Химический состав земной коры

Рис. 2 Поперечный разрез океана. I – зона шельфа, II – материковый склон, III – ложе океана, IV – глубоководные впадины на дне. [5]

На глубине  от 200 до 2000 м располагается материковый  склон , от 2000 до 6000 м - океаническое ложе и более 6000 м – глубоководные впадины. На глубине свыше 200 м волнения, происходящие на поверхности воды, не сказываются на донных отложениях. Дневной свет сюда не проникает. Эта глубина является пределом распространения донных растительных организмов.

В прибрежной зоне ветром, реками добавляется материал для формирования морского осадка), так же сказывается результат разрушения берегов. Органические горные породы формируются благодаря многочисленным организмам, имеющим твердые скелеты (раковины, панцири), состоящие из СаСО3 иSiO2. Большое место среди морских отложений занимают отложения химического происхождения, из-за того, что морская вода богата солями

В результате вертикальных колебаний земной коры происходят процессы трансгрессии (наступление) и регрессии (отступление) моря. В одних местах берег отступает, и населенные пункты заметно удаляются от моря. В другие море наступает. Берег погружается под воду, энергично размывается.

Для освоения морских прибрежных территорий, или для строительства зданий и сооружений на берегах, проводят инженерно-геологические исследования

Абразия - геологическая деятельность моря в виде разрушения горных пород, берегов и дна. Эти процессы зависят от особенностей движения воды, направления и интенсивности дующих ветров и течений. Основную разрушительную работу совершают морской прибой и в меньшей мере различные течения.

Даже при  слабом волнении у берегов плещутся волны, непрерывно подтачивая прибрежные скалы. Во время сильных штормов  на берега обрушиваются колоссальные массы воды, способные причинить серьёзные разрушения. Сила прибоя во время шторма может достигать нескольких тонн на квадратный метр. Разрушение берегов морем производится в результате: 1) гидравлического удара самой воды, 2) ударов обломками горных пород, захватываемых волнами, 3) химического действия воды. [5]

На скорость подмыва существенно влияет характер напластовывания (рис. 3). Берега, сложенные породами с пологим углом падения от моря разрушаются наиболее быстро, и менее быстро – с пологим уклоном падения в сторону моря. В этом случае волны скользят по поверхности слоев, причиняя им незначительные разрушения.

 

Рис. 3 Устойчивость берега моря в зависимости от напластования пород: а) – средняя; б) – минимальная; в) – максимальная; 1 – волны; 2 – положение слоев пород. [5]

Разрушительная работа волн особенно значительна у крутых, обрывистых берегов, где глубина моря сравнительно большая. В результате абразии на берегах образуются волноприбойные террасы (рис. 4).

Рис. 4 Строение морского берега, террасы: 1 и 2 – надводные; 3 и 4 – подводные; 5 – пляжная. [5]

Морские террасы могут располагаться выше пляжа или находиться под водой. Террасы выше пляжа показывают поднятие берега и отступление береговой линии в сторону моря (морские террасы). Подводные террасы свидетельствуют о наступлении моря и опускании берега ниже уровня воды.

Морская вода, помимо механического разрушения оказывает химическое воздействие. Она растворяет породы и строительные материалы. Значительное разрушительное воздействие оказывают так же многие морские организмы и растения.

В морях и океанах осадки распределяются довольно закономерно. 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

По мере отступления от береговой линии разрушительная работа моря уступает место созидательной. Материал, из которого образуются осадки, может иметь различное происхождение. Основная масса его поступает  с суши в виде растворённых или твёрдых частиц различных размеров. Могут они возникать и органогенным путём за счёт отмирания морских организмов. В соответствии с этим выделяются осадки терригенные, органогенные и химические. [6]

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. 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.

 

Вопрос №4.

Приток  воды в безнапорные совершенные  дрены¹

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 к ней происходит по всей поверхности соприкосновения стенок выработки с водоносным горизонтом. Если же выработка не доходит до водоупора, она называется несовершенной по степени вскрытия водоносного 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. 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, 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)      

т. е. единичный  расход равен 

 (13)      

а полный расход составит 

 (14)      

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  

 (15)      

Естественно, что  приток воды в выражениях (11) и (15) одинаков, т. е. 

  (16)      

Решаем (16) относительно h 

 (17)      

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(х,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.

Вопрос  №5.

Схемы и системы осушения при проектировании котлованов и траншей. 

 Для защиты котлованов и траншей от затопления  ливневыми и талыми водами необходим водоотвод. Для водоотвода обычно используют расположенные с нагорной стороны резервы, водоотводящие канавы, лотки и системы дренажей. Канавы или лотки устраивают с продольным уклоном 0,002-0,003, а их размеры и виды креплений принимают в зависимости от расхода ливневых или талых вод и предельных значений неразмывающих скоростей их течения. Воду из всех водоотводящих устройств, а также от резервов и кавальеров отводят в пониженные места, удаленные от возводимых и существующих сооружений

Большинство сооружений и сетей водоснабжения и водоотведения возводят либо в непосредственной близости от водоемов, либо в условиях обводненных и неустойчивых грунтов. Именно поэтому часто осуществляется предварительное осушение при устройстве котлованов и траншей. При небольшом притоке грунтовых вод выемки (котлованы и траншеи) разрабатывают с применением открытого водоотлива, а если приток значителен и толщина водонасыщенного слоя, подлежащего разработке, большая, то до начала производства работ уровень грунтовых вод (УГВ) искусственно понижают с использованием различных способов закрытого, т.е. грунтового, водоотлива, называемого еще строительным водопонижением. Работы по строительному водопонижению во многом зависят от принятого метода механизированной разработки котлованов и траншей. Соответственно устанавливают очередность работ как по монтажу водоотливных и водопонизительных установок, их эксплуатации, так и по разработке котлованов и траншей. Начальное осушение котлованов требуется после ограждения их перемычками. При этом объем воды, подлежащий откачке,

W = V+qt (18)

где V - объем  воды в котловане, м3; q - приток воды в котловане, м3/ч; t - продолжительность  осушения котлована, ч. [2]

Тип и количество насосных агрегатов подбирают по величине объема начального водоотлива. Для откачки воды из неглубоких котлованов, когда глубина воды в них не превышает высоты всасывания, применяют стационарные центробежные насосы, а при больших глубинах используют плавучие или передвижные насосные установки. Очень быстрое осушение котлована может вызывать повреждение перемычек, откосов и дна котлована, поэтому очень важно правильно выбрать скорость откачки воды. Открытый водоотлив предусматривает откачку притекающей воды непосредственно из котлована или траншей. Способ применим в скальных, обломочных, галечниковых и гравийных грунтах, устойчивых против фильтрационных деформаций. При открытом водоотливе грунтовая вода, просачиваясь через откосы и дно котлована, поступает в водосборные канавы и по ним в приямки (зумпфы), откуда ее откачивают насосами. Размеры приямков в плане в целях удобства их очистки принимают 1х1 или 1,5х1,5 м, а глубину от 2 до 5 м, в зависимости от требуемой глубины погружения водоприемного рукава насоса. Минимальные размеры приямка назначают из условия обеспечения непрерывной работы насоса в течение 10 мин. Приямки в устойчивых грунтах крепят деревянным срубом из бревен (без дна), а в оплывающих - шпунтовой стенкой и на дне его устраивают обратный фильтр. Примерно также крепят траншеи в неустойчивых грунтах при использовании открытого водоотлива. Число приямков зависит от расчетного притока воды к котловану и производительности насосного оборудования. Приток воды к котловану (или дебит) рассчитывают по формулам установившегося движения грунтовых вод. [2]