Изучение и оценка инженерно-геологических условий с целью обоснования проекта гидроузла (2)

Изучение и оценка инженерно-геологических условий с целью обоснования проекта гидроузла (2)

Изучение и оценка инженерно-геологических условий с целью обоснования проекта гидроузла (2)

Курсовой проект

Выполнил: студент гр. 110129 Малиновский А. А.

Белорусская Государственная Политехническая Академия

Кафедра «Геотехника и экология в строительстве»

Минск 2001

Введение

Всякое инженерное сооружение должно быть возведено наиболее просто и с наименьшими затратами рабочей силы, материалов и времени. В течение всего периода строительства и эксплуатации, сооружение должно обладать надлежащей прочностью и устойчивостью, а его деформация не должна выходить за пределы, обеспечивающие нормальные условия эксплуатации сооружения или не нарушающие его внешние архитектурные формы.

Обеспечение указанных выше положений и требований в значительной мере зависит от правильного учёта природных условий в районе возведения сооружения. В инженерно-геологическом плане благоприятная обстановка возведения сооружения связывается:

с отсутствием возможного влияния на сооружение (как в период возведения, так и в период эксплуатации) тех или иных геологических процессов и явлений, способных нарушить его общую устойчивость и прочность;

с наличием в основании сооружения грунтов и горных пород повышенной прочности и несущей способности, соответствующим образом залегающих;

с отсутствием возможного вредного влияния подземных вод на грунты основания и на само сооружение в процессе строительства и эксплуатации.

Очевидно, что сооружения, возведённые в зонах интенсивного проявления процессов (таких как эрозия, оползни, карст, сейсмические процессы, протекающие в недрах Земли) без учёта их влияния, могут оказаться в очень тяжёлом и даже аварийном состоянии, если даже они безупречно спроектированы и возведены. Чтобы обезопасить сооружение от подобных аварий, необходимо в каждом частном случае, знать, возможно, ли проявление таких процессов и явлений, угрожают ли они данному проектируемому сооружению, какова степень опасности и какими с принципиальной стороны мероприятиями (если невозможно избежать влияния этих процессов на сооружение) можно обеспечить его нормальную службу.

Инженерно-геологические и гидрогеологические исследования – обязательная составная часть изыскательных работ, проводимых для обоснования проектов сооружений, систем водоснабжения и обязанных с ними гидротехнических сооружений. В задачу исследований входит изучение геологического строения, геоморфологии, гидрогеологических условий, геологических процессов, свойств горных пород и прогноз их изменения при строительстве и эксплуатации сооружения.

Правильная оценка инженерно-геологических условий ведёт к обеспечению прочности и устойчивости сооружения, упрощению его конструкции и к удешевлению строительства.

Общие положения

Данная работа выполняется с целью выявления инженерно-геологических условий данного района, и обоснования возможного строительства гидроузла на реке. Необходимо изучить геологические особенности речной долины, дать прогноз по поводу неблагоприятного воздействия на проектируемый объект геологических процессов, возникающих в районе сооружения.

Также следует учесть, что в районе будущего строительства сооружения могут наблюдаться неблагоприятные для сооружения процессы:

-физико-химические процессы (выветривание, карст, просадочность);

-гравитационные процессы и явления (оползни, обвалы и осыпи);

-гидродинамические процессы (фильтрация, механическая суффозия, плывуны, эрозия, сели);

-аэродинамические процессы (ветровое разрушение, коррозия);

Требуется оценить негативное влияние вышеназванных процессов и явлений на будущее сооружение и предложить методы борьбы с этими явлениями. Определить влияние возведенного сооружения на естественный ход геологических процессов и устойчивость склонов.

В данной местности предполагается строительство гидроузла. Требуется запроектировать один из типов гидротехнических сооружений (ГТС) в данной местности:

-водохранилище;

-водозаборное сооружение;

-плотина с гидроэлектростанцией (ГЭС) (приплотинная ГЭС, русловая ГЭС и т. д.).

Таким образом, цель нашей работы — дать заключение о возможности строительства гидроузла в данном створе.

Геоморфологические сведения

Земная поверхность представляет собой сложный рельеф в виде совокупности возвышений, равнин и углублений. Наука, которая занимается изучением рельефа, его происхождением и развитием, называется геоморфологией.

Рельеф Земли находится в состоянии непрерывного изменения - уничтожаются старые формы рельефа, возникают новые. Всё это происходит в результате одновременного воздействия на поверхность Земли эндогенных (внутренних) и экзогенных (внешних) процессов. Большую роль при этом в последнее время стала играть инженерно-строительная деятельность человека.

Реки - постоянные водотоки, текущие в разработанных ими руслах. Река со всеми её притоками называется речной системой, а площадь, занимаемая речной системой называется речным бассейном.

Углубление в земной поверхности, в котором протекает река, называется долиной реки. Часть долины, заполненная водой при самом низком (меженном) уровне, называется руслом; часть долины, затопляемая паводковыми водами – поймой; незаливаемые горизонтальные участки долины реки – террасами.

На карте №4 показана река, протекающая с юго-востока на запад. Уровень воды в реке около 5 м. Рельеф исследуемого участка — плоскогорный с абсолютными отметками 150-160 м над уровнем моря и представляет собой речную долину. Долина реки широкая U-образная. Долина реки расположена в центральной части разреза и состоит из русла, поймы, коренного берега и надпойменных террас.

Об изменении режима водотока во времени свидетельствуют речные террасы, представляющие собой продольные площадки, более или менее круто обрывающиеся к русловой части долины. Первая возвышающаяся над урезом воды терраса называется пойменной. В половодье эта терраса обычно заливается водой. Террасы на более высоких уровнях — надпойменные.

По своему характеру террасы подразделяются на эрозионные и аккумулятивные. Эрозионные террасы, как террасы размыва, формируются в коренных склонах долины и обычно сложены коренными породами. Аккумулятивные террасы вырабатываются уже в толще аллювиальных отложений и в отличие от эрозионных слагаются разнообразными аллювиальными отложениями, по своему составу отражающими тот или иной цикл развития водотока.

На разрезе мы видим террасу эрозионного характера, относительно русла — симметричная. Эрозионные террасы свойственны тем участкам, где идет постоянная работа водотока по углублению его русла. Такие участки по своему положению отвечают областям размыва. Вместе с тем эрозионные террасы свидетельствуют о нескольких циклах глубинной эрозии в условиях резкого понижения базиса эрозии.

Геологическое строение

Наиболее древняя порода — гранит (протерозойская эра PR) розовато-серый, плотный, в верхней части слоя трещиноватый. Гранит относится к магматическим породам. Так как он — кислая порода в нем содержится до 65-75% кремнезема SiO2. Гранит — глубинная горная порода с полнокристаллической (зернистой) структурой. Минеральный состав: кварц 15-40%, полевые шпаты 40-60%, цветные минералы 5-10%. Во многих местах они большими массивами выходят непосредственно на поверхность земли. Из всех магматических пород гранит наиболее подвержен выветриванию.

Элювиальные отложения, состоящие из серой глины со щебнем и отдельными глыбами гранита розовато-серого цвета (протерозойская эра ePR), лежат над слоем гранита. Элювий кислых магматических пород наряду с обломками самой породы и глинистыми продуктами распада полевых шпатов характеризуется относительно богатым содержанием кварцевого песка. При выветривании глинистые грунты теряют свою прочность. В результате выветривания увеличивается содержание мелкодисперсных частиц в грунте. Поверхностный слой коренной породы, продуктом которой является элювий, в зоне выветривания бывает значительно ослаблен и разбит многочисленными трещинами. Условия залегания элювия и мощность его слоя весьма разнообразны: на склонах мощность слоя обычно бывает наименьшей, так как здесь элювий при достаточной крутизне откоса легко смывается дождевыми потоками и оползает. По этим причинам элювий на склонах часто представляет собой скопление более грубых обломков. В пониженных зонах рельефа он может накапливаться слоем в десятки и даже в сотни метров.

Песчаники серые, мелкозернистые, кремнистые, плотные (палеозойская эра силурийский период S1) — скальная порода осадочного происхождения. Песчаники — сцементированные различными веществами пески. По характеру цемента различают песчаники глинистые, железистые, известковые, кварцевые. Осадочные породы имеют главным образом морское или реже озерное происхождение. Поэтому им свойственны все признаки морских отложений: закономерность сменяемости слоев в вертикальном направлении, большая площадь распространения, пластовый характер залегания, постоянство состава и свойств в пределах пласта. Песчаники могут иметь и континентальное происхождение, но в этом случае площадь их распространения и мощность их слоя невелики. Поэтому с этими образованиями приходится встречаться крайне редко. Прочность песчаников определяется прочностью цемента, а не составляющих обломков горных пород. Наиболее прочными являются кремнистые и железистые цементы.

Известняки серые, плотные, местами окремневшие, трещиноватые (палеозойская эра силурийский период S2) — скальная порода осадочного происхождения. Известняками называют породы состоящие преимущественно из CaCO3 (не менее 75%). Примеси в известняках обычно представлены глинистыми частицами, кремнеземом, окислами железа, реже песком, выделениями гипса и других минералов. Наиболее крепкие разновидности известняков (кремнистые) содержат рассеянную примесь кремнезема. Известняки, как правило, залегают в виде пластов различной мощности. В этом случае трещиноватость придает им характер резко выраженной плитчатости. Известняки всегда трещиноваты. Коэффициент их трещинной пустотности очень неравномерен, но большей частью находится в пределах 2-5%. Трещиноватость с глубиной обычно быстро убывает. Большое значение имеет сохранность известняков. Так, сильно выветренные пористые разновидности известняков имеют иногда высокие показатели сжимаемости. В связи с этим сильно разрушенные выветриванием массивы известняков встречаются не только на поверхности земли, но и глубже. По структуре известняки бывают самыми разнообразными: крупные, средние, мелкозернистые. По текстурным группам они бывают: плотными, мелкопористыми, крупнопористыми. Водопропускная способность известняков, как и у всех скальных пород, зависит от интенсивности трещиноватости и величины раскрытия трещин, но в общем случае известняки, как правило, обладают большим коэффициентом трещинной пустотности а, следовательно, и большой водопропускной способностью, чем любая другая скальная порода.

Сланцы глинистые, черные, плотные, местами окремневшие (палеозойская эра силурийский период S2) — метаморфическая горная порода. Метаморфическим породам свойственна анизотропия свойств, обусловленная наличием сланцеватости или полосообразным распределением минералов: вдоль сланцеватости прочность пород значительно ниже, чем поперек. Другой особенностью этой породы является значительно меньшая устойчивость против выветривания. Процессы выветривания особенно интенсивно протекают вдоль сланцеватости, в результате чего порода распадается на отдельные плитки.

Известняки светло-серые, трещиноватые, с тонкими прослойками глины, закарстованные (палеозойская эра девонский период D1) — осадочная скальная порода. Большинство известняков органического происхождения образовались в морях в результате жизнедеятельности разнообразных организмов. Часто они образуются путем скопления известковых раковин, отмерших моллюсков. Они имеют высокую пористость, небольшую плотность. Они непригодны для возведения сооружений, так как легко разрушаются и имеют изменяющееся во времени сопротивление сжатию.

Известняки образуются в морских условиях существовавших в девонском периоде. Затем на протяжении каменноугольного, триасового периодов никаких отложений не было, так как известняки находились под уровнем моря. В верхнем слое известняков в результате выветривания образовались трещины.

Песок светло-желтый, кварцевый, мелкозернистый (aQ3), а так же песок серый, кварцевый, среднезернистый, внизу слоя галька и гравий (aQ4) — обломочные породы, относящиеся к кайнозойской эре четвертичному периоду. Песок — порода, состоящая преимущественно из песчаных частиц размером 0,05-2 мм. Пески по происхождению могут быть морскими, речными, озерными, эоловыми, и т. д. По преобладающей величине зерен, слагающих породу, различают крупно, средне и мелкозернистые пески. По минералогическому составу чаще всего встречаются кварцевые пески (до 95% зерен кварца), реже глауконитовые и так называемые полиминтовые пески, состоящие из различных минералов (кварца, полевых шпатов, слюды и др.). цвет песка зависит от примесей: чистые кварцевые пески — белые, сероватые; окрашенные окислами железа — желтые, бурые, вишнево-красные; глауконитовые — зеленые. Пески имеют пористость до 40%, высокий коэффициент фильтрации.

Супесь палевая, иловатая (aQ3), а так же супесь палевая, иловатая в конце слоя переходит в иловатый суглинок (aQ4) — обломочная порода (кайнозойская эра четвертичный период). К супесям относят рыхлые породы с примесью глинистых частиц (<0,005 мм) в количестве: супеси 3-10%, суглинки 10-30%, глины более 30%. Состоят эти породы из первичных (кварца, полевых шпатов, слюды) и вторичных (каолинита, монтамориллонита и др.) глинистых минералов, присутствием которых обусловлены все специфические свойства глин; набухание, усадка, пластичность, липкость и др. Цвет глинистых пород различен и зависит от примесей. Образуются эти породы в морских и речных условиях, а также на суше в результате различных геологических процессов.

Элювиально-делювиальные отложения, состоящие из суглинка с включением отдельных глыб, щебня и гравия материнских пород (кайнозойская эра четвертичный период edQ4). Делювием в геологии называют отложения, образующиеся на склонах и в подножьях гор при плоскостном смыве дождевыми и талыми водами продуктов разрушения горных пород, залегающих выше по склону. Состав делювия на равнинах преимущественно суглинистый, иногда с включением обломков пород, слагающих склон. Делювий на склонах находится в движении, но скорость его смещения бывает столь незначительной, что едва усматривается по внешним признакам. Иногда, особенно при обильном увлажнении движение делювия принимает характер оползня.

История геологического развития района

Рассмотрим геологическую историю района по разрезу долины реки. Самой древней породой является гранит (PR), образование которого произошло в морских условиях. Можно предположить, что эта порода представляла собой дно моря. В это время образовались самые древние породы, слагающие жесткий фундамент земной коры. В дальнейшем произошло поднятие участка, море обмелело и отступило совсем, о чем говорит отсутствие пород кембрийского (Cm) и ордовикского (O) периодов палеозойской эры. Непосредственное залегание силурийских отложений (S1) на граните свидетельствует о перерыве в накоплении осадков. Верхний пласт гранита, оказавшийся на поверхности, подвергся выветриванию, следствием чего явилась трещиноватость верхней части гранита.

Силурийские (S1, S2) песчаники, известняки и глинистые сланцы, а также девонские известняки (D1) указывают на новое наступление моря. Участок медленно погружался и стал дном неглубокого моря, в котором длительное время шло накопление обломочного материала, приносимого реками и образующегося при разрушении берегов. Впоследствии из этого материала и образовались пласты глинистых сланцев.

В кайнозойскую эру вновь последовало поднятие данного участка и отступление моря. Залегание пород четвертичного периода (Q) на девонских отложениях и отсутствие в разрезе пород каменноугольного (С), пермского периода (Р) палеозойской эры, триасового (Т), юрского ( I ), мелового (Cr) мезозойской эры, палеогенового (Pg) и неогенового (N) периодов свидетельствует о перерыве в отложениях осадков. Породы четвертичного периода являются континентальными и представлены аллювиальными генетическими типами.

После отступления ледника в результате геологической деятельности реки произошло образование речной долины, и образовался современный рельеф. Речная долина возникла вследствие чередования эрозионной и аккумулятивной работы, что связанно с изменением положения базиса эрозии, в результате чего появилось довольно глубокое и широкое русло.

Следующий этап размыва, вызванный понижением базиса эрозии, привел к образованию террасы, современного русла и долины реки.

Гидрогеологические условия

На данной территории имеет место присутствие грунтовых вод. Грунтовыми водами называют воды первого от поверхности земли постоянно существующего водоносного горизонта в различных водопроницаемых пористых породах. Грунтовые безнапорны, т. е. имеют свободную поверхность воды. Породами, вмещающими в себя грунтовые воды, являются: известняки светло-серые, трещиноватые, с тонкими прослойками глины, закарстованные, супесь палевая, иловатая, элювиальные отложения, состоящие из серой глины со щебнем и отдельными глыбами гранита.

Рассматриваемый грунтовый поток имеет уклоны, которые соответствуют уклонам рельефа поверхности земли и направлен в сторону его понижения. Геологические условия залегания: поверхностные отложения и верхние слои коры выветривания.

Эти воды можно использовать для водоснабжения, но вместе с тем они создают трудности при производстве строительных работ (воды заливают котлованы, траншеи и т.д.), мешают нормально эксплуатировать сооружение.

Грунтовые воды в данной местности связаны с рекой тем, что они питают её как со стороны правого, так и со стороны левого берега. Так же грунтовые воды питают напорные воды.

Артезианские воды в данном районе подпитывают грунтовые и залегают на глубинах от 37 до 90 метров. Напор создается благодаря перепаду отметок высот областей питания и разгрузки. Питание напорных вод осуществляется за счёт инфильтрации осадков. При этом область их питания не совпадает с областью их распространения. Общее направление движения артезианских вод – от области питания к области разгрузки.

Артезианские воды практически не загрязнены, обладают водообильностью. Значит, изучаемые напорные воды можно использовать для водоснабжения.

Рассмотрим каждую скважину в отдельности.