И ГИДРОГЕОЛОГИЯ

Кубанский государственный аграрный университет

Кафедра оснований и фундаментов

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ

И ГИДРОГЕОЛОГИЯ

Задания к контрольной работе для специальностей

270102 – Промышленное и гражданское строительство

280301 – Инженерные системы сельскохозяйственного

водоснабжения, обводнения и водоотведения

280401 – Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Краснодар 2013

Задача 1.Определить плотность скелета грунта ρ_d , пористость n, коэффициент пористости e, число пластичности I_p, показатель текучести I_L, полную влагоемкость грунта W_n, используя данные Таблицы 1. Определить вид грунта и его состояние [2].

Таблица 1 – Физические характеристики грунтов

Номер варианта	Плотность, г/см³	Влажность, %
минеральных частиц ρ_s	влажного грунта ρ	природная W	на границе
раскаты- вания W_P	текуче- сти W_L
	2.70	1.92	25.8
	2.72	1.96	24.6
	2.68	1.78	40.2
	2.73	1.75	15.5
	2.66	2.06	11.6
	2.75	2.02	18.4
	2.67	1.88	18.2
	2.71	1.93	24.5
	2.68	1.82	40.2
	2.69	2.03	25.4

Задача 2. По данным Таблицы 2 построить в полулогарифмическом масштабе суммарную кривую гранулометрического состава грунта (Рисунок 1). Вычислить степень неоднородности песчаного грунта. Определить вид песка

Таблица 2 – Гранулометрический состав грунта

Номер варианта	Содержание частиц (в %) при их размере, мм
>10	10-5	5-2	2-1	1-0,5	0,5-0,25	0,25-0,1	<0.1
	-	-	-	1.0	96.8	0.83	0.3	0,87
	-	45.8	38.0	5.8	4.0	4.2	0.2	0,2
		17.1	46.0	21.0	3.8	2.04	1.2	1,2
		14.3	23.0	40.6	5.0	10.9	0.2	0,2
		27.5	16.6	18.8	11.3	1.3	1.15	3,2
	-	0.9	5.6	17.0	66.4	7.2	-	-
	-	0.3	11.5	1.2	26.2	41.2	7.6	8,0
	-	-	-	2.7	87.6	7.0	0.9	1,7
	-	-	5.35	16.8	68.0	7.42	0.5	1,62
	-	1.7	13.1	22.0	60.9	1.6	-	-

Рисунок 1 – Суммарная кривая гранулометрического состава

сыпучего грунта

Задача 3.Определить коэффициент фильтрации массива грунтов и водоприток в котлован.

3.1 Рассчитать коэффициент фильтрации пород массива по результатам опытных откачек из совершенной скважины (Рисунок 2), именуемой далее "центральной”, если заданы (Таблица 3):

x₁ - расстояние 1-й наблюдательной скважины от центральной, м;

x₂ - расстояние 2-й наблюдательной скважины от центральной, м;

S₁ - понижение УГВ в 1-й скважине при откачке, м;

S₂ - понижение УГВ во 2-й скважине при откачке, м;

Q - установившийся расход воды при откачке из центральной скважины, м³/сут.

Расчет произвести по формуле Дюпюи (1):

, (1)

где k_f - коэффициент фильтрации, м/сут;

y₁- высота УГВ над водоупором в 1-й скважине, м;

y₂ - высота УГВ над водоупором во 2-й скважине, м,

, (2)

, (3)

где H - высота природного УГВ над водоупором в центральной скважине, м. Принять Н = 6 м.

3.2 Рассчитать водоприток в котлован с размерами в плане 30 х 30 м², используя данные п. 3.1, по формуле (4):

, (4)

где R - радиус влияния котлована на УГВ при откачке воды из котлована, м:

, (5)

r_k – приведенный радиус котлована, м, вычисляемый по формуле (6):

, (6)

F – площадь котлована, м².

Рисунок 2 – Схема к расчету коэффициента фильтрации

Таблица 3 - Исходные данные к расчету коэффициента фильтрации

Номер варианта	Q м³/сут	Х₁ м	Х₂ м	S₁ м	S₂ м
				2,7	0,2
				3,1	0,1
				4,0	0,5
				4,7	0,7
				3,6	1,1
				4,8	0,3
				3,0	1,0
				5,0	1,5
				5,1	1,0
				3,0	0,5

Задача 4.Рассчитать бытовое давление в массиве грунтов

Бытовое (природное) давление создается в массиве весом грунтов и рассчитывается по формуле

, кПа, (7)

где r - плотность грунта, т/м³; g - ускорение свободного падения, м/с²; z - глубина рассматриваемой точки от поверхности массива грунта, м.

Из формулы (7) видно, что бытовое давление увеличивается с глубиной по линейному закону, и его эпюра имеет вид прямой линии. В слоистом массиве грунтов этот закон применяется к каждому слою, и эпюра бытового давления имеет вид ломаной линии (Рисунок 3).

Построить эпюру бытовых давлений до глубины 15 м, приняв значения плотности грунтов: ρ₁, ρ₂, ρ₃ и значения мощности слоев грунта h₁, h₂, h₃ по Таблице 4. ρ₄ = 1,89 кН/м³.

Рисунок 3 – Вид эпюры бытового давления

Таблица 4 - Исходные данные к расчету бытового давления

Номер варианта	ρ₁ т/м³	h₁ м	ρ₂ т/м³	h₂ м	ρ₃ т/м³	h₃ м
	1,82	3,3	1,52	2,7	1,63	2,2
	1,85	4,0	1,75	3,1	1,77	2,1
	1,94	2,5	1,64	4,0	1,57	4,0
	1,58	1,6	1,78	2,7	1,48	5,7
	1,65	3,1	1,55	3,6	1,57	6,6
	1,73	1,8	1,83	4,8	1,88	4,4
	1,90	2,9	1,80	3,0	1,92	3,8
	1,43	1,0	1,73	2,0	1,78	4,6
	1,67	2,4	1,66	1,1	1,45	5,1
	1,58	1,5	1,54	3,0	1,63	8,0

Задача 5. Рассчитать капиллярное поднятие и капиллярное давление на грунт

Капиллярные свойства грунтов выражаются в способности поднимать воду вверх по порам на высоту H_с. Капиллярная кайма высотой H_с, удерживаемая силами поверхностного натяжения, создает капиллярное давление на грунт (Рисунок 4).

Силы поверхностного натяжения зависят от радиуса кривизны мениска воды. Высота капиллярной каймы H_с, - капиллярное поднятие - определяется по формуле Жюрена (8):

, (8)

где s_s - поверхностное натяжение воды на границе с минеральными частицами и воздухом (Таблица 5); r - радиус капилляра (пор грунта) – по Таблице 6; g - ускорение свободного падения; r_w - плотность воды.

Реакция минеральных частиц создает, в сумме, давление, которое называется капиллярным давлением и рассчитывается по формуле

, (9)

где 0,85 - коэффициент, учитывающий неполное насыщение грунта капиллярной водой.

Рисунок 4 – Схема образования капиллярной каймы

Таблица 5 - Исходные данные к расчету капиллярного давления

Номер варианта	r мм	σ_s мН/м
	0,010	73,3
	0,020	54,0
	0,030	62,5
	0.025	71,6
	0,035	43,1
	0.045	51,8
	0.053	72,9
	0,067	81,0
	0,084	62,4
	0.048	51,5

Литература:

1. Ананьев В.П., Передельский Л.В. Инженерная геология и гидрогеология. – М.: Высшая школа, 1980.

2. Ананьев В. П., Потапов А. Д. Инженерная геология. – М.: ВШ, 2002.

3. Пешковский Л.М., Перескокова Т.М. Инженерная геология: Учебное пособие для студентов вузов. - М.: Высш. школа, 1982.- 341 с.

4. Швецов Г.И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты. - М.: Высш. школа, 1988. - 240 с.