Тема 4. Основы общей и инженерной гидрогеологии

4.1. Цель изучения темы

_ изучить влияние подземных вод на строительство.

4.2. Содержание темы

- виды подземных вод в грунтах ;

- агрессивность подземных вод по отношению к бетонам;

- классификация подземных вод по условиям залегания; _ режим, движение подземных вод, основной закон фильтрации ( За­кон Дарси );

_-расчет притока подземных вод к скважинам; _ расчет притока подземных вод к строительным котлованам; расчет притока подземных вод к канавам.

4.3. Методические указания

Прежде всего необходимо рассмотреть виды воды в грунтах: вода па­рообразная , физически связанная, химически связанная, свободная, вода в твердом состоянии. Дать краткую характеристику этим водам.

Вода парообразная содержится в воздухе, заполняющем пустоты. Она перемещается в парообразном состоянии от места с большей упругостью водяного пара в место с меньшей упругостью его.

Физически связанная вода включает прочносвязанную гигроскопическую (адсорбционную ) и рыхлосвязанную ( пленочную ) воду.

Прочносвязанная вода характерна для тонкодисперсных грунтов, об­разует на поверхности минеральных частиц 1-3 ряда молекул за счет ад­сорбции из водяного пара воздуха или жидкой свободной воды. Удержива­ется за счет электромолекулярных сил, действующих между отрицательно заряженной твердой минеральной частицей и диполем воды. Характерна четкая ориентировка диполей. Обладает свойствами твердых тел.

Содержание прочносвязанной воды или максимальная гигроскопичность зависит от минерального и гранулометрического составов: в песках -1%, лессах-8%, глинах-18%.

Между прочносвязанной и рыхлосвязанной водами находится переход­ный сольватный (осмотический) слой толщиной 10-20 молекул воды, в ко­тором наблюдается нечеткость ориентировки диполей, их подвижность.

Рыхлосвязанная вода образует слой молекул в несколько десятков и

- 10 –

сотен рядов, взаимодействующих с поверхностью частиц грунта и слоем прочносвязанной воды с помощью молекулярных сил. Она существует при влажности грунта большей максимальной гигроскопичности. Перемещается за счет соединения с более толстым слоем такой воды или при наличии разности концентрации ионов (осмотическое давление) в плёнках воды.

Прочносвязанная и рыхлосвязанная вода образует молекулярную воду.

Максимальное количество молекулярной воды называется максимальной молекулярной влагоемкостью, которая характеризует инженерно-геологические свойства грунта. При давлении 300-500 МПа молекулярная вода пе­реходит в свободное состояние.

Химически связанная вода объединяет кристаллизационную, которая входит в кристаллическую решетку минералов, и конституционную, которая образуется при соединении ОН" и Н⁺ при выделении их из минералов типа каолинита, монтморилонита и др.

Свободная вода включает капилярную, гравитационную и вакуольную воды, Капилярная вода находится в порах и микротрещинах размером до 0,25-1,0 мм, удерживается и перемещается за счет поверхностного натя­жения на границе воды и воздуха.

Гравитационная вода образуется при влажности больше молекулярной или при полном водонасыщении пор и трещин грунтов и перемещается под воздействием силы тяжести.

Вакуольная вода - пустотная ювенильная первичная вода, та, которая не участвует в водообмене.

Вода в твердом состоянии находится в грунтах в виде льда и осу­ществляет жёсткие криогенные структурные связи грунтов.

При изучении агрессивности подземных вод следует усвоить опреде­ление агрессивности; виды агрессивности: механическая, химическая, об­щекислотная; факторы всех видов агрессивности; отличительные особен­ности проявления той или иной агрессивности в бетоне или металлоконс­трукции; оценку агрессивности подземных вод и меры борьбы.

Классификация подземных вод по условиям залегания изучается с ха­рактеристикой всех типов вод: почвенных вод, верховодки, грунтовых и межпластовых вод. Характеристика включает условия залегания, питание, толщину водоносного пласта, зрияние на тот или иной вид строительства: дорожное, промышленное, гражданское и т.д.

Большую роль играет режим грунтовых вод, влияющий на изменение их качества во времени и на изменение положения уровня грунтовых вод. Сту­дент обязан знать основные законы движения подземных вод, иметь предс-

-11 –

тавление о коэффициенте фильтрации грунтов, скорости и расходах потоков грунтовых вод.

При расчете воды к водозаборам важно иметь представление об ос­новных понятиях: дипрессионной воронке, радиусе влияния, понижении уров­ня грунтовых вод, статическом и динамическом уровне, толщине водоносного пласта, радиусе водозабора, совершенном и несовершенном водозаборах,

При подготовке вопроса расчет притока воды к строительным котлованам обратить внимание на то, что выбор формулы расчета делается в зависимости от соотношения сторон котлована.

Литература / 2,11,12 /.