Просадочность лессовых и лессовидных пород. Типы просадочности. Лабораторные и полевые методы ее изучения.

Просадочностью грунта называется его способность уплотняться при замачивании водой в условиях компрессии при сохранении действующей нагрузки. Нагрузка возрастает за счет веса воды, которая проникает в образец или толщу.

В общем случае просадочность может проявляться при замачивании грунта и отсутствии внеш давления; однако чаще всего она опр-ся при замачивании грунтов, находящихся под нагрузкой,при этом компрессионная кривая имеет вид ломаной линии.

По компрессионной кривой рассчитываются параметры, характеризующие просадочность грунта: коэффициент макропористостии коэффициентотносительной просадочности.

Коэффициент макропористости характеризует диапазон уменьшения пористости грунта за счет его просадки: чем он больше, тем более просадочный грунт. Кроме этих показателей просадочные грунты характеризуются начальным давлением просадки и начальной влажностью просадки.

Начальным просадочным давлением (по СП 11-105-97) называется минимальное давление, при котором проявляются просадочные свойства грунтов при их замачивании. Чем оно ниже, тем более просадочным является данный грунт. Начальной просадочной влажностью, согласно СП 11-105-97, называется минимальная влажность, при которой проявляются просадочные свойства у данного грунта. Чем ниже ее величина, тем большей просадочностью обладает грунт.

Механизм просадки грунтов обусловливается разрушением и ослаблением структурных связей в грунте (за счет увлажнения) и его последующим доуплотнением под действием собственного веса и (или) внешней нагрузки. Просадочностью обладают лишь недоуплотненные (имеющие высокую пористость), маловлажные грунты с неводостойкими структурными связями (переходные контакты между частицами). Этим условиям в наибольшей мере отвечают лёссовые грунты, которые, как правило, всегда обладают той или иной просадочностью. Однако кроме них она наблюдается и в других типах дисперсных грунтов — почвах, выветрелых глинах, засоленных песках, вулканических пеплах, искусственных грунтах. Таким образом, среди факторов, влияющих на просадочность лёссовых грунтов, на первом месте стоит их пористость (плотность). Большое влияние на просадочность оказывает влажность. Вода, поступая в поры грунта при его замачивании, выполняет роль смазки, облегчающей переориентацию частиц при их доуплотнении, а также ослабляет прочность структурных связей (переводя часть переходных контактов в коагуляционные, частично растворяя цементационные контакты и т.д.). Поскольку лёссовые грунты в основном формируются в аридных климатических условиях, то недостаток влаги в них способствует сохранению их недоуплотненности, а следовательно, и просадочности. С увеличением естественной влажности лёссовых грунтов их просадочность снижается, так как при этом грунт уже частично доуплотняется.

Традиционно выделяют два типа просадочности.

Для первого типа характерны просадки под действием некоторой нагрузки.

При втором типе просадки происходят под собственным весом (более 5 см). Тип просадочности и нагрузки, при которых начинаются деформации определяются в процессе лабораторных работ. Важно выяснить не только относительную просадочность, но и начальное давление и начальную влажность просадки. Это минимальные значения данных показателей свойств, при котором начинается процесс.

Методы определения просадочности грунтов

Согласно СП 11-105-97 (Часть III) просадочность грунтов можно определить с помощью полевых и лабораторных испытаний.

При лабораторных исследованиях просадочных грунтов, помимо природной влажности, плотности, гранулометрического состава, границ текучести и раскатывания, деформируемости и прочности следует выполнять определение специфических свойств, которые описаны в ГОСТе 23161-2012.

ГОСТ 23161-2012 устанавливает метод лабораторного определения характеристик просадочности при замачивании грунта водой: относительной просадочностиеsl , начального просадочного давления Рsl и начальной просадочной влажности wsl .

Характеристики просадочности следует определять по относительному сжатию, полученному по результатам испытаний образцов грунта ненарушенного сложения в компрессионных приборах без возможности бокового расширения образцов грунта. Испытания проводят на образцах грунта ненарушенной структуры с природной влажностью и с замачиванием их водой при давлении, последовательно увеличиваемом ступенями.

Испытания просадочных грунтов в компрессионных приборах следует проводить по следующим схемам:

- "одной кривой" - для определения относительной просадочностиеsl при одном заданном значении давления;

- "двух кривых" - для определения относительной просадочностиеsl при различных давлениях, начального просадочного давления Рsl .

При испытаниях по схеме "одной кривой" нагрузку штампа на образец грунта с природной влажностью следует прикладывать ступенями до заданного давления Р3. Значение Р3 следует принимать равным значению суммарного давления Рe от собственного веса грунта в водонасыщенном состоянии и от проектируемого фундамента или только от массы грунта на глубине отбора образца. После условной стабилизации осадки образца грунта на последней ступени давления, соответствующей Р3, образец грунта необходимо замочить водой, продолжая замачивание до условной стабилизации просадки.

Испытания по схеме "двух кривых" надлежит проводить на двух образцах грунта, отобранных из одного монолита. Один образец следует испытывать в соответствии со схемой “одной кривой”, второй образец необходимо до его нагрузки замочить до полного водонасыщения. Затем следует провести нагрузку штампа на образец ступенями до заданного давления Р3, продолжая замачивание.

Допускается также для определения относительной просадочностиеsl при различных значениях давления на грунт и начального просадочного давления Рsl .

В этом случае испытания просадочных грунтов в компрессионных приборах проводить ускоренным методом по "комбинированной схеме". Это сочетание методов одной и двух кривых упрощенным, основанным на испытании одного образца грунта и загружении его вначале при природной влажности до давления 0,1 МПа, но менее природного от собственного веса грунта, замачивании грунта при этом давлении и последующем догружении до заданного давления при непрерывном замачиваний. Метод позволяет определить те же характеристики грунта, что и метод двух кривых.

Из комплекса полевых методов исследований грунтов в СП 11-105-97 (Часть III) рекомендуется использовать испытания грунтов штампами, статическое зондирование, пенетрационный каротаж, замачивание грунтов в опытных котлованах и испытания свай.

Испытания грунтов штампами следует проводить в соответствии с ГОСТ 20276-85. По схеме «одной кривой» (в одном шурфе) - для определения модуля деформации Е просадочных грунтов природной влажности и относительной деформации просадочностиеsl при заданном давлении Рз. Посхеме «двух кривых» (в двух шурфах) - для определения модуля деформации Е просадочных грунтов природной влажности и в водонасыщенном состоянии Еsat (после замачивания), начального просадочного давления Рsi и относительной деформации еslпросадочности при различных давлениях. (ГОСТ.20276-85)

Статическое зондирование и (или) пенетрационный каротаж грунтов рекомендуется применять для расчленения толщи просадочных грунтов на отдельные слои, различающиеся прочностью и плотностью, и для оценки пространственной изменчивости свойств просадочных грунтов. По данным статического зондирования с определением сопротивления грунта погружению конусу зонда при естественной влажности и в водонасыщенном состоянии может быть установлено предварительное значение относительной просадочности грунтов. (ГОСТ.20276-85) Статическое зондирование с поверхности дна шурфа выполняется ручным пенетрометром и основано на замере сопротивления зондированию динамометром сжатия.

4. Сдвиговые испытания грунтов. Графическое изображение результатов. Использование показателей прочности в инженерных расчетах.

различают два основных вида испытаний грунтов на сдвиг:

1—неконсолидированный сдвиг, когда за время действия уплотняющей и сдвигающей нагрузок плотность и влажность грунта практически не изменяются,

2 — консолидированно-дренированный сдвиг, когда уплотнение успевает полностью передаться на скелет грунта, а каждая ступень сдвигающей нагрузки прикладывается после практически полного затухания горизонтальных деформаций от предыдущей ступени.

Первый вид испытаний называется также испытанием по закрытой системен является быстрым сдвигом, так как только при незначительном времени действия уплотняющей и сдвигающей нагрузок влажность грунта и его плотность не успевают измениться. Поэтому сопротивление сдвигу в этом случае будет относиться к той влажности и плотности грунта, которые он имел до испытания.

При втором виде испытаний, называемом также испытанием по открытой системе, когда вода свободно выдавливается из пор грунта, уплотняющая внешняя нагрузка выдерживается до полного затухания осадок грунта под нагрузкой, после чего к образцу ступенями прикладывается сдвигающая нагрузка.

ГОСТ Р 54476-2011ГРУНТЫ. Методы лабораторного определения характеристик сопротивляемости сдвигу грунтов в дорожном строительстве

Испытания на сдвиг проводят для определения сдвиговых характеристик (удельного сцепления и угла внутреннего трения ), в зависимости от влажности грунта в момент сдвига. Принципиальная схема испытаний на одноплоскостный сдвиг представлена в ГОСТ 12248.1

Вырезается кольцо, помещается в одометр, прикладываем вертикальное давление и создаём касательное напряжение, провести 3 опыта (Р1<Р2<Р3). По данным, полученным в ходе эксперимента, строится график зависимости сдвигающего усилия τ от вертикальной нагрузки Р.

Экзаменационный билет № 18

1. Источники орошения. Требования к качеству оросительной воды.Системы, способы и режим орошения. Кпд оросительных систем и пути егоувеличения.

Оросительной системой называют комплекс каналов, трубопроводов и других гидротехнических сооружений предназначенных для орошения земель с целью повышения их плодородия.

Влияние орошения:+ Повышение влажности почв; Внесение удобрений; Микроклимат надпочвенный.

Минус - эрозия почв. Если уровень ПВ глубже 6 метров, то вторичного засоления не будет. Если 6-2,5м уровень ПВ вторичное засоление возможно. Если меньше 2,5 – засоление всегда.

Источники: речные воды (низководные плотины); воды временных водотоков (лиманное орошение); промышленные и бытовые сточные воды; ливневые воды; возвращенные воды.

Требования к источнику: необходимое количество и качество, незначительное расстояние, источник должен быть выше орошаемых полей.

Требования к качеству оросительной воды:

1. Содержание взвешанных веществ по фракциям; 2) Содержание водорастворимых солей: вредные – NaCl, CaCl₂, MgCl₂, Na₂SO₄, CaSO₄, Na₂CO₃; полезные MgSO₄, CaCO₃, MgCO₃.3)Температура разница t воды и почвы не должна превышать 5 – 10⁰С от среднемесячной.

КПД представляет собой соотношение 2-х объемов воды достигшего оросительного массива к объему воды взятой из источника орошения. Пути повышения КПД: 1) Переведение открытых в закрытые 2)Уменьшение фильтрационных потерь уплотнением, цементацией.

Режимы орошения - совокупность числа сроков и норм полива. Реализация режима осуществляется посредством построения и соблюдения графика гидромодуля; график полива построенный для площади 1га – удельный график.

Оросительные системы способы и режимы - Поверхностное орошение, дождевание, подпочвенное орошение. Выбор способа зависит от: глубины до уровня пв, степени минерализации грунтовых вод, степени засоленности почв (водная и кислотная вытяжка), рельефа и уклона местности, размеров поливных норм.

Поверхностное орошение – полив по бороздам – временным оросителям (мешают в/з время сбора урожая). Полив производится напусками по полосам, ширина полос кратна расстоянию колес уборочной техники.