гидроизогипс
Направление движения грунтовых вод легко устанавливается при наличии карт гидроизогипс (либо гидроизопьез) по изучаемым водоносным горизонтам.
При отсутствии карт, отражающих положение свободной или пьезометрической поверхности грунтовых вод, для определения направления их движения необходимо иметь не менее трех выработок, чтобы установить отметки уровня вод.
Для получения надежных данных о направлениях движения потоков грунтовых вод следует использовать материалы режимных наблюдений (карты изолиний на различные периоды времени).
Определение направления движения по картам гидроизогипс считается основным методом при отсутствии карт достоверных данных об отметках уровней в отдельных точках.
Направление движения грунтовых вод можно устанавливать с помощью геофизических (фотографирование в скважинах конусов распространения красителя от точечного источника, метод заряженного тела, замеры интенсивности конвективного переноса тепла в разных направления от датчика, круговые измерения естественного потенциала и др.), радиоиндикаторных и других методов.
Скорость движения подземных вод можно определять электролитическим способом.
Для этого в опытную скважину вводят электролит (обычно хлористый аммоний) и следят за изменением электропроводимости между опытной и наблюдательной скважинами.
Для этой цели используют миллиамперметр, по данным которого строят график изменения силы тока во времени.
Скорость движения воды V, по линейному закону А. Дарси, пропорциональна коэффициенту проницаемости (коэффициенту фильтрации) К и гидравлическому градиенту J:
V=KJ,
где J=h (разница высот) /е (пройденное расстояние).
Скорость движения воды в песках от 0,5 до 1-5 м/сут, в галечниках значительно увеличивается. Особенно большая скорость потока грунтовых вод местами наблюдается в крупных подземных карстовых каналах и пещерах.
Расход грунтовых вод (Q) прямо пропорционален гидравлическому градиенту (J) и площади поперечного сечения (F):
Q = KJF, или Q=VF.
Геологические явления и процессы, связанные с действием поверхностных и подземных вод: обвалы, оползни, осыпи, карст, суффозия, плывуны, овраги
Обвал — отрыв и падение масс горных пород вниз со склонов гор под действием силы тяжести.
Обвалы возникают на склонах речных берегов и долин, в горах, на берегах морей.
Причиной образования обвалов является нарушение равновесия между сдвигающей силой тяжести и удерживающими силами.
Оно вызывается:
· увеличением крутизны склона в результате подмыва водой;
· ослаблением прочности пород при выветривании или переувлажнении осадками и подземными водами;
· воздействием сейсмических толчков;
· строительной и хозяйственной деятельностью людей.
Оползни-
Это смещение массы грунтов вниз по склонам под действием силы тяжести без опрокидывания.
Оползневым процессам подвержены:
-склоны природные,
-берега водохранилищ и морей,
-склоны дорожных выемок и насыпей,
-склоны, сложенные моноклинальными слоями;
Причины возникновения оползней:
- чрезмерное увлажнение пород склонов
атмосферными и грунтовыми водами
- подрезка склонов (строительство дорог, подмыв рекой)
- перегрузка склонов сооружениями
- давление подземных вод
- быстрый спад УГВ вблизи подтопленного склона (сброс воды в водохранилищах)
Оползни провоцируются
- землетрясениями,
- вибрацией от проходящего поезда,
-забивки свай
- штормами и ливнями
Осыпи - скопление на склонах гор и скал камней, а также скопление обломков горных пород различного размера на склонах или у подножий гор и холмов.
Состоят из слабо отсортированных обломков. Как правило, у подножий они самые крупные, в верхних частях осыпей мельче. Обломки горных пород по мере накопления постепенно перемещаются вниз по склону под влиянием силы тяжести. Осыпи образуются на склонах гор и у их подножий в результате физического выветривания.
Карстом назван процесс образования пустот в растворимых породах.
Но часто карстом называют самые пустоты, образовавшиеся в породах в результате выщелачивания. Процесс образования пустот в породах в результате выщелачивания называют карстообразованием или карстовым процессом, а пустоты—карстовыми пустотами.
Карстовые пустоты формируются при проявлении трех факторов одновременно:
-наличия растворимых пород
-наличия растворителя
-наличия гидродинамического режима.
Суффозия — вынос мелких минеральных частиц породы фильтрующейся через неё водой. Процесс близок к карсту, но отличается от него тем, что суффозия является преимущественно физическим процессом и частицы породы не претерпевают дальнейшего разрушения.
Суффозия приводит к проседанию вышележащей толщи и образованию западин (суффозионных воронок, блюдец, впадин) диаметром до 10 и даже 100 метров, а также пещер. Другим следствием может быть изменение гранулометрического состава пород как подверженных суффозии, так и являющихся фильтром для вынесенного материала.
Наиболее широкое развитие суффозия получает в области распространения лёссов и лёссовидных суглинков, под склонами долин рек, часто по ходам роющих животных. Одним из необходимых условий суффозии является наличие в породе как крупных частиц, образующих неподвижный каркас, так и вымывающихся мелких. Вынос начинается лишь с определенных значений напора воды, ниже которых происходит только фильтрация.
В карбонатных и гипсоносных песчано-глинистых отложениях и мергелях карст и суффозия могут проявляться одновременно. Это явление носит название глинистый карст или глинистый псевдокарст.
Виды суффозии
- Механическая — вода при фильтрации отрывает и выносит целые частицы (глинистые, песчаные)
- Химическая — вода растворяет частицы породы (соли, гипс) и выносит продукты разрушения
- Химико-физическая — смешанная (часто происходит в лёссе)
Плывун — насыщенный водой грунт (обычно пески или супеси), который способен разжижаться под механическим воздействием на него, при вскрытии их котлованами и другими выработками.
Плывуны бывают истинные и ложные.
Истинные плывуны- плывунные свойства проявляют пылеватые пески и супеси, насыщенные водой, содержащие в большом количестве очень мелкие частицы (глинистые и коллоидные), которые начинают играть роль смазывающего вещества между крупными частицами грунта.
Вследствие наличия глинистых и более мелких коллоидных частиц эти грунты обладают гидрофильными свойствами и слабо отдают воду. Даже при небольшом гидравлическом градиенте они переходят в плывунное состояние и перемещаются с водой в выработки. Коэффициент фильтрации таких грунтов обычно менее 0,5 м/сут.
При промерзании истинный плывун подвергается сильному пучению, слабо фильтрует воду. При высыхании приобретает связность. В образовании истинных плывунов большую роль играют микроорганизмы.
Ложные плывуны
— мелкий пористый песок, насыщенный водой. Поскольку пласт находится на глубине, вода в порах плывуна находится под давлением больше атмосферного. При вскрытии пласт обнажается, и вода под давлением попадает в котлован и выносит с собой песок.
Плывунные свойства грунтов проявляются при наличии гидродинамического давления в подземной воде, возникающего вследствие развития гидравлического градиента. Гидравлический градиент возникает при вскрытии водоносных горизонтов.
Овраг — форма рельефа в виде относительно глубоких и крутосклонных незадернованных ложбин, образованных временными водотоками.
Овраги возникают на возвышенных равнинах или холмах, сложенных рыхлыми, легко размываемыми породами, а также на склонах балок. Длина оврагов от нескольких метров до нескольких километров.
Выделяют молодые (интенсивно развивающиеся) и зрелые овраги.
Овраги наиболее распространены в Европейской части России в пределах лесостепной и степной зон, в Средней Азии, — в лёссовых областях Китая, в ряде районов США и тропических стран.
Овраги наносят большой вред сельскому хозяйству, расчленяя и уничтожая поля.
Для предупреждения овражной эрозии эффективны агротехнические приёмы, которые устраняют или уменьшают поверхностный сток и способствуют задержанию влаги на полях. На территории с развивающимися оврагами применяют гидротехнические устройства: водозадерживающие валы, валы-террасы, водоотводные канавы, запруды, подпорные стенки и др., а также производят посадку приовражных и прибалочных лесных полос, облесение и залужение склонов и дна оврагов, благодаря которым прекращается развитие овражной сети.