Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Высокие темпы и большие масштабы эомышленного, гражданского, гидротехнического и мелиоративного гроительства, предопределенные научно - технической революцией, зчастую приводят к коренным преобразованиям природных условий Зпшрных территорий.В связи с этим все более острыми и актуальными последние годы становятся вопросы инженерной защиты застраивае-іх территорий от опасных инженерно - геологических процессов, цним из наиболее опасных процессов является процесс подтоп-эния территорий подземными водами, т.к. он захватывает огромные э площади территории и имеет распространение в самых разнообраз-а по природным условиям районах.
Подтопление территорий приняло во многих районах страны зссовый характер. Ущерб , наносимый процессом подтопления зас-зоенным территориям зависит от уровня стояния подземных вод и ада застройки , и достигает свыше 500 тыс.руб./га для эомплощадок и 100 - 150 тыс.руб./га для площадок жилой застройки
в ценах 1991 г. ). эким образом , для предупреждения развития процесса подтопления
ликвидации его последствий требуются значительные материальные
трудовые затраты, огромные средства.
Основными путями борьбы с процессом подтопления являются эедотвращение его появления посредством реализации на эчальных этапах строительства соответствующих мероприятий и эедств инженерной защиты , а если это по каким - либо причинам ) выполнено на начальных этапах строительства, то за счет осу->ствления дренажных мероприятий на застроенной территории в юцессе эксплуатации сооружений . Все эти мероприятия должны іть обоснованы достоверными прогнозами развития процессов )ДТОпления .
Одним из основополагающих факторов развития процесса под-)пления является геологическое строение территории , в частно-:и , литологический состав грунтов , который определяет их филь->ационные свойства. Как известно из многочисленных источников, іиболее активно процесс подтопления развивается в слабопрони-іемнх отложениях и в толщах , представленных переслпазанием шбопроницаемых и относительно хорошо проницаеіяіх грунтов.
Основные типовые схемы геолого - гидрогеологического строения подтаіїливаемнх участков , сложенных слаоопроницаемыми отложениям» представлены на рис.1.
К слабопроницаемым грунтам в практике изысканий принято относить грунти с коэффициентом фильтрации по крайней мере менее I м/сут ( но данным различных авторов эта величина варьирует от 0.5 до 5 м/сут ) - в основном , это глины, суглинки, супеси, лессы и лессовые грунты, некоторые разности песков ( пы-леватые, мелкие, глинистые ). На отдельных площадках до 90-100% верхней части разреза, находящейся в активной зоне сооружений и подверженной процессу подтопления, сложено именно такими слабо-проницаемыми отложениями.
Следует отметить , что подъем уровня грунтовых вод в слабопроницаемых грунтах вызывает активизацию таких инженерно -геологических процессов , как оползни , просадки , набухание ,-суф -'фозия и др. Большой вклад в изучение поведения слабовроницаевдх грунтов в процессе подтопления внесли Р.С.Зиангиров , Е.С.Дзек-цер, И.А.Сафохина и др.
Достоверность любых гидрогеологических прогнозов (как аналитических так и численных ) и надежность расчета дренажных сооружений напрямую зависит от достоверности и надежности определения основных фильтрационных параметров, используемых в расчетах - коэффициента фильтрации грунтов (к), водоотдачи (цв), проводимости пласта (km),коэффициента уровне - (пъезо-) проводности (,я), а для грунтов зоны аэрации - недостатка насыщения грунтов (Hjj), величины капиллярного всасывания ( нк ) и др.
Вопросами определения фильтрационных свойств грунтов, в том числе и непосредственно для целей прогноза и защиты от подтопления территорий занимались многие исследователи .В то же время, застроенные подтопленные территории обладают рядом специфических особенностей, к которым можно отнести :
- широкое распространение сляоопроницаемых грунтов, в том числе залегающих ь види' линз и проелось небольшой мощности в толще более проницаемых пород.Такое строение наиболее характерно для различных .лиголого - генетических комплексов четвертичных отложений ( аллювиальных, пролюви.ільши, перигляциальных и др.), в которых, как правило, и d.t-bvn-^tch процесс подтопления ;
- насыщенность территории '-.->р-у.гениями, в том числе и подземными ^ фунддал'тц, к; v.wymiK:'піц, ;,:,. нялы и др. ), что во многих
І" і' 1LXJ--FVT/ /)/'-"/-'Лг7гтг'\
І І *;* Г"
Ш,
і=Ш«:-::-$Ш;Ш
-UJ.
'Е
Zt -і' '? [:... а
-I
—t / г;
" К і і І
:----...-11
. . . о ,>^ТП ———t-r-r~rr:\
СС:Г,)!.Г!іи
/кссо'ліЗньч
с у і At. І і к и
сулгси ягссобидныв
Cljl/iL'ljKU
пскро&ные
7-у- Супеси
КіГси рзз.іичнои еруп юсти
KiKuapsSutH
^і, 9^і исполнителем I. / /4 n-r-"n-'-
іаршонпь/' погребенных почё
LAUHbt
коренньи Водоупорные
ко.челон?раты -^- -^-
Рисі Оснооные схемы /іита/іаг и чесхого строения подтагмиоаемыз: территорий
случаях существенно затрудняет , а зачастую делает невозможным осуществление стандартных ', хорошо известных методов опытно -фильтрационного опробования, таких , «как кустовые откачки или кустовые наливы ; . '
- - многочисленные неконтролируемые и непрогнозируемые утечки из водонесущих. коммуникаций и водосодержащих емкостей, что в результате делает практически невозможным выполнение длительных опытов ; ."'.',
- быстрота и масштабность развития процесса подтопления, что
вызывает необходимость массового опытно - фильтрационного опро
бования грунтов на больших 'территориях за достаточно короткое
время с целью получения максимально возможного набора фильтраци-
бнннх параметров грунтов, необходимых для расчетов.
Анализ литературных-данных и-собственный опыт участия автора в гидрогеологических изысканиях для обоснования прогноза и в про актировании защиты от подтопления застроенных территорий в различных' регионах страны позволяет заключить,что во многих случаях для .слабопроницаемых грунтов либо отсутствуют достаточно надежны методы рпрёделения фильтрационных параметров грунтов, либо они слишком громоздки в осуществлении и требуют больших затрат време ни , средств и труда , либо получаемый набор параметров ( а это 'зачастую всего один параметр, как правило, коэффициент фильтраци не удовлетворяет потребителя.
' ' ' ЦЕЛЬЮ ВЫПОЛНЕНИЙ ИССЛЕДОВАНИИ является совершенствование известных и разработка нбвых методов определения фильтрационных параметров грунтов при изысканиях-для обоснования прогноза подтопления и защитных мероприятий.
- разработка метода.определения комплекса фильтрационных
параметров грунтов зоны аэрации по данным специальных наливов
' в шурфы;.,"''' Л \
. - усовершенствование.метода определения фильтрационных пара
метров однородного слоя грунта в зоне аэрации по данным нали
вов воды в скважины; _
- разработка новых способов определения коэффициента фильт
рации разделяющих слабопроницаемых слоев грунта: '
а) в зоне аэрации по данным наливов в скважины;
1 ,' -7-- .
б) в обводненной зоне по данным экспресс -опро
бования скважин;
в) в обводненной зоне но данным режимных наблюде
ний за изменением УПВ;
, г) в зоне аэрации по данным наблюдений за формиро
ванием верховодки на слабопроницаемых линзах и
прослоях; ' ~
"- разработка рекомендаций по технологии проведения опытно -Нальтрационных. работ при .изысканиях для обоснования прогноза подтопления'И проектирования защитных мероприятий;
- апробация и внедрение новых методов в практику изыскатель
ских работ.'- "' '".'
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РА60ТЫ : ' <
1. Получены расчетные зависимости и разработаны методы расчета:
- комплекса из трех фильтрационных- параметров слабопроницае-
иых грунтов зоны аэрации,по данным натурных наблюдений при
мгновенных циклических наливах воды в шурфы;-'
-. фильтрационных параметров однородных слабопроницаемых грунтов зоны аэрации по данным наливов воды в скввнины в стационарных и нестационарных условиях; .
- коэффициента фильтрации разделяющих слабопроницаемых' ело-
эв грунта,в зоне аэрации по данным наливов в совершенные сква-
кины, в обводненной зоне по данным экспресс - опробования сква-
гаш и данньм- режимных наблюдений за изменением' УПВ, , в 'зенэ
аэрации по данным режимных наблюдений за формированием вврхо-.
водки на слабопроницаемых прослоях и линзах грунта. . . - '
2. Научно обоснованы некоторые' технологические' приемы по
проведению опытно - фильтрационных работ при изысканиях для
зрогноза подтопления и проектирования защитных мероприятий,
ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ : . ' ' -
методика определения комплекса из трех- фильтрационных тараметро'в (к , ц и нк ) слаОопроницаемых грунтов по данным мгновенных циклических наливов воды в шурф, исключающая раскопку шур-&а или бурение скважины для оценки глубины промачивания ;
методика определения коэффициента фильтрации и недостатка насыщения слаОопроницаемых грунтов по данным налива в несовершенную сквакину с постоянным расходом в зоне^ аэрации ;
методика определения коэффициента фильтрации слабонрони-
цазмоі'о разделяющего прослоя грунта в зоне аэрации по данным наливов в совершенные скважины с постоянным расходом ;
- методика определения коэффициента фильтрации слабопрони-цаемого разделяющего, прослоя грунта по данным режимных наблюдений.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ сводится к использованию разработанных методик при выполнении опытно -филь-' трационного опробования "и определении фильтрационных параметров грунтов для обоснования прогноза и защиты от подтопления крупных промшіощадок ( АвтоВАЗ .КамАЗ, ЕлАЗ ) и городских территорий ( жилые микрорайоны г.г. Тольятти, Елабуга, Набережные Челны ) в составе разработок , выполняемых институтом "Фундаментпроект" и ВНИИ ВОДГЕО Минстроя России.
' АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ .И ПУБЛИКАЦИИ . Основные' положения дис-сертации докладывались и обсуждались, на научно - технической конференции молодых специалистов ПНЬШС "
-ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РА60ТЫ. Диссертационная работа состоит
из введения,' четырех глав, выводов, содержит список литература
'из 166 наименований,, 64 рисунка, 32 таблицы. Общий объем работы
-278 страниц, в том числе,219 страниц основного текста.
, ' . -і
л. -
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю, доктору технических' наук Н.П.Куранову за неоценимую помощь при подготовке диссертационной работы и огромный вклад в'становление автора, как специалиста в области гидрогеологии. Автор также благодарен сотрудникам лаборатории дренажа промплощадок ВНИИ ВОДГЕО за внимание к работе, советы и замечания при её выполнении, а также сотрудникам института "Фундаментпроект" за моральную поддержку и 'помощь в оформлении работы.