Инженерная геология (стр. 4 из 7)
При проектировании зданий и сооружений на берегах морей необходимо учитывать абразию, обрушение берегов и возможное истощение пляжей. В силу транспортирующего действия воды, в морях и океанах осадки распределяются довольно закономерно. Так, у берегов накапливается грубообломочная масса (галечники, гравий); в зоне шельфа – пески различной крупности; на материковом склоне преобладает глинистый материал. По мере удаления от берега к обломочным накоплениям все более примешивается органический материал (илы) и осадки химического происхождения. Главная масса осадков откладывается в прибрежной и мелководной части моря. На материковом склоне и океанском ложе более всего развиты органогенные осадки. Обломочные и химические осадки имеют подчиненное значение. Отложения, образовавшиеся в морской среде, широко распространены на суше, где они занимают огромные пространства на континентах в виде отложений большой мощности и различного литологического состава (рис. 14).
Рис. 14 Осадочная толщина морского происхождения, перекрытые современными наносами; 1 – песок; 2 – известняк; 3 – песчаник; 4 – глины; 5 – современные наносы в виде суглинка.
Озера – замкнутые углубления, на поверхности Земли, заполненные водой и не имеющие непосредственной связи с морем. Озера занимают 2 % поверхности суши. Берега многих озер, особенно крупных, довольно плотно населены и широко используются для промышленного и гражданского строительства. Отсюда ясна вся важность изучения инженерно-геологических условий районов озер. Озера имеют различные происхождения. Среди них различают:
- тектонические – во впадинах тектонического происхождения (Байкал, Ладожское);
- эрозионные – в котлованах размыва;
- карстовые – в заполненных водой карстовых воронках;
- запрудные – образовавшиеся запруживанием рек в результате обвалов.
Озера подобно морям совершают геологическую работу разрушительного и созидательного характеров, только в меньших масштабах.
Разрушительная работа озер проявляется в абразивной деятельности волн, нагоняемых ветром. Постоянно дующие в определенных направлениях ветры вызывают волны, которые прибоем подмывают берега. Так создаются озерные абразионные террасы, выработанные в коренных берегах, и аккумулятивные, сложенные озерными осадками. Озерные террасы формируются в тесной зависимости от изменения положения уровня озер. Большое влияние на положение уровня воды в озерах оказывают тектонические движения земной коры, а в последнее время и производственная деятельность человека. Созидательная работа озер заключается в образовании отложений. Озерные осадки представлены большим комплексом различных накоплений обломочного, химического и органического происхождения. Вдоль побережий, где формируются пляжи, навеваются дюны. Озера откладывают в основном грубые обломки и различной крупности пески. Донная часть озер заполняется глинистыми осадками, песками, илами. На дне соленых озер самостоятельно или вместе с механическими осадками отлагаются соли (хлориды, сульфаты). В озерах формируются специфические образования, свойственные только озерам, такие как сапропель, торф, особые озерные мергели. Важнейшей особенностью некоторых мелководных озер является способность в определенных геологических и физико-географических условиях переходить в стадию болот.
4. Приток воды в безнапорные совершенные дрены
Дрены - устройства, отбирающие из пределов водоносного горизонта воду. Могут быть горизонтальными и вертикальными. Дрены совершенного типа пересекают водоносный горизонт полностью, достигая водоупора. Дрены несовершенного типа прорезают лишь часть водоносного горизонта.
Приток воды кней происходит по всей поверхности соприкосновения стенок выработки с водоносным горизонтом. Если же выработка не доходит до водоупора, она называется несовершенной по степени вскрытияводоносного горизонта. Зачастую выработки закрепляются от обрушения, цементируются скважины оборудуются обсадными трубами, фильтрами и т. п. Естественно, что приток воды в такие выработки затруднен и их называют несовершенными по характеру вскрытия водоносного горизонта.Основные уравнения притока воды к водозаборам (скважинам и дренам) будем выводить при условии совершенства выработок.
Представим себе плоский поток грунтовых вод. Гидравлический градиент I в данном случае равен
(1)где х — расстояние между сечениями h1 и h2
Если мы будем сближать сечения h1 и h2 так, чтобы расстояние между ними стало равно нулю, то получим уклон (гидравлический градиент) в точке а, который равен тангенсу угла наклона зеркала грунтовых вод или первой производной
(2)Подставив полученное выражение гидравлического уклона в выражение закона Дарси, получим для безнапорных вод
(3)После устройства дрены скорость движения воды в ней увеличивается и уровень воды понижается на величину S, которую в гидрогеологии принято называть величиной понижения. Иными словами, величина понижения представляет собой разницу между статическим и динамическим уровнями. Мощность водоносного горизонта до понижения обозначим через H, глубину воды в дрене — через ho. В результате понижения уровня в дрене в водоносном горизонте образуется депрессионная воронка. Расстояние R, на которое сказывается влияние понижения, называют радиусом влияния.
Для расчета притока воды в дрену Q выбираем на расстоянии хот стенки дрены сечение с напором к, которое находится в интервале от нуля до R.
В общем виде приток воды в дрену будет равен выражению (3). Подставим сюда величину площади фильтрации
(4)где В — длина дрены. Получим
(5)При расчете притока воды в дрену удобно пользоваться понятием единичного притока д, т. е. притока воды на единицу длины дрены
(6)Отсюда элементарная формула для расчета притока воды
(7)Разделим переменные в выражении (18), т. е. умножим обе его части на dх и проинтегрируем
(8)В результате получим
(9) 
(10) 
(11)Формула (11) выражает величину единичного притока с одной стороны дрены. Для получения полного притока воды в дрену необходимо умножить единичный приток на два, а затем — на длину дрены. Приток воды в торцы дрены обычно не учитывают, так как он при большой длине дрены составляет ничтожную долю.
По формуле (11) можно рассчитать расход плоского грунтового потока. Подставив вместо радиуса влияния расстояние между сечениями, равное I, получим
(12)Выражение
можно записать так 
(13)т. е. единичный расход равен
(14)а полный расход составит
(15)Исследуя выражение (11), мы сможем решить одну из весьма важных задач в гидрогеологических расчетах — вывести уравнение депрессионной кривой. Построение депрессионной кривой необходимо при возникновении угрозы затопления подземными водами котлованов, подвалов зданий и т. п..
Изменив пределы интегрирования в выражении (9) по X от 0 до х, а по У от h0 до h К получим
(16)Естественно, что приток воды в выражениях (11) и (16) одинаков, т. е.
(17)Решаем (17) относительно h
(18)Для построения депрессионной кривой мы задаемся величиной hо в зависимости от 5, мощность водоносного горизонта H легко получить по данным бурения, величину радиуса влияния можно найти по эмпирическим формулам.
На миллиметровой бумаге строим разрез через дрену и котлован и, задаваясь разными значениями х(хи x2,..., хп), например 10, 20, 30 и т. д. метров, получаем величины h(h,h2,..., hп). Соединив полученные точки плавной линией, получим кривую депрессии. Если она проходит через котлован, строят новую кривую, задавшись большей величиной понижения и, естественно, меньшим значением глубины воды в дрене. Построение производят до тех пор, пока депрессионная кривая не опустится ниже дна котлована.