Гидрогеология, инженерная геология и геокриология

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт математики, естественных наук и информационных технологий
КАФЕДРА ФИЗИЧЕСКОЙ ГЕОГРАФИИ И ЭКОЛОГИИ
Л.В. Переладова
ГИДРОГЕОЛОГИЯ, ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ И
ГЕОКРИОЛОГИЯ
Учебно-методический комплекс
для студентов специальности
«Экологическая геология»
Издательство
Тюменского государственного университета
2011
Л.В.ПЕРЕЛАДОВА.
геокриология:
Гидрогеология,
учебно-методический
инженерная
комплекс
геология
для
и
студентов,
обучающихся по специальности «Экологическая геология».
Тюмень:
Издательство Тюменского государственного университета, 2011, с.
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ:
Гидрогеология, инженерная геология и геокриология [электронный
ресурс] / Режим доступа: http://www.umk3.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой физической географии и
экологии.
Утверждено
первым
проректором
по
учебной
работе
Тюменского государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой физической
географии и экологии, к.г.н.
Хорошавин В.Ю.
© ФГБОУ ВПО Тюменский государственный университет, 2011
© Переладова Л.В., 2011
3
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Дисциплина «Гидрогеология, инженерная геология и геокриология» относится к
дисциплинам геологического цикла наук. В ней рассматриваются современное состояние и
динамика земной коры, подземных вод, многолетнемерзлых пород в естественном состоянии
и в связи с инженерной деятельностью человека.
Требования к уровню освоения содержания дисциплины: студенты должны знать
состав, строение и свойства горных пород, подземных вод и многолетнемерзлых пород;
особенности распространения подземных води многолетнемерзлых пород на территории
России; гидрогеологическое, инженерно-геологическое и геокриологическое районирование
территории России. Студенты должны уметь составлять и читать гидрогеологические и
геокриологические разрезы, давать прогноз возможности развития криогенных процессов,
оттаивания и промерзания грунтов и т.п.
Рабочая программа и методические рекомендации включают программу лекционного
курса объемом 40 часов, практические занятия 40 часов, вопросы к экзамену, список
литературы.
2. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
Часть 1. Гидрогеология, инженерная геология
№
Тема
Лекции Практически
п /п
, час.
е занятия,
час.
1
2
1
2
3
1
2
3
Модуль 1
Введение
Состав,
строение,
свойства
грунтов
и
подземной гидросферы
Всего
Модуль 2
Динамика подземных
вод
Основные типы грунтов
и подземных вод
Инженерногеологически
е процессы и явления
Всего
Модуль 3
Использование
подземных вод
Охрана геологической
среды
Методы инженерногеологических и
гидрогеологических
исследований
Всего
Итого
2
4
4
6
Самостоятель
ная работа,
час
Итого
часов
по
теме
Итого
количество
баллов
10
2
18
0-2
0-20
4
10
20
0-22
2
4
4
10
0-18
4
4
4
12
0-8
4
4
4
8
0-15
10
12
12
30
0-41
2
2
4
8
0-13
2
2
5
9
0-14
4
4
4
8
0-10
8
24
8
24
13
35
25
75
0-37
0-100
4
Часть 2. Геокриология
п/
№
1.
2.
3.
4.
1.
2.
3.
4.
5.
1.
2.
3.
4.
Тема
Модуль 1
Предмет, задачи
геокриологии, место среди
других наук. История
исследования мерзлых толщ
Понятие о криосфере Земли
Особенности
распространения
многолетнемерзлых толщ на
территории России.
Закономерности
возникновения и развития
многолетнемерзлых толщ
Всего
Модуль 2
Классификация
многолетнемерзлых толщ
Состав, строение и свойства
многолетнемерзлых толщ
Процессы, протекающие в
замерзающих, мерзлых и
оттаивающих породах
Сезонное промерзание и
оттаивание пород
Криогенные геологические
процессы и явления
Всего
Модуль 3
Районирование области
многолетнемерзлых пород
Подземные воды и талики
области распространения
многолетнемерзлых пород
Экологические проблемы,
охрана природы и
рациональное
природопользование в
криолитозоне.
Мерзлотная съемка,
картирование и мерзлотный
прогноз
Всего
Итого
Лекции Практич
, час.
еские
занятия,
час.
Самостоятел
ьная работа,
час
Итог
о
часов
по
теме
Итого
количеств
о баллов
1
2
4
0-3
0-1
0-13
1
1
2
1
2
2
5
1
2
2
6
4
4
7
17
0-27
1
1
3
0-6
2
2
4
0-7
1
2
3
0-3
0-10
1
4
5
11
0-14
2
4
5
11
0-16
7
8
15
32
0-46
1
1
2
0-3
1
1
2
0-1
10
20
0-18
1
2
0-5
13
35
26
75
2
4
1
5
16
4
16
5
0-27
0-100
№
2.
1.
2.
3.
Планирование самостоятельной работы студентов
Часть 1. Гидрогеология, инженерная геология
Модули и темы
Виды СРС
Неделя
обязательны дополнительн семест
ра
е
ые
Состав, строение,
свойства грунтов и
подземной гидросферы
Всего
Динамика подземных
вод
Основные типы грунтов
и подземных вод
Инженерногеологические процессы
и явления
Всего
1
Использование
подземных вод
2
Охрана геологической
среды
3
Методы инженерногеологических и
гидрогеологических
исследований
Всего
Итого
№
1.
2.
3.
Модули и темы
Предмет, задачи
геокриологии, место
среди других наук.
История исследования
мерзлых толщ
Понятие о криосфере
Земли
Особенности
распространения
Модуль 1
Реферат,кон
трольная
работа
Модуль 2
Контрольная тест
работа
Контрольная
работа
Контрольная тесты
работа
Объе
м
часов
Колво
балло
в
2-5
10
0-6
4
10
0-6
6
4
0-3
7-8
4
0-3
9-10
4
0-3
5
12
0-9
11
4
0-3
12
5
0-4
12
4
0-4
2
12
13
35
0-11
0-26
Неделя
семест
ра
Объе
м
часов
1
2
0-3
тест
2
1
0-1
Контрольная
работа
3
2
0-3
Модуль 3
Контрольная
работа,
тесты
Контрольная
работа,
тесты
Контрольная
работа,
тесты
Часть 2. Геокриология
Виды СРС
обязательны дополнительн
е
ые
Модуль 1
Контрольная
работа
6
Колво
балло
в
4.
многолетнемерзлых
толщ на территории
России.
Закономерности
возникновения и
развития
многолетнемерзлых
толщ
Всего по модулю 1:
Контрольная
работа
4
2
4
7
0-3
0-10
Модуль 2
1.
2.
3.
4.
5.
Классификация
многолетнемерзлых
толщ
Состав, строение и
свойства
многолетнемерзлых
толщ
Процессы, протекающие
в замерзающих, мерзлых
и оттаивающих породах
Сезонное промерзание и
оттаивание пород
Криогенные
геологические процессы
и явления
Всего по модулю 2:
тест
Районирование области
многолетнемерзлых
пород
Подземные воды и
талики области
распространения
многолетнемерзлых
пород
Экологические
проблемы, охрана
природы и рациональное
природопользование в
криолитозоне.
Мерзлотная съемка,
картирование и
мерзлотный прогноз
Всего по модулю 3:
ИТОГО:
тест
9
1
0-1
тест
9
1
0-1
Реферат,
контрольная
работа
10-11
10
0-8
тест
12
1
0-1
4
13
35
0-11
0-36
5
1
0-1
5
2
0-3
6
2
0-3
реферат
7
5
0-4
реферат
8
5
0-4
Контрольная
работа
тест
Контрольная
работа, тест
4
15
0-15
Модуль 3
1.
2.
3.
4.
7
3. ВИДЫ И ФОРМЫ ОЦЕНКИ И КОНТРОЛЯ ТЕКУЩЕЙ
УСПЕВАЕМОСТИ
Часть 1. Гидрогеология, инженерная геология
Модуль 1
1.
Техническ
ие формы
контроля
Инфор
мацион
ные
систем
ыи
техноло
гии
программ
ы
компьюте
комплекс
рногтест
ные
ирования
ситуацио
электрон
нные
ные
задания
С
по
рсаткати
вл
куе
нмиые
И
эл
тоегкотркоонличество баллов
ных карт
эссе
Письменные работы
реферат
Устный
опрос
номенкла
тура
собеседо
вание
коллокви
ум
практиче
ская
ко
рн
атброотл
аь
ная
рате
бсотта
№ те мы
0-2
0-2
Введение
2. Состав,
строение
и
свойства
грунтов и
подземно
й
гидросфе
ры
0-1 0-2 0-2 0-8 0-2 0-2 0-2 0-1
0-20
Всего
Модуль 2
1.
Динамика
подземны
х вод
0-1 0-4 0-2 0-8 0-2 0-2 0-2 0-1
0-22
0-2 0-2 0-4 0-2 0-2 0-2
2.Основн
ые типы
грунтов и
подземны
х вод.
0-2
3.Инженер
ногеологиче
ские
процессы
0-2 0-2 0-2 0-2 0-2 0-2 0-1
0-2 0-2
0-2 0-2
0-2
8
0-18
0-8
0-2
0-15
и явления
Всего
Модуль 3
1.Использ
ование
подземны
х вод
0-6 0-4 0-8 0-6 0-4 0-4 0-1
0-1 0-2
2.Охрана
геологиче
ской
среды
3.Методы
инженерн
огеологиче
ских и
гидрогеол
огических
исследова
ний
Всего
0-1
Итого
0-2
0-2 0-2 0-2
0-2
0-2
0-2 0-2
0-41
0-2
0-13
0-2
0-2
0-2 0-2 0-2 0-2
0-2
0-2 0-2 0-2
0-2
0-6
0-6 0-6 0-6 0-2
0- 0-6 0- 0- 0- 0-8 0-2
16
22 14 12
0-2
0-4
0-2
0-4
0-2
0-14
0-2
0-10
0-4 0-2 0-37
0-6 0-4 0-100
Часть 2. Геокриология
Модуль 1
1.Предмет
, задачи
геокриоло
гии, место
среди
других
наук.
История
0-2 0-1
Техническ
ие формы
контроля
Инфор
мацион
ные
систем
ыи
техноло
гии
программ
ы
компьюте
комплекс
рногтест
ные
ирования
ситуацио
электрон
нные
ные
задания
С
по
рсаткати
вл
куе
нмиые
И
эл
тоегкотркоонличество баллов
ных карт
эссе
Письменные работы
реферат
Устный
опрос
номенкла
тура
собеседо
вание
коллокви
ум
практиче
ская
ко
рн
атброотл
аь
ная
рате
бсотта
№ те мы
0-3
9
исследова
ния
мерзлых
толщ
2.Понятие
о
криосфер
е Земли
3.Особенн 0-1 0-2
ости
распростр
анения
многолетн
емерзлых
толщ на
территори
и России.
4.Законом
0-2
ерности
возникнов
ения и
развития
многолетн
емерзлых
толщ
Всего
0-1 0-4
Модуль 2
1.Классиф 0-1 0-2
икация
многолетн
емерзлых
толщ
2.Состав,
0-2
строение
и
свойства
многолетн
емерзлых
толщ
3.Процесс
ы,
протекаю
щие в
замерзаю
щих,
мерзлых и
оттаиваю
щих
породах
4.Сезонно
0-2
е
0-1
0-1
0-2 0-2 0-2 0-2
0-2 0-2
0-2
0-2
0-4 0-6 0-4 0-4
0-13
0-2
0-10
0-2 0-2
0-27
0-1
0-2
0-6
0-2 0-1
0-2
0-7
0-2 0-1
0-4 0-2
0-3
0-2
10
0-4
0-14
промерза
ние и
оттаивани
е пород
5.Криоген
ные
геологиче
ские
процессы
и явления
Всего
0-1
Модуль 3
1.Районир
ование
области
многолетн
емерзлых
пород
2.Подземн
ые воды и
талики
области
распростр
анения
многолетн
емерзлых
пород
3.Экологи
ческие
проблемы
, охрана
природы и
рационал
ьное
природоп
ользовани
ев
криолитоз
оне
4.Мерзлот
ная
съемка,
картирова
ние и
мерзлотн
ый
прогноз
Всего
Итого
0-2
0-2
0-4 0-2
0-2
0-2
0-4
0-16
0-8
0-8 0-8 0-3 0-4
0-6
0-8
0-46
0-1
0-2
0-1
0-3
0-1
0-2 0-2 0-2 0-2 0-1 0-2 0-1
0-2
0-2
0-1
0-2
0-18
0-4
0-2 0-2 0-2 0-2 0-4 0-2 0-1
0- 0-2 0- 0- 0- 0- 0-1
14
14 16 11 1 0
11
0-2
0-8
0-2
0-2
0-5
0-2 0-6 0-27
0- 0-8 012
100
4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Часть 1. ГИДРОГЕОЛОГИЯ И ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
1. ВВЕДЕНИЕ
Предмет и задачи, основные разделы инженерной геологии и
гидрогеологии. Связь с другими науками. Понятия «инженерногеологические
условия»
и
«инженерно-геологический
Элементы
инженерно-геологических
условий.
деятельность
человека как геологический фактор.
элемент».
Инженерная
Динамичность
геологической среды.
2. СОСТАВ, СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА ГРУНТОВ И ПОДЗЕМНОЙ
ГИДРОСФЕРЫ.
Состав геологической среды: твердая, жидкая, газовая и живая
компоненты. Химический состав подземных вод. Структура и текстура
грунта. Границы подземной гидросферы. Гидрогеологический разрез
земной коры. Гидрофизические зоны и их характеристика. Основные
элементы гидрогеологического разреза. Зональность грунтовых вод.
Гидродинамическая,
гидрогеохимическая,
артезианских бассейнов.
газовая
зональность
Физические, физико-химические, физико-
механические свойства грунтов.
3. ДИНАМИКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД.
Понятие об инфильтрации и фильтрации. Скорость фильтрации.
Ламинарное
и
турбулентное
движение
подземных
вод.
Геофильтрационный поток и его элементы. Гидродинамическая сетка
потока. Основной закон фильтрации (закон Дарси). Верхний и нижний
пределы применимости закона фильтрации.
12
4. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ГРУНТОВ И ПОДЗЕМНЫХ ВОД.
Общая классификация грунтов: скальные грунты (магматические,
метаморфические,
осадочные
сцементированные,
искусственные
скальные грунты), дисперсные грунты (обломочные, глинистые и
лессовые, сапропелево-торфяные, искусственные грунты, почвы). Воды
зоны аэрации, грунтовые, трещинные, трещинно-карстовые подземные
воды, артезианские воды.
5. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ЯВЛЕНИЯ.
Основные инженерно-геологические явления: деформация грунтов в
основании сооружений; деформация откосов карьеров, траншей,
каналов; выпирание дна котлована и прорыв подземных вод в котлован;
явления, связанные с проходкой подземных выработок; подтопление
городских территорий; явления, связанные с понижением уровня
подземных вод, с загрязнением окружающей среды и гидротехническим
строительством. Инженерно-геологическое состояние территории г.
Тюмени. Система защитных мероприятий инженерных сооружений.
6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД.
Подземные воды как полезное «ископаемое». Основные виды
подземных вод по направлению их использования: пресные питьевые
подземные
воды,
минеральные
подземные
лечебные
воды
воды,
промышленного
термальные
назначения,
подземные
воды.
Классификация запасов и ресурсов подземных вод.
7. ОХРАНА ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ.
Методы технической мелиорации грунтов. Возможности применения
этих методов для решения задач рационального использования и
13
охраны геологической среды. Понятие «рекультивация грунтов». Виды
рекультивации грунтов.
Причины истощения ресурсов подземных вод. Основные направления
охраны запасов подземных вод от истощения. Загрязнение подземных
вод.
Классификации
источников
загрязнения
подземных
вод.
Мероприятия по охране подземных вод от загрязнения. Природная
защищенность подземных вод.
МЕТОДЫ
8.
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
И
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.
Задачи инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий.
Виды работ при инженерно-геологических
и гидрогеологических
изысканиях. Отчетные материалы об инженерно-геологических и
гидрогеологических изысканиях.
гидрогеологические
Инженерно-геологические и
стационарные
наблюдения.
Геологический
мониторинг. Лабораторные исследования.
Часть 2. ГЕОКРИОЛОГИЯ
1. ПРЕДМЕТ, ЗАДАЧИ ГЕОКРИОЛОГИИ, МЕСТО СРЕДИ ДРУГИХ НАУК.
ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕРЗЛЫХ ТОЛЩ.
Предмет изучения геокриологии. Определение «многолетне мерзлые
породы». Общее мерзлотоведение, инженерное мерзлотоведение,
агробиологическое мерзлотоведение, региональное мерзлотоведение.
Этапы развития геокриологии. Методы исследования.
2. ПОНЯТИЕ О КРИОСФЕРЕ ЗЕМЛИ.
Определение «криосфера». Виды льдов криосферы Земли. Лед в
мерзлых
породах.
Подразделение
14
мерзлых
пород
по
продолжительности их существования, по глубине промерзания, по
степени разобщенности, по условиям залегания, по составу.
3.
ОСОБЕННОСТИ
РАСПРОСТРАНЕНИЯ
МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ
ТОЛЩ ПО ТЕРРИТОРИИ РОССИИ.
Южная граница распространения сплошной, с островами таликов и
островной
многолетней
мерзлоты.
Высотная
поясность
распространения мерзлых толщ. Мерзлотные зоны Западно-Сибирской
равнины.
4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ МЕРЗЛЫХ
ТОЛЩ.
Гипотезы
развития
многолетнемерзлых
многолетнемерзлых
толщ.
Формирование
толщ в зависимости от радиационно-теплового
баланса поверхности. Развитие мерзлых толщ
в зависимости от
ритмичности колебания теплообмена на поверхности. Влияние нижних
граничных условий на развитие мерзлых толщ.
5. КЛАССИФИКАЦИИ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ТОЛЩ.
Подразделение мерзлых толщ по геолого-структурной обстановке,
рельефу, составу горных пород, широте местности, континентальности
климата,
среднегодовым
температурам
пород,
длине
периода
колебания температур на поверхности, соотношению средних и
экстремальных температур пород, величине теплового потока снизу,
величине льдистости мерзлых толщ, характеру влияния конвективного
теплообмена, характеру распространения по площади, по вертикали, по
криогенному генезису, криогенному строению,
количеству циклов
промерзания, по мощности, по динамике мерзлых толщ.
6. СОСТАВ, СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ТОЛЩ.
15
Состав мерзлых дисперсных пород: скелет минеральный, органноминеральный
и
органический;
твердая
фаза
воды
лед
-
и
кристаллогидраты; жидкая фаза воды – связанная вода и растворы
солей; газообразная составляющая – пар и газы. Строение мерзлых
дисперсных
пород:
многолетнемерзлых
структура
пород.
и
текстура.
Мощности
и
Генетические
вертикальное
типы
строение
многолетнемерзлых пород Западно-Сибирской равнины. Свойства
мерзлых
толщ:
теплопроводность,
теплоемкость,
влажность
температуропроводность,
(льдистость),
водопроницаемость,
фильтрационная способность, объемный вес (плотность), электрические
свойства.
7. ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ В ЗАМЕРЗАЮЩИХ, МЕРЗЛЫХ И
ОТТАИВАЮЩИХ ПОРОДАХ.
Миграция парообразной и жидкой воды в
замерзающих и мерзлых
породах. Физические предпосылки миграции воды
и льдовыделения
в породах. Пучение промерзающих и оттаивающих дисперсных пород.
Физико-химические процессы в промерзающих и мерзлых дисперсных
породах:
окислительно-восстановительные
коагуляция
и
пептизация
коллоидных
и
и
обменные
глинистых
реакции,
частиц,
диспергирование песчаных и более крупных отдельностей породы,
тиксотропия. Морозобойное трещинообразование в горных породах.
8. СЕЗОННОЕ ПРОМЕРЗАНИЕ И ОТТАИВАНИЕ ПОРОД.
Понятия «сезонное промерзание пород», «сезонное оттаивание
пород»,
«потенциальное сезонное
промерзание», «потенциальное
сезонное оттаивание», «перелетки». Географическое, теплофизическое
и техническое направления в изучении сезонного промерзания и
оттаивания горных пород. Классификации типов сезонного промерзания
16
и сезонного оттаивания горных пород по среднегодовой температуре
пород, в зависимости от величины амплитуды колебания температуры
на поверхности почвы, по составу пород, по влажности пород. Влияние
радиационно-теплового
баланса,
снежного
покрова,
рельефа
и
экспозиции склонов, речных потоков, пресных и соленых озер,
заболоченности, состава, влажности и теплофизических характеристик
пород,
растительного
покрова,
надмерзлотных
вод,
формирование
температурного
инфильтрации
хозяйственного
летних
освоения
режима
и
осадков,
территории
глубину
на
сезонного
промерзания и сезонного оттаивания пород. Динамика процесса
сезонного промерзания и сезонного оттаивания горных пород. Широтная
и высотная зональность сезонного
промерзания и сезонного оттаивания горных пород.
9. КРИОГЕННЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ЯВЛЕНИЯ.
Понятие
«криогенные
(мерзлотные)
процессы».
Термокарст:
определение явления, морфология и географическое распространение,
причины
возникновения,
прогноз.
Выпучивание
(вымораживание)
твердых тел. Бугры пучения, их разновидности. Полигонально-жильные
структуры.
Пятна-медальоны
и
мелкополигональные
структурные
формы. Криогенные склоновые процессы: криогенная десерпция,
курумы, солифлюкция (медленная и быстрая). Наледи: понятие, их
геологическая деятельность, противоналедные мероприятия.
10. РАЙОНИРОВАНИЕ ОБЛАСТИ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД.
Понятие
мерзлотного
«геокриологическое
районирование».
районирования.
Задачи,
Характеристика
субгляциальной, шельфовой и океанической криолитозон.
17
факторы
субаэральной,
11.
ПОДЗЕМНЫЕ
ВОДЫ
И
ТАЛИКИ
ОБЛАСТИ
РАСПРОСТРАНЕНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД.
Взаимодействие подземных вод и мерзлых толщ горных пород.
Подразделение и характеристика подземных вод криолитозоны: воды
сезонно талого слоя, подмерзлотные воды, межмерзлотные и внутримерзлотные воды. Гидрохимические процессы при
промерзании
и
охлаждении горных пород. Талики, их классификация и характеристика.
12.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ
ПРОБЛЕМЫ, ОХРАНА
ПРИРОДЫ
И
РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРОРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ В КРИОЛИТОЗОНЕ.
Антропогенное
воздействие
на
многолетнемерзлые
породы
и
ландшафты криолитозоны. Устойчивость мерзлых пород к техногенезу.
Активизация криогенных
процессов при техногенезе. Принципы
разработки природоохранных мероприятий в районах добычи полезных
ископаемых и интенсивного строительства. Принципы строительства на
многолетнемерзлых
природопользования
грунтах.
на
Приемы
стадиях
изыскания,
рационального
строительства
и
эксплуатации инженерных сооружений.
13.
МЕРЗЛОТНАЯ
СЪЕМКА,
КАРТИРОВАНИЕ
МЕРЗЛОТНЫЙ ПРОГНОЗ.
Определение «мерзлотная съемка». Методологические положения
мерзлотной съемки. Схема производства мерзлотной съемки. Методы
исследования, применяемые при мерзлотной
съемке. Масштабы
мерзлотной съемки и мерзлотных карт. Принципы
составления и
содержание мерзлотных карт. Мерзлотный прогноз: естественно исторический, техногенный и инженерно-геокриологический. Методы прогноза.
18
И
5. ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
ЧАСТЬ 1.
Практическая работа № 1.
Построение интегральной кривой зернового состава и
определение степени неоднородности грунта
Задание: по результатам ситового анализа несвязного грунта построить
интегральную
кривую
зернового
состава,
определить
степень неоднородности и дать наименование грунта по этим
показателям.
Варианты заданий:
Результаты ситового анализа.
диаметр,мм Более 200
100 60
40
20
10
5
Менее
вариант
60
20
10
5
2
2
200
100
40
Зерновой состав частиц, в % по массе
1
2
4
2
3
6
14
28
17
24
2
62
17
3
1
3
2
3
3
6
3
4
4
6
5
11
43
19
4
4
4
53
33
4
2
0
0
0
3
5
5
0
2
1
2
8
8
27
41
11
диаметр,
Более 5-2
0,5-
0,25-
0,10- менее
мм
5
0,5
0,25
0,10
0,05
0,05
6
5
3
6
11
23
30
13
9
7
7
19
31
26
8
3
2
4
8
0
2
5
10
17
35
22
9
9
0
4
9
6
41
27
5
8
10
13
5
22
35
12
7
3
3
диаметр,
Более 200- 10- 2-
0,5-
Менее
2-1 1-
19
мм
200
10
2
0,5
0,05
0,05
11
2
24
39
12
14
9
12
17
35
6
38
3
1
13
52
9
13
13
8
5
14
19
37
10
17
14
3
15
9
14
30
42
4
1
диаметр,
Более 10-2 2-
мм
10
16
4
28
57
5
6
17
3
19
44
25
9
18
6
15
20
16
43
19
17
6
44
19
14
20
25
7
22
17
29
0,5- Менее
0,5 0,05 0,05
Теория: для установления наименования грунта по зерновому составу
последовательно определяют суммарное содержание частиц
в
процентах, начиная от наиболее крупных фракций, используя
классификацию крупнообломочных и песчаных грунтов по зерновому
составу (по ГОСТ 25100-95):
Разновидности крупнообломочных Распределение
и песчаных грунтов
частиц
по
крупности в % от массы воздушносухого грунта.
Крупнообломочные
Валунный
грунт
преобладании
(при Масса частиц крупнее 200мм -
неокатанных более 50%
частиц – глыбовый)
Галечниковый
преобладании
грунт
(при Масса частиц крупнее 10мм -
неокатанных более 50%
20
частиц – щебнистый)
Гравийный
грунт
преобладании
(при Масса частиц крупнее
2мм -
неокатанных более 50%
частиц – дресвяный)
Пески
Песок гравелистый
Масса
частиц
крупнее
2мм
-
более 25%
Песок крупный
Масса частиц крупнее 0,5мм более 50%
Песок средней крупности
Масса частиц крупнее 0,25мм более 50%
Песок мелкий
Масса частиц
крупнее
0,1мм -
75% и более
Песок пылеватый
Масса частиц
крупнее 0,1мм -
менее 75%
Наименование грунта принимается по первому удовлетворяющему
показателю. Для построения интегральной кривой зернового состава
вычисляют суммарное содержание частиц (А, в %), начиная от самых
мелких фракций. Результаты сводят в таблицу:
Диаметры частиц,
Суммарное содержание частиц
мм
А, %
По этим данным строят кривую, откладывая по оси абсцисс диаметры
частиц, а по оси ординат суммарное содержание частиц. По графику
находят эффективные диаметры, проводя горизонтальные прямые из
точки на оси ординат, соответствующие
10 и 60%
суммарного
содержания частиц, до пересечения с интегральной кривой, и опуская
21
перпендикуляр из точек пересечения на ось абсцисс. Показатель
степени неоднородности вычисляется по следующей формуле:
Cu = d60 / d10,
где
d60 - эффективный диаметр 60%, мм;
d10 - эффективный диаметр 10%, мм.
Если Сu < 3 – грунт однородный, если Сu > 3 – грунт неоднородный.
Практическая работа №2.
Зональность грунтовых вод
Задание: проанализировать в тетради в виде таблиц схему зональности грунтовых вод территории России Г.Н. Каменского.
Практическая
работа №3.
Определение плотности, влажности, пористости грунтов
Задание: масса образца грунта
V = 50 см³
ненарушенного сложения объемом
при естественной влажности равна g = 87,52г, после
сушки на воздухе стала g1= 81,58г, а после высушивания в термостате g0 = 81,09 г. Объем минеральной части грунта равен VS= 30,48 см³.
Определить плотность грунта, плотность частиц грунта, влажность
грунта,
объемную
влажность
грунта,
плотность
пористость грунта, коэффициент пористости.
Расчетные формулы:
плотность грунта:
þ=g/V
22
(г/см³),
где
скелета
грунта,
g - масса грунта вместе с водой (г),
V - объем грунта (см³);
плотность частиц грунта:
þS = g0 / VS
(г/см³), где
g0 - масса сухого грунта (г),
VS - объем твердой части грунта (см³);
влажность грунта:
W = (g - g0)/g0 ,
где
(g - g0) – масса воды, содержащаяся в грунте (г);
объемная влажность грунта:
WV
плотность скелета грунта:
þd
пористость грунта:
n =1
коэффициент пористости:
= (g
- g0) / V (г/см³);
= þ/(1+W) (г/см³);
– (þd / þS);
е = (þS-þd)/þd
или
е = (þS / þ)(W + 1) – 1.
Практическая
работа №4.
Вычисление показателей пластичности, консистенции и усадки
грунта
23
Задание: по приведенным данным рассчитать число пластичности,
показатель консистенции, линейную и объемную усадку грунта. Сделать
выводы о состоянии грунта.
Варианты заданий:
№
WL
Wp
W0
Н, см
Н1, см
d, с м
d1, см
1
0,12
0,08
0,18
4
3,76
4
3,76
2
0,17
0,11
0,06
4
3,63
4
3,70
3
0,52
0,23
0,12
4
3,95
4
3,77
4
0,26
0,15
0,08
4
3,88
4
3,84
5
0,36
0,20
0,15
4
3,50
4
3,60
6
0,24
0,15
0,03
5
4,76
5
4,80
7
0,40
0,21
0,09
5
4,50
5
4,97
8
0,13
0,08
0,13
5
4,88
5
4,98
9
0,58
0,26
0,17
4
3,55
4
3,65
10 0,37
0,22
0,11
4
3,33
4
3,53
11
0,38
0,23
0,18
5
4,45
5
4,50
12
0,32
0,19
0,22
4
3,01
4
3,35
13
0,44
0,23
0,27
5
4,44
5
4,57
14
0,37
0,19
0,13
5
4,47
5
4,90
15
0,21
0,15
0,18
5
4,97
5
4,99
16
0,41
0,25
0,20
5
4,80
5
4,99
17
0,34
0,19
0,56
3
2,98
3
2,99
18
0,22
0,17
0,37
3
2,70
3
2,80
19
0,53
0,26
0,78
3
2,88
3
2,98
20
0,39
0,18
0,26
3
2,50
3
2,65
21
0,20
0,15
0,21
5
4,36
5
4,96
22
0,48
0,24
0,30
4
3,36
4
3,66
23
0,35
0,20
0,32
4
3,98
4
3,99
24
24
0,24
0,16
0,23
5
4,76
5
4,80
25
0,24
0,24
0,25
5
4,99
5
4,99
Расчетные формулы: число пластичности:
JP = WL - WP, где
WL – влажность грунта на границе текучести;
WP – влажность грунта на границе пластичности.
Согласно
ГОСТу
подразделяются:
25100-95
по
числу
пластичности
грунты
если 0,01 < JP < 0,07 – супесь,
если 0,07 < JP < 0,17 – суглинок,
если 0,17 < JP – глина.
Показатель консистенции:
JL = (W0-WP)/JP, где
W0–
естественная
В соответствие с ГОСТом 25100-95 по показателю
влажность.
консистенции
(текучести) грунты подразделяются:
если
JL < 0 – твердые,
если 0 < JL < 1 – пластичные,
если
Линейная усадка:
JL >1 – текучие.
me = (Н-Н1)/ Н, где
Н – начальная высота образца, см.;
Н1 – высота образца после высушивания, cм.
Объемная усадка:
mV = (V-V1)/V, где
V – первоначальный объем образца, см;
V1 – объем образца после высушивания, см.
25
Для вычисления первоначального объема и объема после усадки
применяют следующую формулу:
V = πd²Н/4,
т.к. образец
цилиндрической формы, где Н – высота, см; d – диаметр, см.
Практическая
работа №5.
Построение карты гидроизогипс и ее анализ
Задание 1: Построить карту гидроизогипс на топографической основе
заданного масштаба.
Задание 2: Определить направление движения грунтовых вод и
показать его стрелкой на карте.
Задание 3: На характерных участках определить гидравлический уклон
грунтового потока.
Задание 4: Охарактеризовать условия питания и разгрузки грунтовых
вод.
Задание 5: Охарактеризовать характер связи между грунтовыми и
поверхностными водами.
Задание 6: Определить на участке проектируемого поселка (в центре
точка Д) глубину залегания
грунтовых вод.
Задание 7: Рекомендовать места расположения скважин или колодцев
для водоснабжения поселка.
Теория: Гидроизогипсы - линии, соединяющие точки с одинаковыми
абсолютными отметками уровня грунтовых вод.
26
Для построения карты гидроизогипс в ряде водопунктов на площади
распространения
водоносного
непосредственного
измерения
горизонта
устанавливают
глубины
залегания
путем
поверхности
грунтовых вод. В качестве водопунктов могут быть использованы
скважины, шурфы, колодцы, источники. Так как уровень грунтовых вод
постоянно изменяется под влиянием различных природных факторов, то
карту
гидроизогипс
можно
составлять
только
по
результатам
одновременных или близких по времени (один-два дня) замеров. Карты
гидроизогипс составляют в масштабах от 1:10 000 до 1:200 000. Сечение
гидроизогипс выбирают в зависимости от принятого масштаба карты,
густоты пунктов наблюдений за уровнем грунтовых вод, уклона их
поверхности. Обычно принимают сечения 0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10 м.
Полученные при замерах глубины залегания уровня грунтовых вод
пересчитывают на абсолютные отметки по формуле:
Нв = Нз – h , где
Нв - абсолютная отметка уровня воды в данном пункте, м;
Нз - абсолютная отметка поверхности земли в том же пункте, м;
h - глубина залегания воды, м.
Вычисленные абсолютные отметки уровня грунтовых вод наносят на
топографическую
основу
и
методом
интерполяции
строят
гидроизогипсы.
Направление движения грунтовых вод берут по перпендикуляру к
двум смежным гидроизогипсам. Движение воды направлено от более
высоких отметок уровня к более низким.
Гидравлический уклон потока подземных вод для любого участка
вычисляют делением сечения
карты гидроизогипс на кратчайшее
расстояние между двумя гидроизогипсами по нормали, переведенное в
27
масштаб карты.
Грунтовые воды имеют область питания по всей площади своего
распространения, а областью разгрузки может быть поверхностный
водоем или водоток, болото, источник и т.п.
Связь грунтовых вод с поверхностными устанавливают по
характеру сопряжения гидроизогипс с рекой. В природе наблюдаются
два основных случая: первый – грунтовые воды питают поверхностные,
когда нормаль к гидроизогипсам направлена в сторону реки; второй –
поверхностные воды питают грунтовые, когда нормаль к гидроизогипсам
направлена от реки. Кроме того, реки могут одновременно с одного
берега питать, а с другого - дренировать грунтовые воды.
Практическая работа №6.
Анализ карты гидроизопьез
Задание 1: По карте гидроизопьез определить в точках А, Б, В
следующие показатели: абсолютные отметки
поверхности земли,
пьезометрического уровня, кровли водоносного горизонта, глубину
залегания водоносного горизонта, глубину установившегося уровня и
высоту напора. Полученные данные свести в таблицу.
Задание
2:
Вычислить
пьезометрический
уклон
и
определить
направление движения напорных вод на участке Г-Д.
Теория: Гидроизопьезы - линии, соединяющие точки с одинаковыми
абсолютными отметками пьезометрического уровня.
Пьезометрический
уровень
–
это
уровень
воды,
который
поднимается выше кровли водоносного пласта при вскрытии напорного
горизонта скважинами.
28
Карта гидроизопьез отражает форму пьезометрической поверхности
артезианских вод. По карте гидроизопьез можно решить следующие
задачи:
- определить направление движения напорных вод на заданном
участке
путем
проведения
перпендикуляра
к
двум
смежным
гидроизопьезам; поток направлен в сторону меньшей из них;
- вычислить уклон пьезометрической поверхности на заданном
участке, разделив разницу напоров смежных гидроизопьез в двух
точках, взятых по направлению движения потока, на расстояние
между
ними в масштабе карты;
- выяснить глубину до воды или отметку уровня воды в любой
заданной точке: глубина
установившегося уровня при вскрытии
артезианского потока скважиной равна разности между отметками
поверхности земли и пьезометрического уровня;
- определить для любой точки высоту напора воды над кровлей
водоносного пласта, равную разности
отметок пьезометрического
уровня и кровли водоносного пласта;
- определить глубину залегания водоносного горизонта путем
вычитания из абсолютной отметки поверхности земли абсолютной
отметки кровли водоносного горизонта.
Практическая работа №7.
Составление и чтение гидрогеологических разрезов
Задание 1: На миллиметровой бумаге построить геологический
данным
разведочного
бурения,
нанести
разрез по
депрессионную
и
пьезометрическую кривые, выделить водоносные горизонты.
Задание 2: По разрезу составить характеристику водоносных горизонтов в
29
соответствии с планом:
1. Характер водоносных горизонтов и условия их залегания.
Подразделяют условия залегания артезианских и грунтовых вод.
Артезианские
воды
характеризуются
наличием
выдержанных
водоупорных толщ в кровле и в подошве водосодержащего пласта и
избыточного напора воды над кровлей пласта. Избыточный напор
проявляется в том, что уровни, встреченные при бурении и вскрытии
водоносного горизонта, поднимаются и устанавливаются выше кровли
пласта (это так называемые установившиеся напорные уровни).
Положение
установившихся
напорных
уровней
по
скважинам
определяют положение пьезометрической кривой. Мощность потока это разность отметок кровли и подошвы водоносного пласта. Глубина
вскрытия напорного водоносного горизонта - это разность отметок
поверхности земли и кровли водосодержащего пласта. Установившийся
уровень напорных вод при бурении скважин - это разность отметок
поверхности земли и пьезометрической кривой. Величина напора над
кривой - разность отметок установившегося уровня и кровли пласта. По
разрезу
можно
установить
участки
возможного
самоизлива,
приуроченные к зонам, где поверхность земли располагается ниже
пьезометрической кривой.
Грунтовые воды — безнапорные, не насыщающие полностью весь
водопроницаемый пласт водой. Их поверхность свободна. Они
залегают на первом от поверхности земли выдержанном водоупоре.
Установившийся уровень грунтовых вод показывает положение кривой
депрессии. Он фиксируется обычно на том же уровне, где был встречен
при бурении скважины. Глубина до грунтовых вод - разность отметок
поверхности земли и кривой депрессии. Мощность потока - разность
отметок кривой депрессии и водоупорной подошвы водоносного пласта.
30
На отдельных участках грунтовые воды могут перекрываться линзами и
прослоями водоупорных пород и тогда здесь поток приобретает
местный напор.
2. Направление движения потока.
Оно
устанавливается
от
участков
с
большими
отметками
пьезометрической или депрессионной кривой к участкам с меньшими
отметками.
Для
грунтовых
вод
важно
установить
положение
водораздела подземных вод - точки, в которой депрессионная
поверхность достигает наиболее высокого положения. Водораздел
грунтовых вод характеризует собой место перемены направления
потока.
3. Уклон потока или его напорный градиент.
Его определяют по разности абсолютных или относительных отметок
уровней в двух сечениях потока, отнесенных к расстоянию между этими
сечениями
J = (H1 - Н2) / L1-2
4. Условия питания и разгрузки подземных вод.
Напорные воды:
-
область
пьезометрической
питания
кривой
имеет
и
максимальные
представлена
участками
отметки
выхода
водосодержащих толщ на поверхность, участками фильтрации вод из
вышележащих горизонтов в местных выклиниваниях последних или при
уменьшении мощности разделяющих водоупоров. Наличие перетекания
из одного водоносного горизонта в другой устанавливается из
сравнения положения пьезометрических уровней этих горизонтов: из
31
горизонта, пьезометрическая поверхность которого выше, возможно
подпитывание другого горизонта с меньшими по отметкам уровням.
-
область
разгрузки
имеет
минимальные
отметки
пьезометрической кривой. Разгрузка может иметь местный (локальный)
характер на участках выхода водоносной толщи на поверхность земли
(эрозионный тип разгрузки) в области минимальных отметок напора
горизонта, в зонах тектонических нарушений. При разгрузке подземных
вод под уровень рек, морей, в толщу отложений, содержащих грунтовые
или напорные воды с меньшими отметками напора, образуются очаги
разгрузки.
Грунтовые воды:
- питание грунтовых вод происходит по всей области развития потока
путем инфильтрации атмосферных осадков через зону аэрации, на
отдельных участках - путем фильтрации из поверхностных водоемов.
Питание может осуществляться за счет подтока из глубокозалегающих
горизонтов через гидрогеологические «окна» в водоупорном ложе
- разгрузка грунтовых вод может осуществляться в поверхностные водоемы
при дренировании ими горизонтов подземных вод в виде нисходящих
родников. Сток может происходить и в другие водоносные горизонты при
наличии гидравлической связи между ними. При неглубоком залегании
грунтовых вод расходование воды может происходить путем испарения с
их поверхности.
Необходимо отмечать искусственно созданные условия питания и
разгрузки:
инфильтрация
вод
из
каналов,
с
полей
орошения,
дренирование подземных вод водозаборными скважинами, горными
выработками, дренажными галереями.
5. Взаимосвязь с другими водоносными горизонтами.
32
Она увеличивается по данным литологии пород и анализа соотношений
отметок кривых депрессии и пьезометрических поверхностей на
различных участках разреза.
Практическая работа № 8.
Инженерно – геологические процессы и явления
Задание: каждому студенту выдается карточка с индивидуальным
заданием, которое выполняется в тетради для практических работ.
Практическая работа №9.
Определение потребности в воде и количества скважин
водозабора для различных объектов
Задание 1: Рассчитать необходимое для потребления количество воды
Qо в м³/сут для поселка при следующих условиях: число жителей Νж к
2010 году предполагается 10 000; поселок будет застроен домами со
всеми
коммунальными
удобствами
–
водопровод,
канализация,
централизованное горячее водоснабжение; в поселке разместятся
гостиница с ваннами в отдельных номерах на 200 человек, поликлиника
с пропускной способностью 200 человек в день на 20 посетителей
33
одновременно, 3 детских сада по 450 человек, столовая с пропускной
способностью за рабочий день в 700 человек, баня на 200 посетителей,
школа на 2000 учащихся, кинотеатр на 700 зрителей по 3 сеанса в день;
площадь, занятая поселком составляет 1,5км² (1 500 000м²); площадь,
занятая зелеными насаждениями, равна 70% от общей площади.
Расчетные формулы: Потребляемое количество воды для жителей
поселка Qж вычисляется по формуле:
Qж = qж Νж Кж
(м³/сут), где
qж – норма на одного человека 0,2м³/сут;
Кж– коэффициент часовой неравномерности, равный 1,25.
Потребляемое количество воды
в гостинице Qг вычисляется по
формуле:
Qг = qг Νг Кг
(м³/сут), где
qг – норма на одного человека 0,2м³/сут;
Кг – коэффициент часовой неравномерности, равный 1,7;
Νг – количество человек, проживающих в гостинице.
Потребляемое количество воды
в поликлинике Qп вычисляется по
формуле:
Qп = qп Ап Νп Кп
qп – норма на одного человека 0,015м³/сут;
Кп – коэффициент часовой неравномерности, равный 1,0;
34
(м³/сут), где
Νп – количество человек, посещающих поликлинику одновременно;
Ап – число приемов в поликлинике по 20 человек за рабочий день.
Потребляемое количество воды в детских садах Qдс вычисляется по
формуле:
Qдс = qдс Νдс Кдс
(м³/сут), где
qдс – норма на одного человека 0,1м³/сут;
Кдс – коэффициент часовой неравномерности, равный 3,0;
Νдс – количество человек, посещающих детские сады.
Потребляемое количество воды
в столовой Qс вычисляется по
формуле:
Qс = qс Νс Кс
(м³/сут), где
qс – норма на одного человека 0,02м³/сут;
Кс– коэффициент часовой неравномерности, равный 1,5;
Νс – пропускная способность столовой за рабочий день.
Потребляемое количество воды в бане Qб вычисляется по формуле:
Qб = qб Νб Кб
qб – норма на одного человека 0,15м³/сут;
Кб – коэффициент часовой неравномерности, равный 1,0;
Νб – количество человек, посещающих баню в сутки.
35
(м³/сут), где
Потребляемое количество воды в школе Qш вычисляется по формуле:
Qш= qш Νш Кш
(м³/сут), где
qш – норма на одного человека 0,02м³/сут;
Кш– коэффициент часовой неравномерности, равный 2,0;
Νш– количество человек, посещающих школу.
Потребляемое количество воды
в кинотеатре Qк вычисляется по
формуле:
Qк = qк Ак Νк Кк
(м³/сут), где
qк – норма на одного человека 0,005м³/сут;
Кк– коэффициент часовой неравномерности, равный 2,0;
Νк– количество человек, посещающих кинотеатр одновременно;
Ак– число сеансов в день.
Потребляемое количество воды на полив зеленых насаждений Qзн
вычисляется по формуле:
Qзн = qзн Fзн Кзн
(м³/сут), где
qзн – норма на 1м² 0,001м³/сут;
Кзн– коэффициент часовой неравномерности, равный 1,0;
Fзн – площадь, занятая зелеными насаждениями.
Общая потребность в воде для населенного пункта Qо вычисляется
по формуле:
36
Qо = Qж+Qг+Qп+Qдс+Qс+Qб+Qш+Qк+Qзн (м³/сут).
Задание 2: Рассчитать количество скважин водозабора при заявленной
потребности в воде, которую намечено удовлетворить за счет
эксплуатации подземных вод. Дебит опробованных скважин в среднем
Q = 8л/с при понижении S = 5м.
Расчетные формулы: Максимально возможное эксплуатационное
понижение при откачках Sэ вычисляется по формуле:
Sэ = 3S (м).
Максимально возможный дебит при откачках Qmах вычисляется по
формуле:
Qmах = 3Q (л/с).
Количество скважин водозабора n определяется по формуле:
n = Qо / 86,4Qmах.
Практическая работа №10.
Определение пригодности подземной воды для целей
питьевого водоснабжения
Задание: По данным результатов химического анализа подземной воды
определить ее пригодность для целей питьевого водоснабжения.
37
Теория:
Химический
состав
воды
необходимо
учитывать
при
использовании ее для различных видов водоснабжения (питьевого,
технического, лечебного, в целях орошения и поисков месторождений
полезных ископаемых и т.д.). В каждом случае к свойствам и составу
воды предъявляются определенные требования. Наиболее строгие
критерии пригодности разработаны для вод, используемых в целях
питьевого водоснабжения.
Питьевая вода должна соответствовать следующим требованиям:
температура воды – до 20°С;
марганец – до 0,5мг/л;
запах – не более 2 баллов;
медь – до 1мг/л;
привкус – не более 2 баллов;
молибден – до 0,25мг/л;
цветность – не более 20°;
мышьяк - до 0,05мг/л;
мутность – до 1,5мг/л;
никель – до 0,1мг/л;
минерализация – до 1г/л;
ПАВ – до 0,5мг/л;
общая жесткость – до 7мг экв/л;
ртуть – до 0,001мг/л;
рН – от 6 до 9;
свинец – до 0,03мг/л;
хлориды – до 350мг/л;
селен – до 0,01мг/л;
сульфаты – до 500мг/л;
серебро – до 0,05мг/л;
натрий – до 200мг/л;
стронций – до 7мг/л;
нитраты – до 45мг/л;
сурьма – до 0,05мг/л;
нитриты – до 3мг/л;
уран – до 1,7мг/л;
аммоний – до 1,5мг/л;
фенолы – до 0,001мг/л;
алюминий – до 0,5мг/л;
фтор – до 1,5мг/л;
барий – до 0,7мг/л;
хром – до 0,05мг/л;
бериллий – до 0,0002мг/л;
цинк – до 5мг/л;
бор – до 0,5мг/л;
железо – до 0,3мг/л;
кадмий – до 0,003мг/л;
38
коли-титр – не более, чем 1 кишечная палочка на 300мл воды;
коли-индекс – не более 3 кишечных палочек в 1л воды;
Практическая работа № 11.
Охрана геологической среды и ее рациональное
использование
Задание: студенты получают индивидуальные задания.
Практическая работа № 12.
Инженерно-геологические изыскания
Задание:
по
приведенным
ниже
данным
построить
совмещенные
графики изменения с глубиной скорости упругих волн при измерениях
в массиве по результатам сейсмического каротажа и на образцах,
отобранных из буровой скважины (по результатам ультразвукового
просвечивания).
Наименование Измерения
Значения скорости,м/с для глубин,м
породы
выполнены
2
6
10
14
18
22
Глина
образец
1110
1280
1390
1450
1520
1690
массив
1100
1350
1350
1700
1800
1850
образец
240
300
290
320
330
280
массив
250
400
500
580
630
670
Песок средней
образец
330
320
300
350
1560
1550
крупности
массив
300
390
480
570
1520
1570
Песок мелкий
3
Песчаник
Известняк
Сланец
образец
1650
1600
1680
1750
1620
1650
массив
2100
2210
2150
2200
2300
2180
образец
3000
3050
2950
2970
3050
3130
массив
3100
3150
3100
3080
3100
3150
образец
2250
2600
2200
2650
2270
2770
массив
2500
2620
2600
2580
2650
2700
Наличием каких факторов следует объяснить возможное различие в
скоростях для одних и тех же пород, измеренных на образцах и в
массиве
(пористость, трещиноватость, влажность, напряженное
состояние, обводненность, засоленность, неоднородность и т.д.)?
Как это можно объяснить для разных пород?
ЧАСТЬ 2
Практическая работа № 1.
Расчет глубины затухания колебаний температур в горных
породах
Задание: Рассчитать глубину затухания колебаний температуры за
сутки, за месяц, за год и за 25 лет на дренируемых песчаных грунтах (а=0,003) и на заболоченном глинистом участке (а=0,001). Сделать письменно выводы.
Расчетная формула:
h  2 ap ;
где h-глубина затухания температурных колебаний (м);
а-коэффициент теплопроводности (изменяется от 0,001 до 0,003)
– количество тепла, проходящее за 1 с через 1 кв. см на глубину
1см при градиенте температур 1°/1 см;
р-период колебания температуры (в часах).
4
Практическая работа № 2.
Особенности распространения многолетнемерзлых толщ на
территории Западно-Сибирской равнины
Задание 1: Проанализировать карту мощности
многолетнемерзлых
пород Западно-Сибирской равнины. Результаты анализа
представить в виде таблицы:
Мощность ММТ, м
Районы распространения
Задание 2: Изучить схему распределения среднегодовых температур
многолетнемерзлых пород Западно–Сибирской равнины
Результаты представить в табличной форме:
Преобладающие температуры
Районы распространения
ММП, C
Задание 3: По карте выявить генетические типыльда и степень льдистости верхней 10-метровой части разреза многолетне мерзлых толщ Западно-Сибирской равнины. Результаты
оформить в виде следующей таблицы:
Типы льда
Степень льдистости
Районы распространения
Эпикриогенные Слабая
Средняя
Сильная
Синкриогенные Слабая
Средняя
Сильная
Задание 4: В тетради сделать вывод о том, как изменяются мощность,
5
среднегодовые
температуры
и
степень
льдисости
многолетнемерзлых пород на территории Западно-Сибирской равнины с севера на юг и с запада на восток.
Практическая работа № 3.
Расчет глубины летнего оттаивания мерзлых горных пород по
формулам Стефана и Джуликиса (мощность сезонно талого
слоя)
Задание: Рассчитать глубины оттаивания многолетнемерзлых пород
по формулам Стефана и Джуликиса применительно к пунктам Уренгой, Тамбей и Салехард при условии оттаивания
торфа с влагонасыщенностью 0,8. Сделать выводы.
Средние месячные температуры воздуха за июнь-сентябрь.
Пункт
Месяц
Ию н ь
Июль
Август
Сентябрь
Тамбей
0,7
5,2
6,2
2,5
Уренгой
8,4
15,4
11,3
5,2
Салехард
7,3
13,3
10,9
4,9
Расчетные формулы: формула Стефана Yc  48  K f  F f  L
где Yс – глубина протаивания многолетнемерзлых пород по
Стефану (см);
Кf - теплопроводность талой породы (ккал/м час 0С),
Кf = 0,52 ккал/м час 0С;
Ff - индекс протаивания (число градусо-дней с положительными
температурами в течение года);
L - скрытая теплота парообразования (кал/г),
формула Джуликиса: Yd  48K f  Ff  Q1
6
L =54,4 кал/г
где Yd - глубина протаивания мерзлой толщи по Джуликису (см);
Кf - теплопроводность талой породы (кал/см час 0С),
Кf =5,2 кал/см час 0С;
Ff - индекс протаивания (число градусо-часов с положительными
температурами в течение года);
Ql – скрытая объемная теплота парообразования (кал/см),
Ql=70 кал/см.
Практическая
работа №4.
Расчет глубины зимнего промерзания грунтов по уравнению
Стефана и по уравнению Джуликиса
Уравнение Стефана дает среднее значение максимальных глубин
промерзания грунтов на открытой площадке без растительности и
снега в течение 10 лет.
Задание: Рассчитать глубины
Формулам
зимнего
промерзания грунтов по
Стефана и Джуликиса применительно к пунктам
Тамбей, Уренгой и Салехард. В тетради сделать вывод.
Средние месячные температуры воздуха за холодный период.
Пункт
Месяц
янв.
февр. март
апр.
май
окт.
нояб.
декаб.
Тамбей
- 24,6
- 26,2
- 24,0
- 16
- 7,3
- 6,1
- 15,5
- 20,7
Уренгой
- 26,4
- 26,4
- 19,2
- 10
- 2,6
- 6,3
- 18,2
- 24
Салехард - 24,5
- 23,4
- 18,6
- 10
- 1,9
- 4,6
- 15,6
- 21,5
7
Расчетные формулы: формула Стефана: X с  48  K t  Ft  L
где Хс-глубина промерзания грунта по Стефану (см);
Кt –теплопроводность мерзлой почвы (ккал/час м 0С),
Кt =1,47 ккал/час м 0С;
Ft - индекс промерзания (число градусо-часов ниже 0 0С в течение
года);
L -скрытая энергия замерзания воды в почве (кал/г), L =54,4 кал/г.
формула Джуликиса: X D 
48  Ft  K t
QL
где ХD - глубина промерзания грунта по Джуликису (см);
Кt - теплопроводность мерзлой почвы (кал/см час 0С),
Кt = 14,7 кал/см час 0С;
Ft - индекс промерзания (число градусо-часов ниже 0 oС в течение
года);
QL – скрытая объемная теплота замерзания воды (кал/см ),
QL = 70 кал/см.
Практическая
работа №5.
Расчет возраста и скорости разрушения берегов
термокарстового озера
Задание 1: Рассчитать
возраст термокарстового озера по формуле
Стефана при различных сочетаниях глубины и среднегодовой температуры талика.
Сделать вывод о том, как в
зависимости от возраста термокарстового озера изменяются глубина и среднегодовая температура талика.
h2 L
Расчетная формула:  
,
2t
где
τ - возраст озера (по формуле получаем в часах,
после чего переводим в годы);
8
h - глубина талика (м), Н=5 м.,15 м.,20 м.;
L - скрытая теплота таяния-замерзания воды в грунте
(ккал/м), L = 41000 ккал/ м.;
λ - теплопроводность талого грунта (ккал/м час 0С),
λ =1,5 ккал/м час 0С);
t – средне-годовая температура в талике (0С),
t = +1oС,+3oС, +5oС.
Задание 2: Рассчитать скорость разрушения берегов термокарстового
озера различного возраста и ширины. Как зависит скорость
разрушения берегов термокарстового озера от возраста.
Расчетная формула:
V 
B

где
,
V – скорость разрушения берегов (м/ год);
В – ширина озера (м, км), В = 500 м., 1км., 3 км);
τ – возраст озера (данные из задачи 1).
Практическая
работа № 6.
Прогноз образования криогенных трещин
Задание: Выявить возможность образования криогенных трещин
при различных
условиях.



Расчетная формула: E  Eo  1 



Е – напряжение,
E
t 2   0
 E1
1  
давление,
2
2

   2   12


 
  02  1   2   12
усилие,




 , где



необходимое
образования трещин (МПа);
Ео – начальное напряжение в грунтах (МПа),
9

для
Е0= 220МПа ,360 МПа;
t2 – величина
вторичных
(шестисуточных)
амплитуд
температуры поверхности грунта (0С); t2 = 1,50С, 2,20С,
t1 – средняя многолетняя температура поверхности грунта за
самый холодный месяц (0С);
t1 = -110С, -17,50С (в формуле берется по модулю);
Е1 – максимально возможное напряжение (МПа) в песках
Е1 = 700 МПа,1120 МПа.
ω – частота колебаний на некоторой глубине, принимаемая в
зависимости от расчетного периода (1/с),
ω = 6∙10-6 1/с;
τ1 – расчетный период (с), τ1 = 10 ч = 0,036∙106с;
τ0 = 0
Образование трещин возможно,если выполняется следующее
условие :
1     
E    t1
≤1
ν – коэффициент
твердости
грунта,
ν = 0,35
для песков
при влажности 11% и температуре -11 0С;
σ – коэффициент давления (МПа), σ = 0,3 МПа для песков при
влажности 11% и температуре -110С;
α - частота
колебаний
температур
на
некоторой глубине
(1/град), α = 30∙10-61/град для песков при влажности 11% и
температуре -110С.
Практическая работа № 7.
Оценка грузоподъемности льда
Расчеты необходимы для гидротехнического строительства,
строительства дорог, зимников, для расчетов нагрузок на снежный
покров.
10
Задание 1: Рассчитать толщину льда на водном объекте, необходимую для перемещения транспортного средства заданной
массы.
Расчетные формулы: H k  11 Q - колесные машины;
H г  9 Q - гусеничные машины, где
Н - толщина льда на водном объекте (см);
Q - полный вес машины (т),
Qколесные = 2т, 6т, 10т, 15т, 112т.
Qгусеничные= 4т, 10т, 20т, 40т, 112т.
Задание 2: Рассчитать допустимую нагрузку от колесного и гусеничного транспорта на пресноводный и морской лед при различной его толщине.
Расчетная формула: P 
B
 h2  K  S ,
N
где
Р – допустимая нагрузка на лед (т);
В – коэффициент распределения нагрузки на льду,
В = 100 для колесного транспорта,
В = 120 для гусеничного транспорта;
N – коэффициент запаса прочности , N=1,6;
h – наименьшая толщина льда без снежного покрова на
линии трассы (м) , h = 0,3м; 0,6м; 1,5м;
К – температурный коэффициент, К = 0,8;
S – коэффициент, учитывающий соленость
водном объекте, для
пресноводного
воды
льда
в
S =1,
для морского льда S = 0,7.
6. ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ:
1. Особенности охраны подземных вод от истощения и загрязнения в
криолитозоне.
2. Подземная утилизация сточных вод и отходов.
11
3. Управление режимом подземной гидросферы.
4. Природная защищенность подземных вод.
5. Проблема истощения подземных вод отдельных регионов России.
6.Истощение
ресурсов
подземных
вод
-
мировая
проблема
современности.
7.Новейшие способы защиты подземных вод от загрязнения.
8.Гидрогеологическое моделирование.
9.Проблемы истощения, загрязнения и охраны подземных вод в
горнодобывающих районах.
10.Проблемы
истощения
и
загрязнения
подземных
вод
в
урбанизированных районах.
11.Истощение ресурсов минеральных лечебных вод.
12.Изменение теплового режима подземных вод при захоронении
радиоактивных отходов.
13. Моделирование гидрогеологических процессов.
14.Гидрогеологические этажи и водоносные комплексы ЗападноСибирского артезианского бассейна.
15. Подземный сток рек территории России.
16. Новейшие методы исследований в гидрогеологии.
17. Аналитические и синтетические инженерно-геоэкологические
карты.
18.Карты развития просадочных грунтов.
19.Методические основы создания карт развития оползней.
20.Специфика карт инженерно- геологических условий.
21.Методика составления карт районирования городских территорий
по степени геоэкологических изменений геологической среды при
строительстве.
22.Эндогенные
геологические
процессы
Западно-Сибирской равнины.
12
и
явления
территории
23.Экзогенные процессы и явления в пределах Западно-Сибирской
равнины.
24. Прогноз природных геологических процессов и явлений.
25. Коренные и профилактические мероприятия по борьбе
с
природно- геологическими процессами и явлениями.
26. Виды антропогенного воздействия на геологическую среду на
территории Западно-Сибирской равнины.
27. Масштабы техногенных изменений геологической среды
в
условиях Западно-Сибирской равнины.
28.Антропогенное воздействие на многолетнемерзлые породы и
ландшафты криолитозоны.
29.Устойчивость мерзлых пород к техногенезу.
30. Активизация криогенных процессов при техногенезе.
31.Принципы разработки природоохранных мероприятий в районах
добычи полезных ископаемых и интенсивного строительства.
32.Принципы строительства на многолетнемерзлых грунтах.
33.Приемы
рационального
природопользования
на
стадиях
изыскания, строительства и эксплуатации инженерных сооружений.
34.Методологические положения мерзлотной съемки.
35. Схема производства мерзлотной съемки.
36.Методы исследования, применяемые при мерзлотной съемке.
37.Масштабы мерзлотной съемки и мерзлотных карт.
38.Принципы составления и содержание мерзлотных карт.
39.Мерзлотный прогноз.
7. ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ
ЧАСТЬ 1
1.Предмет, цель, задачи инженерной геологии и гидрогеологии как
науки, история развития
и практическое значение.
13
2. Гидрогеологический разрез земной коры, геофизические зоны.
3.Состав и строение грунтов.
4.Свойства грунтов.
5. Виды воды в горных породах.
6.Химический состав подземных вод.
7.Зональность грунтовых вод и зональное строение артезианских
бассейнов.
8.Инфильтрация, фильтрация, скорость фильтрации.
9.Гидродинамические элементы фильтрационного потока. Типы потоков
по структуре.
10.Основной закон фильтрации, верхний и нижний пределы его
применимости.
11.Общая классификация грунтов.
12.Основные типы подземных вод.
13.Инженерно-геологические процессы и явления.
14.Мероприятия, направленные на предотвращение возникновения
негативных инженерно-геологических явлений.
15.Основные направления использования подземных вод.
16.Причины истощения ресурсов подземных вод и их охрана.
17.Классификации источников загрязнения подземных вод.
18.Охрана подземных вод от загрязнения.
19.Методы гидрогеологических и инженерно-геологических исследований
ЧАСТЬ 2
1. Предмет и задачи геокриологии, ее место среди других наук.
История исследования мерзлых толщ.
2.
Понятие
о
криосфере
Земли.
Гипотезы
развития
многолетнемерзлых толщ.
3.
Особенности
распространения
многолетнемерзлых
толщ
территории России и Западно-Сибирской равнины, в частности.
14
по
4. Закономерности формирования многолетнемерзлых толщ.
5. Классификации многолетнемерзлых толщ.
6. Состав мерзлых дисперсных пород.
7. Строение многолетнемерзлых пород.
8. Свойства мерзлых толщ.
9. Процессы, протекающие в замерзающих, мерзлых и оттаивающих
породах.
10. Понятия «сезонное промерзание» и «сезонное оттаивание» горных
пород, их классификация.
11. Влияние природных и антропогенных факторов на глубину сезонно
го промерзания и оттаивания пород.
12. Термокарст, вымораживание твердых тел, бугры пучения.
13. Полигонально-жильные структуры, пятна-медальоны, криогенные
склоновые процессы.
14. Наледи и способы борьбы с ними.
15. Геокриологическое районирование. Типы криолитозоны.
16. Подземные воды области распространения многолетнемерзлых
пород. Талики.
17. Роль многолетнемерзлых пород при освоении территории, в
формировании природных ландшафтов.
18.
Принципы
рационального
природопользования
в
условиях
криолитозоны.
19. Мерзлотная съемка и картирование, мерзлотный прогноз.
20. Расчет глубины затухания колебаний температур в горных
породах.
21. Расчет глубины летнего оттаивания мерзлых пород.
22. Расчет глубины зимнего промерзания грунтов.
23. Расчет скорости разрушения берегов термокарстового озера.
24. Расчет возраста термокарстового озера.
25. Прогноз образования криогенных трещин.
15
26. Расчет допустимой нагрузки на лед.
27. Расчет толщины льда на водном объекте, необходимой для перемещения транспортного средства заданной массы.
8. ЛИТЕРАТУРА
ЧАСТЬ 1
Основная литература:
Ананьев В.П., Потапов А.Д. Инженерная геология. М.: Высшая
школа, 2005.
Белоусова А.П., Гавич И.К., Лисенков А.Б., Попов Е.В. Экологическая
гидрогеология. М.: Академкнига, 2006.
Гальперин А. М., Зайцев В. С., Харитоненко Г. Н., Норватов Ю. А.
Геология. Часть III. Гидрогеология. Учебник для вузов [Электронный
ресурс] / А. М. Гальперин, В. С. Зайцев,
16
Г. Н. Харитоненко, Ю. А. Норватов. - М.: Горная книга, 2009. - 397 с. - Режим
доступа: http://www.biblioclub.ru/index.php?page=book&id=79052
4. Гальперин А. М.,
Зайцев В. С. Геология: Часть IV. Инженерная геология: Учебник для вузов [Электронный
ресурс] / А. М. Гальперин, В. С. Зайцев. - М.: Горная книга, 2010. - 568 с. - Режим
доступа: http://www.biblioclub.ru/index.php?page=book&id=69816
5. Грунтоведение. М.: МГУ, 2005.
6. Зверев В.П. Подземные воды земной коры и геологические процессы. М.: Научный мир,
2006.
7. Инженерно-геологические карты. М.: МГУ, 2009.
8. Переладова Л.В. Гидрогеология. Тюмень: ТюмГУ, 2008.
9. Переладова Л.В. Инженерная геология. Тюмень: ТюмГУ, 2006.
10.Платов Н.А. Основы инженерной геологии. М.: ИНФРА-М, 2009.
Дополнительная литература:
Гидрогеология. / В.М. Шестаков, М.С. Орлов. М.: МГУ, 1984.
Грунтоведение/ Сергеев Е.М., Голодковская Г.А. и др. М.: Изд-во МГУ, 1983.
Инженерная геология СССР/ Комаров И.С. Т.1, т.2. М.: Изд-во МГУ, 1978.
Климентов П.П., Богданов Г.Я. Общая гидрогеология. М.: Недра, 1977.
Курило К.А. Оценка естественных ресурсов подземных вод и последствий
водоотбора на окружающую среду Беларуси/ Геоэкология. Инженерная геология.
Гидрогеология. Геокриология, 2005, №5, с.406-410.
Курочкин В.М., Культин и др. О возможности эффективной защиты подземных вод от
поверхностных источников загрязнений посредством сооружения в зоне аэрации
восстановительных геохимических барьеров/Геоэкология. Инженерная геология.
Гидрогеология. Геокриология, 2003, №1, с.55-60.
Лисенков А.Б., Лиманцева О.А. Многомерные функциональные модели при анализе
изменения химического состава подземных вод/ Геоэкология. Инженерная геология.
Гидрогеология. Геокриология, 2004, №6, с.546-551
Мальковский В.И., Пэк А.А. Влияние ограничивающих водоупорных пластов с
высокими сорбционными свойствами на миграцию загрязнителя в водоносном горизонте/
Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология, 2005, №3, с.227-233.
Михайлов Л.Е. Гидрогеология. Л.: Гидрометеоиздат, 1985.
Окуньков Г.А., Рыбальченко А.И., Куваев А.А. Тепловой режим геологической среды
при захоронении жидких радиоактивных отходов/ Геоэкология. Инженерная геология.
Гидрогеология. Геокриология, 2003, №3, с.237-244.
Путилина В.С. Миграция загрязняющих органических соединений в подземные воды/
Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология, 2003, №4, с.309-317.
Трофимов В.Т. Инженерная геология массивов лессовых пород. М., 2008.
Фрид Ж. Загрязнение подземных вод: теория, методика, моделирование и практические
приемы. М.: Недра, 1981.
Интернет - ресурсы:
http://geo.com.ru/
http://www.geobus.ru/
http://www.finanalis.ru/
http:// hydra.flexum.ru/
ЧАСТЬ 2
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА:
Вакулин А.А. Основы геокриологии. Тюмень: ТюмГУ, 2008.
Переладова Л.В. Геокриология. Тюмень: ТюмГУ, 2005.
17
Переладова Л.В. Рациональное природопользование в условиях
Тюмень: изд-во ТюмГУ, 2008.
криолитозоны.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА:
Ефремов В.Н., Дедюкина Н.Д. Поиск и оконтуривание зон углеводородного загрязнения
мерзлых грунтов.// Криосфера Земли, 2005, т.9, №4, с.42-48.
Журавлев И.И., Мотенко Р.Г., Ершов Э.Д. Формирование теплофизических свойств
мерзлых дисперсных пород при их загрязнении нефтью и нефтепродуктами.//Геоэкология.
Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2005, №1, с.50-60.
Каменский Р.М. Мониторинг природно-технических систем в криолитозоне.//Криосфера
Земли, 1999, т.3, №4, с.3-8.
Климовский И.В., Готовцев С.П., Шепелев В.В. Гидрогеокриологические условия
полигона подземного захоронения дренажных вод трубки «Удачная».//Криосфера Земли.
2002, т.4, №3, с.45-50.
Кондратьев В.Г. Деформация дорог на сильнольдистых вечномерзлых грунтах и методы
их предотвращения.// Криосфера Земли, 2002, т.4, №3, с.69-81.
Кривощеков В.С. Естественная устойчивость пологих тундровых склонов при
нарушении покрова под действием тепловой мелиорации.//Криосфера Земли. 1998, т.2,
№2, с.18-25.
Общее мерзлотоведение.\ Под ред. В.А. Кудрявцева. М.: Изд-во МГУ,1978.
Павлов А.В., Хрусталев Л.Н., Микушина О.В. Прогноз температуры воздуха и грунтов
в связи с оценкой надежности вечномерзлых оснований сооружений.//Геоэкология.
Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2005, №3, с.219-226.
Хренов Н.Н. Проблемы обеспечения надежности газопроводов в криолитозоне
Западной Сибири.//Криосфера Земли, 2005, т.9, №1, с.81-88.
Хрусталев Л.Н. Приложение теории надежности к задачам инженерной
геокриологии.//Криосфера Земли, 1997, т.1, №2, с.12-17.
Хрусталев Л.Н. Проблемы инженерной геокриологии на рубеже 21 века.//Криосфера
Земли. 2000, т.4, №1, с.3-10.
Чувилин Е.М., Микляева Е.С. Полевой эксперимент по оценке нефтяного загрязнения
верхних горизонтов многолетнемерзлых пород.//Криосфера Земли. 2005, т.9, №2, с.60-66.
ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ
http:// www.vseslova.ru/
http://geoman.ru/
http://geological.narod.ru/
18