|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ЭМПИРИЧЕСКИХ ФОРМУЛСтр 1 из 8Следующая ⇒
ФГБОУ ВПО « БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ »
Халитов Дамир Булатович Расчетно-графическая работа
Уфа 2012 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ВАРИАНТ № 3
Расчет коэффициента фильтрации пород по гранулометрическому составу
Построения карты гидроизогипс и глубин залегания грунтовых вод
УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ЭМПИРИЧЕСКИХ ФОРМУЛ Опытными работами установлена зависимость коэффициента фильтрации от механического состава породы (главным образом от размеров и количества мелких фракций), пористости ее, температуры воды. Определение коэффициента фильтрации горных пород по гранулометрическому составу является самым дешевым и простым методом, дающим достаточно удовлетворительную характеристику водопроницаемости некоторых их разновидностей. Эмпирические формулы чаще применяются при инженерно-гидрогеологических изысканиях для начальных стадий проектирования, когда необходимо дать общую гидрогеологическую характеристику значительной площади со сравнительной оценкой отдельных участков. При детальных исследованиях этот способ является дополнительным и полевым методом. Его следует особенно широко применять при детальной разведке месторождений полезных ископаемых, источников водоснабжения, участков гидротехнического строительства, когда требуется определить водопроницаемость пород, залегающих на большой площади, детальное изучение, которого опытными откачками практически невозможно. Известные эмпирические формулы основаны на использовании данных гранулометрического состава и пористости грунтов без учета структуры грунта и физико-химических процессов, происходящих в грунте при фильтрации воды через него, поэтому они могут применяться лишь для песчаных грунтов. Использование этих формул для определения водопроницаемости связных суглинистых грунтов, так же для гравелистых и галечниковых пород, не может быть рекомендовано.
Обработка результатов механического анализа грунта Механический состав грунтов можно наглядно изобразить графически с помощью интегральной (суммарной) кривой (рисунок 1). Кривая называется суммарной потому, что строится путем суммирования содержания отдельных фракций. Построение кривых осуществляется на графиках гранулометрического состава по точкам вещества которых находятся пересчетом результатов механического анализа как это показано в таблице 1. Ординатами точек являются величины процентного содержания частиц с диаметром меньше данного, абсциссами – логарифмы соответствующих диаметров.
Таблица 1 Пересчет механализа для построения интегральной кривой
Обычная градуировка координатных осей (через равные интервалы) приводит к сильному растягиванию графика мехсостава по горизонтали, особенно если диаметры частиц грунта сильно отличаются по размерам. Этот недостаток устраняется при построении графика в полулогарифмическом масштабе, когда ось абсцисс получает логарифмическую градуировку. Интегральную кривую обычно строят на специальной полулогарифмической бумаге, но при ее отсутствии логарифмическую сетку можно разбить самому. В этом случае необходим выбор определенного линейного масштаба. Допускается, например, что логарифм равный единице будет характеризоваться отрезком оси абсцисс длиною в 50 мм, а логарифм 0, 01 отрезком в 100 раз меньше, т.е. 0, 5 мм. Чтобы при нахождении логарифмов оперировать с целыми числами, а не дробны, диаметры частиц для этого случая удобнее измерять в микрометрах (1 мкм-0, 001 мм). Находя в таблице логарифмы частиц диаметром от 1 до 10 мкм (0, 001-0, 01 мм), рассчитывают величину соответствующий им отрезков оси абсцисс. Те же принципы градуировки можно применять для частиц размером 10-100 (0, 01-0, 1 мм), 100-1000 мкм (0, 1-1 мм), 1000-10000 мкм (1-10 мм). Для этого градуировку начального интервала оси абсцисс следует повторить для каждой последующей группы частиц, считая конец первого интервала началом второго и т.д. Завершив градуировку осей графика, строят интегральную кривую, используя данные таблицы 2 (графа 4). По характеру кривой механического состава можно судить о степени однородности грунта: грунты однородные по размеру частиц характеризуются крутыми кривыми, грунты неоднородные – сравнительно пологими, вытянутыми в направлении оси абсцисс.
Рисунок 1 Расход потока грунтовых вод в заданном сечении карты
В соответствии с законом Дарси расход прямо пропорционален коэффициенту фильтрации, площади поперечного сечения, напорному градиенту и выражается формулой Q=0, 016∙ 2475∙ 0, 012=0, 47 м3/сут; где Q – расход потока, м3/сут; К – коэффициент фильтрации, м/сут; ώ - площадь сечения потока, м2; J – напорный градиент. Расход потока грунтовых вод определяется в сечении, перпендикулярном потоку. Расчетным путем может явиться створ наблюдательных скважин, для которых известны отметки земли, грунтовых вод и водоупора (таблица 1). Расстояние между отдельными скважинами створа находится по карте гидроизогипс. На основании этих данных строится гидрогеологический разрез по заданному направлению (рисунок 3). Расчет расхода грунтовых вод требует нахождения всех величин, входящих в формулу Дарси. Сечение потока находится по уравнению В= 15*50=750 м ώ = 750*3, 3=2475 м2 где В – расстояние между крайними скважинами створа, Мср – средняя мощность потока грунтовых вод. МСР= (4+3, 6+2, 4)/3= 3, 3м где М1, М2, М3 – мощность потока по отдельным скважинам створа, м. Напорный градиент определяется в расчетном створе по карте гидроизогипс (см. выше). Коэффициент фильтрации пород берется из лабораторной работы (определение К по эмпирическим формулам).
Ход выполнения работы 2.6.1. Исследуемая площадь 1 км х 1 км разбуривается скважинами, располагающимися по квадратной сетке 250 м х 250 м. Вес скважины доводятся до волоупора. Проходится 25 скважин, образующих 5 рядов по 5 скважин в каждом План расположения скважин составляется на листе ватмана (А4). Строится квадратная сетка 250 м х 250 м в масштабе 1: 5000 со сторонами 5 см. В узлах сетки размещаются скважины. Схема расположения скважин следующая
2.6.2 По заданному варианту рассчитываются отметки воды и водоупора для всех пробуренных скважин. Полученные результаты вносятся в таблицу 2. 2.6.3 Цифровые данные таблицы 2 (отметки, глубины) переносятся на план и подписываются около каждой скважины, как указано в условных обозначениях. 2.6.4 Через точки с индексом «р» («ручей») на плане участка проводится русло потока (синим фломастером или карандашом). 2.6.5 По отметкам зеркала грунтовых вод, поверхности земли и водоупора, применяя метод интерполяции, на плане участка проводятся гидроизогипсы (показываемые синими линиями), горизонтали поверхности земли (коричневые линии). Все изолинии проводятся сечением через один метр. 2.6.6 На основании данных о глубине залегания грунтовых вод проводят изобаты (линии равных глубин), соответствующие глубинам 3, 5, 7 и 9 м. Изобаты показывают точками или пунктирами черного цвета. 2.6.7 Участки карты, отвечающие интервалам глубин 0-3, 3-5, 5-7 и более 7 м окрашиваются соответственно в голубой, желтый, зеленый и красный цвета. В результате получают карту глубин залегания грунтовых вод. 2.6.8 Для произвольных точек А, В, С определяют глубину фунтовых вод, глубину водоупора, мощность горизонта фунтовых вод. Выбранные точки наносят карту. Расчеты делаются па полях. 2.6.9 Для определения потока грунтовых вод строят гидрогеологический разрез по створу буровых скважин, имеющий индекс «ст» (створная) и устанавливают площадь сечения грунтового потока (υ ) и заданном створе. Значение коэффициента фильтрации принимается из лабораторной работы Для расчета берется средняя величина
Рисунок 4
Рисунок 5 ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ЦЕЛЕЙ Вода является сильнейшим растворителем горных пород и представляет раствор сложного состава с очень широким диапазоном содержания растворенных веществ как по числу, так и по концентрации. Химический состав воды определяет возможность применения её для различных целей (хозяйственно-питьевого использования, орошения), а также агрессивное свойство по отношению к цементу бетона и пр. Важнейшими компонентами природных вод являются ионы: Са2+, Mg2+, Na+, K+, NH+4, HCO3-, CO32-, SO42-, NO3-, а также газы: CO2, H2S, O2 и др.Количественное содержание этих ионов в исследуемой воде устанавливается методами аналитической химии. Целью данной практической работы являются – основываясь на знаниях, полученных по курсу «Общая химия» уметь анализировать химический состав природных вод, графически изображать их результаты, оценивать пригодность для различных целей. Массовая или весовая форма Массовая или весовая форма представляя собой основную форму выражения результатов химического вещества, характеризуется тем, что содержание ионов в исследуемой воде определяется в весовых единицах – в граммах или миллиграммах на дм3 (г/дм3, мг/дм3). Существенным недостатком весовой формы следует считать невозможность проверки результатов выполненного анализа, ввиду того, что суммы весового количества анионов и катионов между собой не совпадают. Жёсткость воды Жёсткость воды определяется содержанием растворённых солей, кальция и магния. Различают общую, устранимую и постоянную жёсткости воды. Общая жёсткость обусловлена суммарным содержанием ионов Ca2+ и Mg2+, устранимая представляет собой ту часть жёсткости, которая вызывается бикарбонатами Ca2+ и Mg2+ и устраняется кипячением воды, постоянная равно общей жёсткости минус устранимая. Общая жёсткость принято выражать в миллиграмм – моль (эквивалент) на дм3 (ммоль/дм3) и в немецких градусах (оН). Миллиграмм – моль жёсткости соответствует раздельному содержанию в дм3 воды эквивалентных количеств Ca2+, Mg2+ и CaО, а именно 20, 04 мг Ca2+ , 12, 16 мг Mg2+ или 28 мг CaО. Немецкий градус жесткости эквиваленте содержанию 10 мг CaО в литре воды. Сопоставляя названные показатели жесткости по величине CaО устанавливаем, что один ммоль жесткости равен 2, 8 немецких градусов.Значение общей жесткости воды в ммоль/дм3 находится суммированием содержания иона Ca2+ и Mg2+ в молярной форме. Умножая полученную величину на 2, 8 находим общую жесткость в немецких градусах.
Минерализация воды Минерализация воды определяется содержанием растворенных минеральных веществ и рассчитывается как арифметическая сумма весовых количеств всех ионов в дм3 воды. При подсчете минерализации суммарное содержание ионов, выраженное в миллиграммах на дм3 переводится в граммы, с округлением до первого знака после запятой. Пример: сумма ионов составляет 14176 миллиграмм, минерализация воды 14, 2 г/ дм3.
Содержание растворенных газов, температура, дебит Полный химический анализ воды предусматривает определение растворенных газов (СО2, Н2S и др.) содержание которых выражается миллиграммами на дм3 (мг/ дм3). При полевых исследованиях устанавливается температура природных вод (Т) и определяется дебит источников или скважин путем замера вытекающей или откачиваемой из них воды. Дебит (Д) выражается литрами в секунду (л/с) или кубометрами в сутки (м3/сутки).
Классификация О.А. Алекина Классификация О.А. Алекина сочетает принцип деления подземных вод по преобладающим ионам и по соотношению между ними. По преобладающему аниону О.А. Алекиным /4/ выделяются три класса вод: гидрокарбонатная, сульфатная и хлоридная. По ведущему катиону различают группы кальциевых, магниевых и натриевых вод. Соотношение ионов позволяет установить различные типы вод. При выделении которых содержание ионов выражается в молярной форме (r) сважина №4 1 тип r 2 тип r 3 тип r 1у тип r
3 тип подразделяется: 3а rCl 1, 83 < 5, 45 r Na++1, 2 r Mg2+ (хлормагниевый), 3а rCl 1, 836 > 5, 45r Na++ 1, 2r Mg2+ (хлормагниевый) сважина № 14 1 тип r 2 тип r 3 тип r 1у тип r
3 тип подразделяется: 3а rCl 1, 9 < 12, 5 r Na++2, 7 r Mg2+ (выполняется), 3б rCl 1, 9 > 12, 5r Na++ 2, 7r Mg2+ (не выполняется), сважина № 14 1 тип r 2 тип 3 тип r 1у тип r
3 тип подразделяется: 3а rCl 21, 9 < 19, 28 r Na++11, 8 r Mg2+ (выполняется), 3б rCl 21, 9 > 19, 28r Na++ 11, 8 Mg2+ (не выполняется), Формула М.Г. Курлова При массовых определениях химического состава природных вод возникает необходимость обобщения, полученных результатов и изображения анализов воды в виде кратких формул, допускающих обзор и интерпретацию аналитического материала. Формула Курлова представляет собой псевдо-дробь, в числителе которой в порядке убывающего содержания записываются анионы, а в знаменателе катионы, выраженные в процентах (дробные величины процентов округляются до целых чисел). Слева от полученной «простой дроби» указывается содержание растворенных газов в мг/ дм3 и величина минерализации воды в г/ дм3, справа от нее температура воды и дебит скважины в м3 /сутки. Образец записи результатов анализа в виде формулы Курлова приводится ниже Хлоридно- кальциево-натриево-калиево-гидрокорбонатная вода
Гидрокорбонатно-сульфатно-кальциевая вода
Кальциево-гидрокорбонатно-натриево-калиевая вода
Наименование водам дается по преобладающим (свыше 20% моль) анионам и катионам в порядке их возрастания (приведенный анализ читается – вода сульфатно-хлоридно-карбонатная, магниево-кальциевая).
С двумя квадратами Треугольники анионно-катионного состава в сочетании с двумя квадратами – результаты большого числа химических анализов, выраженных в процент – эквивалентной (мольной) форме, можно показать на треугольниках анионного и катионного состава в сочетании с квадратами (рисунок 5). После построения двух равносторонних треугольников, их стороны делятся на 10 частей и через полученные точки проводятся линии параллельные каждой стороне. В вершинах треугольника анионного состава размещаются анионы Химический состав воды изображается, таким образом, в виде точек на треугольниках анионного и катионного состава. Обе точки получают единое цифровое обозначение, соответствующее порядковому номеру анализа, нанесённого на графах. Проектируя на квадраты результаты анализа, удобно определить типы вод. Для типов I и II квадрат располагается слева от треугольников, а Ша и Шб – справа. При наличии всех четырёх типов вод квадраты и треугольники сочетаются как на рисунок 5.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Карта изогипс позволяет выявить области питания, разгрузки подземных вод, определить характер связи этих вод, найти уклон поверхности подземных вод, а при известном коэффициенте фильтрации скорость их движения. Гидроизогипсы дают возможность более точно построить карту глубин залегания грунтовых вод, определить направление движения загрязнённых подземных вод, направление потока грунтовых вод, определить связь грунтовых и поверхностных вод, напорный градиент, расход потока грунтовых вод в заданном сечении карты. Проводится оценка защищенности подземных вод от загрязнения. Вода является сильнейшим растворителем горных пород и представляет раствор сложного состава с очень широким диапазоном содержания растворенных веществ как по числу, так и по концентрации. Химический состав воды определяет возможность применения её для различных целей (хозяйственно-питьевого использования, орошения), а также агрессивное свойство по отношению к цементу бетона. Количественное содержание этих ионов в исследуемой воде устанавливается методами аналитической химии. Основываясь на знаниях, полученных по курсу «Общая химия» проделали анализ химического состава природных вод, научились графически изображать их результаты, оценивать пригодность для различных целей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1 Короновский Н. В. Геология: учебник для студ. вузов, обуч. по экологическим спец.: допущено УМО по образованию/ Н. В. Короновский, Н. А. Ясаманов. - 5-е изд., стер. - М.: Академия, 2008. - 446 с. 2 Суворов А. К. Геология с основами гидрологии: учеб. пособие для студ., обуч. по спец. 320400 " Агроэкология" и 310100 " Агрохимия и агропочвоведение" / А. К. Суворов. - М.: КолосС, 2007. - 207 с. 3 Короновский Н. В. Историческая геология: учебник для студ. вузов, обуч. по спец. " Геология": допущено М-вом образования РФ/ Н. В. Короновский, В. Е. Хаин, Н. А. Ясаманов. - 3-е изд., стер. - М.: Академия, 2008. - 458 с. 4 Практическое руководство по общей геологии: учеб. пособие для студ. вузов, обуч. по спец. 011100 " Геология" : допущено УМО по образованию/ [А. И. Гущин и др.]; под ред. Н. В. Короновского. - 2-е изд., стер. - М.: Академия, 2007. - 158 с. 5 Пособие к лабораторным занятиям по общей геологии: Учеб. пособие для вузов / В.Н. Павлинов, А.Е. Михайлов, Д.С. Кизевальтер и др. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 2004. – 149 с. 6 Абдрахманов Р. Ф. Гидрогеоэкология Башкортостана/ Р. Ф. Абдрахманов; РАН, Уфимский научный центр, Ин-т геологии, Башкирский ГАУ. - Уфа: Информреклама, 2005. - 344 с. 7 Скабалланович И.А. Гидрогеологические расчеты по динамике подземных вод. М.: Гостехиздат, 1960. – 407 с. 8 Кац Д. М. Основы геологии и гидрогеология: учебник для студ. высш. с.-х. учеб. заведений по спец. 1511 - " Гидромелиорация" / Д. М. Кац. - 2-е изд., перераб. и доп.. - М.: Колос, 1981. - 351 с. 9 Абдрахманов Р.Ф. Техногенез в подземной гидросфере Предуралья // УАЦ РАН, Уфа, 1993. 10 Ершов В. В. Основы геологии: Учеб. для негеол. спец. вузов/ В. В. Ершов, А. А. Новиков, Г. Б. Попова. - М.: Недра, 1986. - 310 с. 11 Кейльман Г. А. Основы геологии: Учебник/ Г. А. Кейльман, В. Б. Болдырев. - 2-е изд., перераб.и доп.. - М.: Недра, 1991. - 287 с. 12 Алекин О.А. Основы гидрохимии. Л.: Гидрометеоиздат, 1970 г. – 442 с. 13 СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. М.: Госкомэпидемнадзор России, 2001, 111 с. 14 Резников А.А., Муликовская Е.Н., Соколов И.Ю. Методы анализа природных вод. М.: Недра, 1970 г. – 488 с. ФГБОУ ВПО « БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ »
Халитов Дамир Булатович Расчетно-графическая работа
Уфа 2012 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ВАРИАНТ № 3
Расчет коэффициента фильтрации пород по гранулометрическому составу
Построения карты гидроизогипс и глубин залегания грунтовых вод
УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ЭМПИРИЧЕСКИХ ФОРМУЛ Опытными работами установлена зависимость коэффициента фильтрации от механического состава породы (главным образом от размеров и количества мелких фракций), пористости ее, температуры воды. Определение коэффициента фильтрации горных пород по гранулометрическому составу является самым дешевым и простым методом, дающим достаточно удовлетворительную характеристику водопроницаемости некоторых их разновидностей. Эмпирические формулы чаще применяются при инженерно-гидрогеологических изысканиях для начальных стадий проектирования, когда необходимо дать общую гидрогеологическую характеристику значительной площади со сравнительной оценкой отдельных участков. При детальных исследованиях этот способ является дополнительным и полевым методом. Его следует особенно широко применять при детальной разведке месторождений полезных ископаемых, источников водоснабжения, участков гидротехнического строительства, когда требуется определить водопроницаемость пород, залегающих на большой площади, детальное изучение, которого опытными откачками практически невозможно. |
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-14; Просмотров: 790; Нарушение авторского права страницы
м/сут. Напорный градиент определяется по гидро-изогипсам, ближайшим к расчетному створу с учетом отметок поверхности грунтовых вод (H1 и Н2) и расстояния между точками (I) Значения них пеличин с учетом масштаба карты используются для расчета уклона потока грунтовых вод (J). Соответствующие расчеты величин напорного градиента и расхода потока грунтовых вод делаются на полях карты.
5, 5< 2, 3 r Ca2+ + 1, 2 r Mg2+ (выполняется), 
< 2, 3 r Ca2+ +1, 2 r Mg2 (не выполняется), 
, 
, Cl-, вершины другого треугольника отведены катионами Са, Mg2+, (Na++К+). Точки в вершинах треугольников характеризует 100% содержание ионов, стороны расположенные против вершин соответствуют их нулевому содержанию, линии параллельные – сторонам образуют шкалу, градуированную через 10 процентов (от 10 до 90% ммоль). Пользуясь этой шкалой, проводя линии, соответствующие процентному содержанию анионов и катионов в исследуемой воде, находим точки пересечения прямых.