Материал: госы по билетам

Выбор расположения и схемы опытного куста скважин.

Выбор расположения куста скважин зависит от целевого назначения:

Для определения фильтрационных параметров на участке проектируемого водозабора выработки располагают таким образом, чтобы охарактеризовать продуктивный водоносный пласт и смежные водоносные подразделения; желательно, чтобы при откачке не сказалось влияние границ. Влияние границы можно считать незначительным в течение времени t>t_к, где t – суммарное время восстановления и откачки, сут.

Если дальняя наблюдательная скважина располагается от возмущающей на расстоянии r 0,5 l, то

t_к = r²/0,4а,

где: t_к – контрольное время, сут,

r-расстояние от возмущающей до дальней наблюдательной скважины, м,

l - расстояние от центральной скважины до границы, м,

а- коэффициент уровне- или пьезопроводности, м²/сут.

Для определения гидродинамической роли границ луч (лучи) наблюдательных скважин располагается перпендикулярно к исследуемой (исследуемым) границе (границам).

Выбор схемы опытного куста заключается в обосновании количества возмущающих и наблюдательных скважин и их взаимного расположения в плане и разрезе.

Под примерной схемой понимается такое количество и взаиморасположение скважин, при котором обеспечивается понижение S=3-4 м в возмущающих скважинах при длительности возмущения не менее 5-10 суток. Кроме того, разность понижений в соседних и наиболее удаленных скважинах значительно превышает точность замеров уровня подземных вод (не менее 20-30 см). Для этого целесообразно размещать скважины равномерно в логарифмическом масштабе.

Количество наблюдательных скважин зависит от:

1. характера неоднородности водовмещающих отложений:

• в однородных пластах рекомендуется проходить не менее 3-х скважин;

• в неоднородных пластах - 3-4 скважины;

• в весьма неоднородных пластах 4-10 скважин, в частности, в трещинно-карстовых пластах – до 10 скважин.

При этом следует учесть, что неоднородность опробуемых водоносных подразделений определяется в зависимости от соотношения максимального и минимального значений удельных дебитов скважин:

q_max/q_min

Если полученный результат не превышает 5, водовмещающие породы считаются условно однородными, если это соотношение варьирует от 5 до 10 неоднородными и, если полученное значение превышает 10, породы рассматриваются как крайне неоднородные.

2. назначения опытных кустов:

- для определения условий водоснабжения и фильтрационных параметров – максимальное число скважин;

• для определения влияния граничных условий - минимальное число скважин.

3. стадии исследований:

- Этап II, стадия 3. Оценка МПВ – минимальное число из рекомендуемого количества наблюдательных скважин;

- Этап III, стадия 4. Разведка МПВ – максимальное число наблюдательных скважин.

4. метода расчета Э3:

- для расчета ЭЗ гидродинамическим методом рекомендуется проведение опыта с максимальное количеством наблюдательных скважин;

- для расчета гидравлическим методом – минимальное число скважин;

- для расчета комбинированным методом – 4-5 скважин.

Статистический анализ показал, что оптимальное количество наблюдательных скважин составляет 5-7. Количество возмущающих скважин 1-4.

Принципы расположения наблюдательных скважин.

При выборе куста скважин используется лучевая система. Выделяются следующие типы схем опытного куста в соответствии с количеством лучей:

-однолучевая– в условиях изотропного (однородного) пласта;

- двухлучевая схема при анизотропном (неоднородном) строении пласта (лучи располагаются по осям анизотропии);

в опытных кустах, сооружаемых для оценки степени взаимосвязи подземных и поверхностных вод, наблюдательные скважины следует располагать по двум лучам: параллельно и перпендикулярно к реке (рис.1). В параллельном луче бурятся 2-3 скважины (в зависимости от степени однородности пород). Рекомендуется, чтобы расстояние от дальней наблюдательной скважины до центральной не превышало 0,6-0,7 расстояния от центральной скважины до реки;

- трехлучевые схемы рекомендуется применять в весьма сложных гидрогеологических условиях (III группа сложности).

Расстояние от возмущающей скважины, которая располагается в вершине лучей, до наблюдательных r_n определяется по формуле:

r_n = r₁ * α^n-1,

где: r₁– расстояние до ближайшей наблюдательной скважины, которое равно (0,741) мощности обводненной зоны;

α- безразмерный коэффициент, зависящий от гидродинамического режима подземных вод: для безнапорных вод он принимается равным 1.5; для напорных - 2,0;

n- порядковый номер наблюдательной скважины (нумерация скважин осуществляется в возрастающем порядке, по принципу «улитки»: в одном луче – четные номера, в другом – нечетные).

Расстояние до наиболее удаленных скважин рекомендуется принимать: в безнапорных потоках не более 150 м, в напорных не более 1500 м.

III Оценка (скв в центре МПВ) - пробные, опытно-одиночные, реже кустовые; рекомендуется проводить 1 опыт. Принимается следующая схема кустовой откачки в центре возмущающая (обладающая наибольшей водообильностью) вокруг наблюдательные скв. При большой заявке Q_заяв (бол 1000 м³/сут) проводится несколько опытов с одинаковыми понижениями для сравнения опытно-фильтрационных характеристик на месторождениях 2-3 группы ложности.

IV Разведка – пробные, опытно-одиночные, опыт-кустовые; опыт-эксплуатационные. При опытных откачках задается ступень дебита Q_проект. Опытными и опытно-эксплуатационными откачками опробуется 20-30% проектных скв в/з на МПВ 1 и 2-ой группы сложности. 100% - на МПВ 3 и 4-ой группы сложности. Их проводят в зимний период. На МПВ 3-ей группы сложности для расчета ЭЗ рекомендуется использовать гидравлический метод расчета, именно для этого откачки проводятся на 2 ступенях понижения – напорные воды и 3 ступени понижения – безнапорные воды, разница между ступенями не менее 3-5м.

V Эксплуатационная разведка – опытно-эксплуатационные откачкипроводятся во всех скв.

3. Состав и краткая характеристика работ при проведении инженерно-геологической разведки

Инженерно-геологические изыскания проводятся в 4 этапа:

• подготовительные работы (На этапе подготовительных работ разрабатывается программа инженерно-геологических изысканий и ведется подготовка к полевым работам: производится сбор, обобщение и анализ фондовых (архивных) и справочно-информационных материалов в районе размещения объектов изысканий, заказываются паспорта буровых скважин прошлых лет)

• полевые работы (бурение скважин, с фиксированием положения уровня грунтовых вод. Глубину выработок и расстояние между ними назначают в соответствии с требованиями СП 11-105-97, с учетом сложности инженерно-геологических условий и глубины заложения сооружения:

для линейных объектов расстояние между скважинами от 100 до 3000 м, но не менее 2-х скважин на объект (табл. 7.2 СП 11-105-97);

для объектов капстроительства расстояние между скважинами от 25 до 100 м, но не менее 4-х скважин на объект (табл. 8.1 СП 11-105-97)

Местоположение выработок необходимо согласовать с владельцами инженерных коммуникаций для исключения вероятности их повреждения при бурении.

Все пробуренные скважины подлежат ликвидационному тампонажу местным грунтом (или битумом) с последующим уплотнением.

При выполнении полного объема работ на протяжении всего периода ведется рабочая и отчетная документация. Опробование скважины осуществляется отбором монолитов и образцов нарушенного и ненарушенного сложения, а также образцов грунта и проб воды для определения коррозионной агрессивности (в соответствии с нормативами). Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов производится согласно ГОСТ 12071-2000

• лабораторные исследования грунтов и подземных вод(Лабораторные исследования свойств грунтов выполняются по ГОСТ 12536-2014, ГОСТ 5180-2015, ГОСТ 12248-96, ГОСТ 9.602-2016.

• Основная цель комплексного определения физических свойств грунтов - определение прочностных характеристик методом одноплоскостного среза и трехплоскостного сжатия. Также определяют гранулометрический состав ситовым методом и методом пипетки, консистенцию при нарушенной структуре, потери при прокаливании, коррозионную агрессивность грунтов по отношению к бетону и стали, анализ грунтовой воды.)

камеральные работы (обработка, обобщение и анализ результатов полевых и лабораторных исследований, подготовка отчетной документации. Камеральная обработка результатов полевых и лабораторных исследований грунтов подразумевает анализ результатов полевых и лабораторных работ, выделение инженерно-геологических элементов (ИГЭ), построение геологических колонок и разрезов, составление отчетов о проведении всех инженерно-геологических исследований, включающих в себя выводы и рекомендации по инженерно-геологическим условиями участка проектируемого строительства. Камеральные работы выполняются в соответствии с требованиями СП 47.13330.2016, СП 22.13330.2011, СП 11-105-97, ГОСТ 25100-2011.)

4. Геологическая роль инженерной деятельности человека и охрана природы.

Постоянно растущее воздействие человека на природную среду вообще и на геологическую в частности особенно проявляется в крупных городах. В их пределах происходит существенное изменение инженерно-геологических условий: нивелируется природный рельеф, заменяясь антропогенным; меняется гидрографическая сеть и режим рек. Подземное пространство насыщено инженерными сетями, тоннелями, различными сооружениями и конструкциями; существенно меняется его температурно-влажностный режим. Застройка и покрытия улиц резко меняют условия и соотношения стока, инфильтрации, испарения. Меняются гидрогеологические условия; в пределах мегаполисов образуются огромные депрессионные воронки глубоких водоносных горизонтов. С другой стороны, часто происходит подъем уровня грунтовых вод (подтопление) или образование неглубоко от поверхности новых водоносных горизонтов. Одно из следствий хозяйственно-строительной деятельности – образование техногенных отложений (культурного слоя). Их можно разделить на следующие группы.

• Природные образования, перемещенные с мест их естественного залегания различными транспортными средствами, взрывом (насыпные грунты) или средствами гидромеханизации (намывные грунты).

• Антропогенные образования, представляющие собой отходы хозяйственно-бытовой и производственной деятельности человека с коренным изменением состава и свойств исходного сырья. Хозяйственно-бытовые отходы представлены свалками бытовых отбросов, строительного мусора и т.п. Промышленные отходы представлены золами и шлаками различного происхождения – топливными, металлургическими; отвалами пустой породы при угледобыче (терриконы), а также шламами – отходами горнообогатительного, электрохимического и других производств (хвостохранилища).

• Природные образования, существенно измененные по составу и свойствам в условиях их естественного залегания - например, при цементации, силикатизации, электрохимическом закреплении грунтов и т.п.

Геологическая деятельность человека проявляется также в целенаправленном регулировании природных процессов. Осуществляются мероприятия по борьбе с оврагообразованием, селями, подмывом берегов рек, абразией, подвижными песками, защите от проявлений карста, суффозии, опасных склоновых процессов. При этом необходимо учитывать, что хозяйственно-строительная деятельность может приводить к существенным изменениям в течение времени и проявлениях природных процессов и вызывать явления, обычно нехарактерные для данных условий. Геологические процессы, тесно связанные с инженерной строительной деятельностью человека, называются инженерно-геологическими. Многие из перечисленных выше процессов, регулируемых разнообразными защитными инженерными сооружениями (противообвальными, противоселевыми, противооползневыми и др.), следует рассматривать как инженерно-геологические.

Из других инженерно-геологических процессов следует назвать уплотнение и разуплотнение грунтов в основаниях сооружений; техногенное выветривание в откосах выемок, карьеров и других выработок; плывуны; проявления горного давления и сдвижения горных пород; просадки лессов в основаниях и бортах каналов; морозное пучение; просадки оснований сооружений на мерзлых грунтах при оттаивании последних; термокарст

Интенсивное хозяйственное освоение территорий часто приводит к активизации природных процессов или развитию новых, которые ранее отсутствовали. Наибольшую опасность среди таких процессов представляют: - опускание поверхности земли, - подтопление. Причиной опусканий земной поверхности может быть добыча жидких, газообразных и твердых полезных ископаемых.

Согласно СНиП 11-02-96 при выполнении инженерно-геологических изысканий необходимо осуществлять мероприятия по охране окружающей среды. Отрицательное воздействие на окружающую среду может проявляться в нарушении полчвенного покрова и его загрязнением, загрязнении воздуха, загрязнении подземных и поверхностных вод , истощение вод.

Все скважины, шурфы и др выработки, пройденные в процессе ИГИ и не переданные заказчику для проведения наблюдений, подлежат обязательной ликвидации тампонажем или засыпкой местным глинистым грунтом. Земли, на которых производилась работа, должны быть рекультивированы с восстановлением почвенного слоя. Проектировщик должен на основе данных, полученных в ходе ИГИ, предусмотреть мероприятия, которые нанесли бы минимальный вред. Экологическое обоснование этих мероприятий излагается в специальном руководстве

Экзаменационный билет № 10

1. Задачи, методика организации и проведения опытных наливов воды в шурфы и откачек воды из скважин. Промышленно-генетические типы месторождений подземных вод. Категоризация эксплуатационных запасов по степени их изученности.

Опытные наливы в шурфы.

Наиболее распространенным и отра­ботанным методом изучения фильтрационных свойств связных и рыхлых пород зоны аэрации являются опытные наливы в шурфы, обеспечивающие фильтрационное опробование пород на глубину до 15 м.

Суть этих опытов состоит в наблюдении за ходом инфильтрации воды из шурфов и получении характеристик инфильтрационного потока при поддержании постоянного уровня воды в шурфе в про­цессе опыта. В условиях инфильтрации воды из шурфов основ­ными действующими силами являются гидростатический напор слоя воды и капиллярное всасывание, совпадающее по направ­лению с инфильтрационным потоком. Факторами, осложняющими проведение опытной инфильтрации, являются боковое растекание инфильтрационного потока (особенно интенсивное в глинистых и суглинистых породах) и влияние на инфильтрацию защемлен­ного в породах воздуха. Эти факторы частично исключаются или учитываются при проведении опытных наливов в шурфы. При этом почти все методы определения коэффициента фильтрации по данным инфильтрации воды из шурфов основаны на расчетах по формулам установившейся фильтрации и отличаются простотой.

Значение коэффициента фильтрации k определяется как уста­новившаяся скорость инфильтрации V при напорном градиенте, равном единице (в условиях опыта l=1), k=V=Q/F, где F — пло­щадь поперечного сечения зумпфа, через которую осуществляется инфильтрация воды из шурфа с расходом Q.

При таком способе определения коэффициента фильтрации не учитываются действие капиллярных сил и боковое растекание потока. Поэтому наливы в шурфы по способу Болдырева целесооб­разно применять при опробовании хорошо проницаемых пород — крупнозернистых песков, гравийно-галечниковых отложений, тре­щиноватых пород.

Способ Н.С. Нестерова. При наливах в шурф по способу Несте­рова для уменьшения влияния капиллярных сил и бокового расте­кания на дне шурфа устанавливают концентрично два цилиндри­ческих кольца высотой 20—25 см.

В процессе опыта воду при помощи сосудов Мариотта подают в оба кольца, поддерживая в них постоянный столб воды Н₀= 10 см. При этом предполагается, что вода из кольцевого зазора между внут­ренним и внешним цилиндрами расходуется преимущественно на боковое растекание, в то время как через площадь F внутреннего кольца она расходуется на инфильтрацию в вертикальном направ­лении.

В журнале наливов фиксируют лишь расход воды через внут­реннее кольцо до его стабилизации. Строится график зависимости расхода от времени. Опыт прекращается по достижении стабилизации расхода.

Допустимо использовать упрощенную формулу k=Q/F, где Q — стабилизированный расход по внутреннему кольцу, м³/сут; F— площадь внутреннего кольца, м²; Н₀ — постоянный столб воды в кольцах, м; h_K — капиллярное давление, принимаемое равным 50% высоты капиллярного поднятия в испытуемых породах , м; l — глубина инфильтрационного проса­чивания воды под дном шурфа (определяется после окончания опыта путем бурения двух скважин в центре шурфа и в 3-4 м от него — по влажности вскрываемых в них пород), м.

Способ Н.К. Гиринского. Этот способ применяют для опреде­ления водопроницаемости мелкозернистых песков, супесей и суг­линков. Технически он воспроизводится, как и налив по способу Болдырева, через цилиндр диаметром от 30 до 50 см при посто­янном уровне и до стабилизации расхода.

Опытные наливы или нагнетания воды в скважину для опр-ия водопроницаемости и удельного водопоглащения.

Пробные откачки проводят на поисковой стадии для предварительной оценки фильтрационных свойств и качества п.в. для получения сравнительной характеристики отдельных водоносных горизонтов и различных участков. На стадиях предварительной и детальной разведки пробные откачки проводят для определения возможной производительности опытных скважин и из наблюдательных для уточнения фильтрационных свойств пород. Опытные откачки – подразделяются на одиночные, кустовые.

Одиночные – проводятся на одной или нескольких понижениях для построения графика Q=f (S), качества п.в, ориентировочной оценки, расчетных г/г параметров.