Задание

По результатам ситового анализа несвязанного грунта, представленным в таблице приложения, постройте интегральную кривую зернового состава, определите степень неоднородности, коэффициент выветрелости и дайте наименование грунта по этим показателям.

Пример решения

Для установления наименования грунта по зерновому составу последовательно определяют суммарное содержание частиц (%), начиная от наиболее крупных фракций, и сравнивают его с табличными значениями (см. таблица 9.1). В нашем случае грунт содержит более 50% частиц крупнее 2 мм (47+31+16 =94%), следовательно данный грунт является гравийным (с учетом преобладания окатанных частиц).

Для построения интегральной кривой зернового состава вычисляют суммарное содержание частиц (%), начиная от самых мелких фракций, результаты заносят в таблицу.

Диаметр частиц, d мм	<2	<5	<10	<20	<40	<60	<100	<200
Суммарное содержание частиц А, %	6	22	53	78	87	93	97	97

По этим данным строят кривую (см. рис. 9.1), откладывая по оси абсцисс диаметр частиц, а по оси ординат суммарное содержание частиц (%). Эффективные диаметры d₁₀ и d₆₀ находят по графику, проводя горизонтальные прямые через точки на оси ординат, соответствующие 10 и 60%, до пересечения с интегральной кривой, и опускают перпендикуляр из точек пересечения на ось абсцисс.

Рис. 9.1. Интегральная кривая зернового состава.

В нашем случае определяется: d₁₀ =3,1 мм, d₆₀ =12,5 мм, по этим данным вычисляют степень неоднородности грунта (С_u):

С_u = d₆₀ /d₁₀ .

Для указанных значений С_u =4,0.

Коэффициент выветрелости (k_wr) грунта определяют по выражению:

k_wr = (k₁-k₀)/k₁,

где k_{0 –} отношение массы частиц размером менее 2 мм к массе частиц размером более 2 мм до испытания на истираемость, k₁ – то же, после испытания на истираемость.

То есть, для данного варианта: k₀ = 6/94 = 0,06, после испытания на истираемость на сите 2 мм осталось 58% частиц, а менее 2 мм, следовательно, оказалось 42% частиц, тогда, k₁ = 42/58 = 0,72, и k_wr = (0,72-0,06)/0,72 = 0,92.

Таким образом, исследуемый грунт, с учетом проведенных вычислений и данных представленных в таблице 9.1, имеет наименование – крупнообломочный, гравийный, неоднородный, сильно выветрелый.

Методические указания к решению задачи 2.

Химический состав подземных вод зависит от литологического состава горных пород, условий питания, залегания и дренирования водоносных горизонтов. Минерализация подземных вод формируется в результате действий процессов растворения, окисления, диффузии, испарения, смешения, гидрации, доломитизации и др.

Все природные воды – это растворы содержащие ионы, коллоидные и взвешенные частицы, газы. В подземных водах найдено более половины известных элементов из таблицы Менделеева.

Главными ионами являются:

Хлор ион Сl^–, сульфат ион SO₄^{2 –}, гидрокарбонат ион НСО₃^–, ион натрия Na⁺, ион кальция Ca²⁺ и ион магния Mg²⁺.

Обычно в пресных водах преобладают НСО₃^– и Ca²⁺, в соленых водах - Сl^– и Na⁺. Кроме этих ионов, в водах часто присутствуют: карбонат-ион СО₃ ^2–, ион калия К⁺, ионы железа - Fe²⁺ и Fe³⁺.

Под ионным составом вод обычно понимают содержание вышеперечисленных шести ионов, пренебрегая другими. Суммарное содержание в воде растворенных ионов солей и коллоидов называется минерализацией воды.

Из газов, присутствующих в воде, наибольшее значение имеет содержание – углекислого газа (СО₂) и сероводорода (Н₂S), так как от их содержания зависят ее агрессивные свойства. Кроме того, бывает важно знать содержание кислорода, аргона, метана – СН₄, этана – С₂Н₆, пропана – С₃Н₈, бутана – С₄Н₁₀. Наличие более тяжелых, чем метан углеводородных газов (этан, пропан и бутан), обычно связано с нефтеносными отложениями. Количество каждого растворенного газа в воде выражается в объемных единицах см³/л.

Общий химический анализ обычно делается для общей характеристики воды. В настоящее время обязательно определение пяти главных ионов: Cl^-, SO₄^2-, HCO₃^-, Ca²⁺, Mg²⁺ (Na⁺ определяют по разности). Анализ этих шести ионов, (часто к ним добавляют ионы CO₃^2-, Fe²⁺, Fe³⁺) плотности, и рН воды, называют стандартным или шестикомпонентным. рН – водородный показатель или реакция среды – т.е. щелочно-кислотные свойства воды. Определяется рН концентрацией водородных ионов.

Результаты химического анализа подземных вод выражают в виде содержания отдельных ионов в ионно-весовой, эквивалентной и процентно-эквивалентной формах:

Весовая ионная форма – это содержание в воде весовых количеств ионов – в миллиграммах к литру или кг, или 100 граммах воды.

Эквивалентная форма выражения состава вод дает более точное представление о химизме. Ионы реагируют между собой в определенных количествах, зависящих от веса и валентности. Например: Na⁺ реагирует с Сl^– не в количестве 1 г Na⁺ + 1 г Сl^–, а в эквивалентных соотношениях – 1 экв. Na⁺ на 1 экв. Сl^–. Эквивалент-ный вес – или эквивалент – это частное от деления ионного веса на валентность. Эквивалент Na⁺ равен 23/1, а эквивалент Сl^– =35,5/1, следовательно на 23 весовые единицы иона Na⁺ приходится 35,5 весовых единиц Сl^– .

Для перехода от весовой ионной формы к эквивалентной, необходимо содержание иона в миллиграммах или граммах разделить на величину эквивалента иона (данные табл. 1), или умножить на пересчетные коэффициенты, приведенные в таблице приложения 6.

Таблица 1.

Ион	Эквивалент	Ион	Эквивалент
Na+	23,0	Cl–	35,5
Mg2+	12,2	SO42–	48,0
Ca2+	20,0	HCO3–	61,0
K+	39,1	Br–	79,9
NH4+	18,0	J–	126,9
Fe2+	18,6	HS–	33,0
Fe3+	27,9	CO32 –	30,5

Процент – эквивалентная форма может быть получена из эквивалентной формы. Она показывает относительную долю ионов во всей ионно-солевой массе.

Сумму всех ионов (катионов и анионов) в эквивалентах принимают за 100 или 200%- экв.

Следует отметить, что сульфатно-натриевый и гидрокарбонатно-натриевый типы подземных вод соответствуют континентальным условиям, хлоридно-магниевый тип вод соответствует морской обстановке, а хлоридно-кальциевый тип – глубинной обстановке.

Наиболее распространенные типы вод нефтяных месторождений – гидрокарбонатно-натриевый и хлоридно-кальциевый, свойственный обстановке затрудненного и весьма затрудненного водообмена и восстановительным условиям. Главную роль в составе вод нефтяных месторождений играют среди анионов – хлор, среди катионов – натрий. В составе растворенных газов в водах преобладают азот, метан, реже углекислый газ.