Методичка геокриолог, инжерерка

геологического развития района, вытекающую из анализа стратиграфической колонки и разреза. Для построения разреза принимают горизонтальный масштаб 1:5000, вертикальный 1:500.

Рис.5. Стратиграфическая колонка к геологической карте 1

Рис.6. Геологическая карта № 1

1 – граница стратиграфического несогласия; 2 – оползни; 3 – буровая скважина и ее номер; 4 – болото; 5 – карстовая воронка; 6 – линия разреза и ее номер

Рис. 7. Геологическая колонка буровой скважины 6.

Таблица № 1

Пример построения. Разрез, построенный по линии V-V в уменьшенном масштабе, приведен на рис.8. Строить разрез рекомендуется на миллиметровой бумаге в следующем

порядке. В нижней части листа делают три характеристики скважин и указания расстояний между ними. Намечают начало и длину разреза в принятом масштабе. У начала разреза (а иногда и в конце его) строят шкалу абсолютных отметок с таким расчетом, чтобы максимальная отметка была несколько выше верхней точки рельефа, а минимальная ниже забоя самой глубокой скважины.

Далее приступают к построению топографического профиля. Откладывают в заданном масштабе расстояния от начала разреза до его пересечения с каждой горизонталью и точками отмечают абсолютные отметки соответствующих горизонталей. После этого откладывают от начала разреза расстояния до каждой скважины и проводят вертикальный штрих в верхней графе. Под штрихами указывают номера скважин, а ниже — абсолютные отметки их устьев, которые дают дополнительные точки для построения профиля. Соединив все точки плавными линиями, получают топографический профиль поверхности земли по заданному направлению. На построенный профиль наносят колонки буровых скважин. При крупном масштабе разреза ствол скважины обозначают двумя вертикальными отрезками, в остальных случаях — одним. На нижнем конце отрезка соответствующем абсолютной отметке низшей точки пробуренной скважины (забою), ставят короткий поперечный штрих. Справа от штриха записывают абсолютную отметку забоя, вычисляемую как разность между абсолютной отметкой устья и глубиной скважины. Например, для скважины 2: 106,4—65,0=41,4 м. Вдоль линии скважины размечают границы слоев и проставляют их абсолютные отметки, которые вычисляют как разность абсолютной отметки устья скважины и глубин залегания соответствующих слоев. Например, в скважине 2 абсолютная отметка границы

между четвертым и пятым слоями равна: 106,4—34,9=71,5 м. В интервале каждого слоя (на полосе шириной 1 ... 2 см) условными обозначениями, взятыми из стратиграфической колонки, отмечают карандашом состав и относительный возраст пород. Далее на топографический профиль переносят с карты точки пересечения разреза со стратиграфическими границами и карандашом справа и слева от точек отмечают относительный возраст пород. Например, левее скважины 6 на профиле отмечают границу между иижнекаменноугольными известняками (С1) и верхнечетвертичными отложениями (Q3).

Прежде чем проводить границы слоев на разрезе, восстанавливают в общих чертах доступную нам историю геологического развития изучаемого участка. Рассматривая стратиграфическую колонку и колонки скважин на разрезе, видим, что наиболее древними породами, вскрытыми скважинами, являются протерозойские граниты. Между ними и залегающими выше верхнедевонскими аргиллитами имеется стратиграфический перерыв, во время которого происходило разрушение гранитов, и формировался рельеф, поверхность которого могла иметь сложную форму. Это подтверждается тем, что кровля гранитов в скважинах 2, 6, 11, 20, попавших в разрез, вскрыта на разных абсолютных отметках (47,7; 51,5; 52,8; 53,8 м). На верхнедевонских аргиллитах без стратиграфического перерыва залегают нижнекаменноугольные известняки.

Граница между ними является почти горизонтальной. В послекаменноугольное время вплоть до начала четвертичного периода осадконакопления на данном участке не происходило. В нижнечетвертичное время по пониженным частям рассматриваемой территории проходил поток, частично размывший нижнекаменноугольные известняки и даже верхнедевонские аргиллиты, который оставил свои отложения в виде крупных

песков с гравием и галькой (fgQ1). В верхнечетвертичное время начала вырабатываться долина реки. Весьма вероятно, что река в это время размыла водноледниковые отложения (частично), а затем оставила свои (αQз). В четвертичный период уровень реки несколько раз менялся, в результате чего были частично размыты верхнечетвертичные осадки, затем отложены современные (αQ4) и они же частично размыты.

Рис.8. Геологический разрез по линии V-V

Сделав этот анализ, завершают рисовку разреза, используя при этом как границы слоев, вскрытые скважинами, так и стратиграфические границы, перенесенные на топографический профиль с карты. Карандашные записи убирают, условными обозначениями производят штриховку выделенных в разрезе слоев и обозначают индексами их относительный возраст.

После этого вычисляют абсолютные отметки уровней подземных вод как разность между абсолютной отметкой устья скважины и глубиной залегания соответствующего уровня. Если напорный уровень выше устья, то берется не разность, а сумма. Например, для скважины 2 абсолютная отметка уровня грунтовых вод равна 106,4 -5,0=101,4 м, а напорного уровня - 106,4+12,2=118,6 м. Вычисленные отметки записывают справа от линии скважины и проводят уровни грунтовых вод пунктирной, а напорных — штрихпунктирной линиями (рис.8).

3. Основы гидрогеологии.

3.1. При бурении трех скважин, расположенных (в плане) в углах равностороннего треугольника со стороной 160 м, встречены водоносные пески, подстилаемые водоупорными глинами. Используя приведенные ниже данные, постройте колонку одной из скважин и определите направление, скорость фильтрации и действительную скорость потока грунтовых вод (пропущенные в таблице значения в случае необходимости могут быть вычислены по имеющимся данным).

Таблица № 2

Решение. Колонка скважины 1 приведена на рис.9 а. Для определения направления потока составляют (в масштабе) план расположения скважин (рис.9 б), указывают их номера и абсолютные отметки уровня грунтовых вод (УГВ) в каждой скважине. Направление потока в плане перпендикулярно гидроизогипсам (или их касательным в отдельных точках, если поток криволинейный). При наличии только трех скважин криволинейность потока не может быть учтена и все гидроизогипсы (линии, соединяющие точки с равными абсолютными отметками УГВ) будут параллельны, поэтому достаточно провести одну из них. С этой целью между скважинами с максимальной (27,3 м) и минимальной (19,9 м) отметками УГВ путем линейной интерполяции находят точку с отметкой, равной 22,4 м (точка А на рис.5 б). Через точку А и скважину 1 проводят гидроизогипсу (жирная линия). Направление потока перпендикулярно гидроизогипсе и направлено в сторону понижения уровня грунтовых вод (показано стрелкой).

Скорость фильтрации вычисляют между любыми двумя точками, расположенными по направлению, потока по формуле v=ki, где i=(H1-H2)/l - гидравлический уклон; H1, H2 - соответственно напоры в двух точках, расположенных по направлению течения воды; l—расстояние между точками, в которых определялись напоры H1, H2.

Для вычисления скорости фильтрации опускают перпендикуляр на гидроизогипсу (рис.5 б) и определяют (по масштабу) расстояние от скважины 3 до точки Б; l= 104 м. Напор в любой точке измеряют от условной горизонтальной линии, следовательно, в скважине 3 и точке Б их можно принять равными абсолютным отметкам уровня грунтовых вод, т. е. H1=27,3 м; H2=22,4 м, тогда v=3,4(27,3- 22,4)/104=0,16 м/сут≈4,8·10

Действительная скорость потока u=v/n=0,16/0,38=0,42 м/сут.

Расход вычисляем по закону Дарси q=kih, где h- средняя мощность водоносного горизонта.

Рис.9 Колонка буровой скважины 1 (а) и схема (б) для определения направления потока

3.2. Тремя буровыми скважинами вскрыты напорные воды, залегающие в гравийно-галечниковых отложениях под слоем водоупорных суглинков. Используя приведенные ниже данные, постройте схематическую колонку одной из скважин и определите направление, скорость фильтрации и действительную скорость потока напорных вод, если скважины расположены в плане в углах равностороннего треугольника со стороной 120 м.

Указание. Решается аналогично задаче 4.1., только вместо гидроизогипсы следует использовать гидроизопьезу. Формулы для расчета остаются те же.

Таблица № 3

3.3. Постройте схему и определите единичный расход грунтового потока по результатам замеров, выполненных в двух скважинах, расположенных на расстоянии 200 м по направлению течения, если коэффициент фильтрации однородных водовмещающих пород равен 5,2 м/сут.

Таблица № 4

Рис.10. Схема грунтового потока

Указание (см. рис. 10). Единичный расход потока при наклонном водоупоре определяют по формуле

q=Kф(H1- H2)(h1+h2)b/(2L),

где Kф=5,2 м/сут – коэффициент фильтрации; H1 и Н2 – напоры соответственно в скважинах 1 и 2, отсчитываемые от любой условной горизонтальной плоскости; h1 и h2 – мощность водоносного пласта соответственно в скважинах 1 и 2; b – ширина потока, принимаемая при определении единичного расхода, равной одному метру; L =200 м – расстояние между скважинами. Мощность водоносного пласта в скважинах вычисляют как разность абсолютных отметок уровня грунтовых вод (УГВ) и кровли водоупора. Значения Н1 и Н2 принимают равными абсолютным отметкам УГВ в скважинах 1 и 2.

3.4. Двумя скважинами, расположенными на расстоянии 170 м по направлению потока напорных вод, под водоупорными глинами вскрыт слой водоносных песков постоянной мощности 8,3 м. Используя приведенные ниже данные замеров, постройте схему и определите единичный расход потока.

Таблица № 5

Указание. Расчеты целесообразно производить по преобразованной формуле Дарси (для случая потока постоянной мощности):

q = kmib,

где q - коэффициент фильтрации водовмещающих пород; m - мощность водоносного пласта;

i - гидравлический (напорный) градиент;

b =l м - расчетная ширина потока при единичном расходе.

3.5. По данным, приведенным ниже, постройте схему и определите приток воды к совершенной скважине с круговым контуром питания при горизонтальном водоупоре.

Таблица № 6

Решение 3.5.1. Схема для решения задачи и исходные данные приведены на рис.11. Приток воды к совершенным

где H = (Н – S) — высота воды в скважине при откачке; R = 2S√H k – радиус влияния (формула Кусакина).

Рис.11. Схема для определения притока воды к совершенной скважине при откачке грунтовых вод

Мощность водоносного пласта определяют как разность абсолютных отметок статического уровня и кровли водоупора: Н=29,9-11,6=18,3м. Понижение уровня равно разности абсолютных отметок статического и дина-

мического уровней: S=29,9 — 25,5 =4,4 м; R = 2· 4,4·√ 18,3·7,1 = 100,3 м. Так как L= 82,0 м > 0,5 R =50,2 м, то

q = 1,366· 7,1· (18,3²—13,9²) / (lg 100,3—lg 0,152) = 487

м³/сут

3.6. По данным, приведенным ниже, постройте схему и определите приток воды в совершенную скважину, вскрывшую напорные воды.

Таблица № 7

Решение 3.6.1. Схема для решения задачи и исходные данные приведены на рис.12

Рис.12. Схема для определения притока воды к совершенной скважине при откачке напорных вод

Н и h — соответственно высота воды в скважине до и во время откачки. Приток воды к совершенным одиночным

пьезометрического уровня и высоты напора 39,6-14,2=25,4 м. Мощность водоносного пласта вычисляют как разность абсолютных отметок подошвы верхнего и кровли нижнего водоупоров m=25,4–13,4=12,0 м. Понижение уровня равно

разности абсолютных отметок пьезометрического и динамического уровней S=39,6-36,1=3,5м. После этого вычисляют R≈10· 3,5 ·√ 9,6≈ 108,4 м.

q= 2,73 · 9,6 ·12,0· 3,5/(1g 108,4 – 1g 0,152) = 386 м³ /сут.

3.7. При выполнении разведочных работ пробурено 12 скважин, расположенных в плане в углах квадратной сетки, как показано на рис.13 на расстоянии 25 м друг от друга. В табл.8 приведены абсолютные отметки устьев скважин (в числителе) и результаты одновременного замера глубин залегания уровней грунтовых вод (в знаменателе). Используя эти данные, постройте на топографической основе карту гидроизогипс масштаба 1:500, приняв сечение горизонталей и гидроизогипс через 1 м. На карте покажите направление потока и выделите участки с глубиной залегания уровня грунтовых вод менее 2 м.

Указание по построению карты гидроизогипс. В

заданном масштабе наносят на карту план расположения скважин, обозначая их кружками диаметром 2 мм, как указано на рис. 13 для варианта 3.7.1. Слева от каждой скважины записывают ее номер, справа в числителе — абсолютную отметку устья, а в знаменателе — абсолютную отметку уровня грунтовых вод (УГВ). Абсолютную отметку УГВ в каждой скважине вычисляют как разность между отметкой устья и глубиной залегания УГВ. Находят далее путем интерполяции между абсолютными отметками устьев скважин точки с абсолютными отметками, равными целому числу (по заданию сечение горизонталей и гидроизогипс равно 1 м). Соединив точки с одинаковыми отметками плавными линиями, получают горизонтали рельефа (на рисунке обозначены тонкими линиями). Аналогично путем интерполяции находят точки с абсолютными отметками УГВ. Соединив точки с одинаковыми отметками УГВ