Основы гидрогеологии. Классификация подземных вод
11. Нарисуйте схематический разрез. Покажите на разрезе характеристики водоносных горизонтов, указанные в задании.

Варианты Задания
11.1 Уровень, глубина залегания, области питания и разгрузки грунтовых вод; зоны аэрации и насыщения, мощность водоносного пласта, высота капиллярного поднятия, кровля водоупора
11.2 Кровля и подошва водоупоров артезианских вод, мощность водоносного пласта; области питания, транзита и разгрузки; пьезометрический уровень, высота напора над кровлей водоносного паста
11.3 Поток грунтовых вод, абсолютные или относительные отметки и глубина залегания уровней, мощность водоносного пласта
11.4 Кровля и подошва водоупоров межпластовых безнапорных вод, глубина залегания уровней, мощность водоносного горизонта, возможные области питания и дренирования
11.5 Возможный случай питания грунтовых вод речными, водоупорные и водовмещающие породы, глубина залегания уровня грунтовок вод, мощность водоносного пласта. Покажите, как изменятся условия питания и параметры грунтового потока при повышении или понижении уровня воды в реке
11.6 Возможный случай дренирования грунтовых вод рекой, водоупорные и водовмещающие пароды, глубина залегания уровня грунтовых вод, мощность водоносного пласта. Покажите, как изменятся условия дренирования и параметры грунтового потока при повышении уровня води в реке
10.7 Гидрогеологическое окно—возможный случай питания грунтовых вод артезианскими, водоупоры, уровень грунтовых и пьезометрический уровень артезианских вод

11.8. В чем принципиальное отличие водоносных слоев от водоупорных? Какие из перечисленных литологических разностей пород — пески, глинистые сланцы, известняки, галечники, соли, глины, аргиллиты — могут быть водоупором? Объясните почему.
Подземные воды — воды, которые находятся в толще горных пород в верхней части земной коры в жидком, твердом или парообразном состоянии. Подземные воды – это часть водных ресурсов планеты. В зависимости от характера пустот пород, вмещающих подземные воды выделяют следующие типы вод:  поровые находятся в галечниках, песках и других обломочных породах;  трещинные (жильные) находятся в скальных породах (песчаниках, гранитах); карстовые (трещинно-карстовые) находятся в растворимых породах (доломитах, гипсах, известняках и других).

Подземные воды, которые передвигаются под влиянием силы тяжести, называют свободными или гравитационными водами, в отличие от связанных вод (пленочные, гигроскопические, кристаллизационные и капиллярные воды). Толщи горных пород, насыщенные гравитационной водой, формируют водоносные горизонты, или пласты, которые составляют водоносные комплексы, горных пород, обладающих разной степенью влагоемкости, водоотдачи и водопроницаемости.
Глубина залегания грунтовых вод зависит от географических условий,  которые закономерно изменяются от полюсов к экватору. На территории Европейской части России средняя глубина грунтовых вод постепенно возрастает с севера на юг (в зоне тундры – близко к поверхности, в средней полосе – в нескольких метрах, на юге – в нескольких десятках метров). Нижний уровень грунтовых вод находится на глубине больше 10-12 км. Водоносные горизонты, которые залегают ниже грунтовых вод, изолируются от них слоями водонепроницаемых (водоупорных) или слабопроницаемых горных пород и называются горизонтами межпластовых вод. Они, как правило, располагаются под гидростатическим давлением (артезианские воды), более редко они имеют свободную поверхность, неограниченную верхним  водоупором  — безнапорные воды. Зона питания межпластовых вод располагается в местах выхода водовмещающих пород на поверхность (или же в местах их поверхностного залегания), кроме того питание осуществляется, и путем перетекания воды из иных водоносных горизонтов.

В зависимости от условий залегания и питания водоносных горизонтов выделяют следующие типы подземных вод: верховодка, грунтовые воды со свободной поверхностью, артезианские (напорные), безнапорные межпластовые.
 
Кроме того в зависимости от условий движения в водоносных слоях выделяют подземные воды, циркулирующие в рыхлых отложениях (глина, песок, гравий) и в трещиноватых скальных породах (камень, известняк).
 
Водоносные горизонты залегают на водоупорных или слабопроницаемых для воды горных породах.
 
Верховодкой называется подземная вода, которая находится на незначительной глубине (2-3 м) над водоупорными горизонтами, имеющими небольшое площадное распространение. В местах, где водоупоры заканчиваются, верховодка также теряется, перетекая в нижележащий, более постоянный водоносный горизонт. Запасы верховодки невелики и непостоянны и меняются в зависимости от количества выпадающих осадков. В засушливые времена, а также зимой верховодка, как правило, исчезает. Для водоснабжения верховодку обычно не используют, она легко загрязняется поверхностными инфильтрационными водами. Поэтому во время бурения скважин для водоснабжения верховодку нужно тщательно изолировать при помощи обсадных труб, для того чтобы избежать загрязнения нижележащего водоносного горизонта.

Водоносные горизонты грунтовых вод со свободной поверхностью находятся на ближайшем от дневной поверхности земли водоупорном слое. Содержащий их водоносный слой представлен рыхлыми зернистыми или же скальными трещиноватыми породами. Источником питания этого типа подземных вод является инфильтрация (просачивание) в глубину по всей площади распространения водоносного горизонта. Эти грунтовые воды легко могут загрязняться стоком животноводческих ферм, выгребных ям и т.д. Поэтому для использования этих грунтовых вод для питьевого водоснабжения необходимо обеспечить надежный санитарный контроль и организовать санитарно-защитную зону водозабора.
 
Уровень грунтовых вод в скважине устанавливается на той глубине, на какой он был вскрыт. Если водоносный пласт имеет водоупорные слои в виде линз, то после пересечения их во время бурения скважин может наблюдаться местный, как правило, небольшой напор.
Подземные воды, которые циркулируют в водоносных породах и расположены между двумя водоупорными слоями, могут быть безнапорными или обладают определенным напором (артезианские).
Грунтовые межпластовые безнапорные воды соединяются с дневной поверхностью водопроницаемыми слоями только на отдельных участках своего распространения, на остальной площади они хорошо защищены верхним водоупорным слоем от загрязнения с поверхности. При вскрытии водоносного горизонта его уровень в скважине устанавливается либо немного выше водоупорной кровли водоноса или же на границе верхнего водоупора и водоноса.
 
Артезианские водоносные горизонты залегают между двумя водоупорными слоями и надежно защищены от поверхностного загрязнения. В отличие от грунтовых вод они часто имеют удаленную область питания — за несколько километров, а иногда даже за десятки и сотни километров. При пересечении скважиной уровень артезианской воды устанавливается значительно выше верхнего водоупора водоносного горизонта, а временами артезианская вода сама вытекает из скважины (фонтанирует). На участках питания артезианские воды приобретают характер грунтовых со свободной поверхностью или межпластовых грунтовых вод.
 Подземные воды всех приведенных видов могут находиться в пустотах рыхлых зернистых отложений или в трещинах скальных пород. В последнем варианте подземные воды, относящиеся к любому из указанных видов, получают дополнительное название трещинных.
 Площади распространения водоносных горизонтов и их комплексов, в пределах которых есть условия для отбора подземных вод определенного состава, соответствующего установленным кондициям, в количестве, достаточном для целесообразного их использования, называются месторождениями подземных вод.

11.9. В чем принципиальное отличие водоносных слоев от водоупорных? Какие из перечисленных литологических разностей пород — супеси, трещиноватые гранита и доломиты, гравий, суглинки, аргиллиты, массивные не выветренные доломиты и граниты —могут быть водоносными?. Объясните почему.

Крепостью горной породы принято характеризовать ее сопротивляемость  разрушению  проф. М. М. Протодьяконов в 1926 г. предложил классификацию всех горных пород по их крепости.
В основу этой классификации положена мысль о том, что сопротивляемость горной породы любым видам разрушения (бурению различными способами, взрыванию и т.п.).
 Крепость горной породы есть комплексная характеристика породы, определяемая целым рядом ее физико-механических свойств, оказывающих влияние на процесс ее разрушения при бурении. Крепость горной породы есть величина постоянная, не зависящая от способа бурения.
Ориентировочно коэффициент крепости I может быть принят равным 0,01 от предела прочности горной породы при одноосном сжатии   (I = 0,01   осж).
Буримость породы — это величина углубки скважины за единицу времени чистого бурения (механическая скорость бурения). Она оценивается  в  м/ч,   см/мин,   мм/мин.
Буримость пород устанавливается опытным путем для определенных горных пород и породоразрушающих инструментов при рациональных режимах бурений. Так как при различных способах бурения механизм разрушения горных пород различен, то и буримость одной и той же породы при различных способах бурения будет различной. Буримость породы характеризуется следующими показателями: механической скоростью бурения, величиной проходки до допустимого износа породоразрушающего инструмента, затратой времени на проходку 1 м скважины. Эти величины зависят не только от свойств породы, но и от вида и конструкции породоразрушающего инструмента и параметров режима бурения. По мере усовершенствования породоразрушающих инструментов и технологических параметров «буримость»  пород повышается.
В настоящее время существует большое количество шкал буримости пород различными породоразрушающими инструментами и различными способами. Эти шкалы не увязаны друг с другом.
Горные породы по буримости для вращательного колонкового бурения разделены на двенадцать категорий х. Критерием отнесения породы к той или иной категории буримости является углубка скважины за 1 ч чистого бурения при определенных условиях (тип и диаметр буровой коронки, глубина скважины и т. д.). При отклонениях от установленных (стандартных) условий вводятся поправочные коэффициенты.
По пластичности Л. А. Шрейнер разделил породы на шесть категорий.
Объемное разрушение происходит, когда на контакте резцов (зубков) породоразрушающего инструмента с породой возникает напряжение, превосходящее твердость породы на вдавливание (критическое  напряжение):
При бурении разрушается не только порода; одновременно происходит износ (затупление) резцов. В этом случае разрушение породы при бурении будет происходить только вследствие сил трения, возникающих на контакте лезвий с породой.  Этот вид разрушения неэффективен.
 
В зависимости от категории пород по буримости и других факторов ВИЭМСом разработаны сметные нормы на бурение скважин, вошедшие в соответствующий справочник ССН-92.
Классификация горных пород для механического вращательного бурения скважин
Категориягорныхпород Характерные породы для каждой категории
1 2
I Торф и растительный слой без корней; рыхлые лесс, пески (не плывуны), супеси без гальки и щебня; ил влажный и иловатые грунты; суглинки лессовидные; трепел: мел слабый.
II Торф и растительный слой с корнями или с небольшой примесью мелкой (до 3 см) гальки и щебня; супеси и суглинки с примесью до 20% мелкой (до 3 см) гальки или щебня; пески плотные; суглинок плотный; лёсс; мергель рыхлый; плывун без напора; лёд; глины средней плотности (ленточные и пластичные); мел; диатомит; сажи; каменная соль (галит); нацело каолинизированные продукты выветривания изверженных и метаморфизованных пород; железная руда охристая.
III Суглинки и супеси с примесью свыше 20% мелкой (до 3 см) гальки или щебня; лесе плотный; дресва; плывун напорный; глины с частыми прослоями (до 5 см) слабосцементированных песчаников и мергелей, плотные, мергелистые, загипсованные, песчанистые; алевролиты глинистые слабосцементированные; песчаники, слабосцементированные глинистым и иэвестковистым цементом; мергель; известняк-ракушечник; мел плотный; магнезит; гипс тонкокристаллический, выветрелый; каменный уголь слабый; бурый уголь; сланцы тальковые, разрушенные всех разновидностей; марганцевая руда; железная руда окисленная, рыхлая; бокситы глинистые.
IV Галечник, состоящий из мелких галек осадочных пород; мерзлые водоносные пески, ил, торф; алевролиты плотные глинистые; песчаники глинистые; мергель плотный; неплотные известняки и доломиты; магнезит плотный; пористые известняки, туфы; опоки глинистые; гипс кристаллический; ангидрит; калийные соли; каменный уголь средней твердости; бурый уголь крепкий; каолин (первичный); сланцы глинистые, песчано-глинистые, горючие, углистые, алевролитовые; серпентиниты (змеевики) сильновыветрелые и оталькованные; неплотные скарны хлоритового и амфибол-слюдистого состава; апатит кристаллический; сильновыветрелые дуниты, перидотиты; кимберлиты, затронутые выветриванием; мартитовые и им подобные руды, сильновыветрелые; железная руда мягкая вязкая; бокситы.
V Галечно-щебенистые грунты; галечник мерзлый, связанный глинистым или песчано-глинистым материалом с ледяными прослойками; мерзлые: песок крупнозернистый и дресва, ил плотный, глины песчанистые, песчаники на известковистом и железистом цементе; алевролиты; аргиллиты; глины аргиллитоподобные, весьма плотные, плотные сильнопесчанистые; конгломерат осадочных пород на песчано-глинистом или другом пористом цементе; известняки; мрамор; доломиты мергелистые; ангидрит весьма плотный; опоки пористые выветрелые; каменный уголь твердый; антрацит, фосфориты желваковые; сланцы глинисто-слюдяные, слюдяные, тальково-хлоритовые, хлоритовые, хлорито-глинистые, серицитовые; серпентиниты (змеевики); выветрелые альбитофиры, кератофиры; туфы серпентинизированные вулканические; дуниты, затронутые выветриванием; кимберлиты брекчиевидные; мартитовые и им подобные руды, неплотные.
VI Ангидриты плотные, загрязненные туфогенным материалом; глины плотные мерзлые; глины плотные с прослоями доломита и сидеритов; конгломерат осадочных пород на известковистом цементе; песчаники полевошпатовые, кварцево-известковистые; алевролиты с включением кварца; известняки плотные доломитизированные, скарнированные; доломиты плотные; опоки; сланцы глинистые, кварцево-серицитовые, кварцево-слюдяные, кварцево-хлоритовые, кварцево-хлорито-серицитовые, кровельные; хлоритизированные и рассланцованные альбитофиры, кератофиры, порфириты; габбро; аргиллиты, слабоокремненные; дуниты, не затронутые выветриванием; перидотиты, затронутые выветриванием; амфиболиты; пироксениты крупнокристаллические; тальково-карбонатные породы; апатиты, скарны эпидото-кальцитовые; колчедан сыпучий; бурые железняки ноздреватые; гематито-мартитовые руды; сидериты.
VII Аргиллиты окремненные; галечник изверженных и метаморфических пород (речник); щебень мелкий без валунов; конгломераты с галькой (до 50%) изверженных пород на песчано-глинистом цементе; конгломераты осадочных пород на кремнистом цементе; песчаники кварцевые; доломиты весьма плотные; окварцованные полевошпатовые песчаники, известняки; каолин агальматолитовый; опоки крепкие плотные; фосфоритовая плита; сланцы слабоокремненные; амфибол-магнетитовые, куммингтонитовые, роговообманковые, хлорито-роговообманковые; слаборассланцованные альбитофиры, кератофиры, порфиры, порфириты, диабазовые туфы; затронутые выветриванием: порфиры, порфириты; крупно- и среднезернистые, затронутые выветриванием граниты, сиениты, диориты, габбро и другие изверженные породы; пироксениты, пироксениты рудные; кимберлиты базальтовидные; скарны кальцитосодержащие авгито-гранатовые; кварцы пористые (трещиноватые, ноздреватые, охристые); бурые железняки ноздреватые пористые; хромиты; сульфидные руды; мартито-сидеритовые и гематитовые руды; амфибол-магнетитовые руды.
VIII Аргиллиты кремнистые; конгломераты изверженных пород на известковистом цементе; доломиты окварцованные; окремненные известняки и доломиты; фосфориты плотные пластовые; сланцы окремненные: кварцево-хлоритовые, кварцево-сери-цитовые, кварцево-хлорито-эпидотовые, слюдяные; гнейсы; среднезернистые альбитофиры и кератофиры; базальты выветрелые; диабазы; порфиры и порфириты; андезиты; диориты, не затронутые выветриванием; лабрадориты; перидотиты; мелкозернистые, затронутые выветриванием граниты, сиениты, габбро; затронутые выветриванием гранито-гнейсы, пегматиты, кварцево-турмалиновые породы; скарны крупно- и среднезернистые кристаллические авгито-гранатовые, авгито-эпидотовые; эпидозиты; кварцево-карбонатные и кварцево-баритовые породы; бурые железняки пористые; гидрогематитовые руды плотные; кварциты гематитовые, магнетитовые; колчедан плотный; бокситы диаспоровые.
IX Базальты, не затронутые выветриванием; конгломераты изверженных пород на кремнистом цементе; известняки карстовые; кремнистые песчаники, известняки; доломиты кремнистые; фосфориты пластовые окремненные; сланцы кремнистые; кварциты магнетитовые и гематитовые тонкополосчатые, плотные мартито-магнетитовые; роговики амфибол-магнетитовые и сирицитизированные; альбитофиры и кератофиры; трахиты; порфиры окварцованные; диабазы тонкокристаллические; туфы окремненные; ороговикованные; затронутые выветриванием липариты, микрограннты; крупно- и среднезернистые граниты, гранито-гнейсы, гранодиориты; сиениты; габбро-нориты; пегматиты; березиты; скарны мелкокристаллические авгито-эпидото-гранатовые; датолито-гранато-геденбергитовые; скарны крупнозернистые, гранатовые; окварцованные амфиболит, колчедан; кварцево-турмалиновые породы, не затронутые выветриванием; бурые железняки плотные; кварцы со значительным количеством колчедана; бариты плотные.
X Валунно-галечные отложения изверженных и метаморфизованных пород; песчаники кварцевые сливные; джеспилиты; затронутые выветриванием, фосфатно-кремнистые породы; кварциты неравномернозернистые; роговики с вкрапленностью сульфидов; кварцевые альбитофиры и кератофиры; липариты; мелкозернистые граниты, гранито-гнейсы и гранодиориты; микрограниты; пегматиты плотные, сильно кварцевые; скарны мелкозернистые гранатовые, датолито-гранатовые; магнетитовые и мартитовые руды, плотные, с прослойками роговиков; бурые железняки окремненные; кварц жильный; порфириты сильно окварцованные и ороговикованные.
XI Альбитофиры тонкозернистые, ороговикованные; джеспилиты, не затронутые выветриванием; сланцы яшмовидные кремнистые; кварциты; роговики железистые, очень твердые; кварц плотный; корундовые породы; джеспилиты гематито-мартитовые и гематито-магнетитовые.
XII Совершенно не затронутые выветриванием монолито-сливные джеспилиты, кремень, яшмы, роговики, кварциты, эгириновые и корундовые породы.
 
Классификация характерных представителей горных пород по буримости при шнековом бурении
Категория горнойпороды Характерные представители горных пород для каждой категории
I Растительный слой и торф с небольшой примесью гальки и гравия, иловатые грунты. Лессовидные рыхлые суглинки, рыхлый лесс, трепел.
II Рыхлые пески и песчано-глинистые грунты с примесью (до 10%) мелкой гальки и гравия. Глины ленточные, пластичные, песчаные. Диатомит. Сажи.
III Песчано-глинистые грунты с примесью (10-30%) мелкой гальки, щебня и гравия. Рыхлые мергели, плотные глины и суглинки, слежавшийся лесс, мел слабый. Сухие пески, уголь бурый, плывуны.
IV Песчано-глинистые грунты со значительной (свыше 30%) примесью гальки и щебня. Плотные вязкие глины, валунные глины, каолин. Пористый известняк-ракушечник, плотный мел, гипс, бокситы, ангидрит, фосфориты, опока, каменная соль, каменный уголь. Мерзлые грунты; песок, ил, торф, суглинки.
V Мерзлые глины аргиллитоподобные, весьма плотные, глинистый песчаник плотный; крупнозернистый песчаник с примесью галечника. Плотный ил и дресна с ледяными прослоями. Лед.
VI Мерзлые: галечники, связанные глинистыми или песчано-глинистыми материалами; плотные глины с включением доломитов и сидеритов; глины плотные. Валунно-галечные отложения.
Классификация горных пород по буримости для ударно-канатного бурения при разведке россыпных месторождений
Категорияпороды Горные породы, типичные для каждой категории
1 2
I Растительный слой и рыхлые пески, торф и растительный слой с примесью глины и песка, чернозем нормальной влажности, устойчивые слабосцементированные (неплывунные) пески и рыхлые песчано-глинистые фунты (супеси) без гальки и щебня, рыхлый лёсс; водоносные илы и болотные фунты, не дающие пробки.
II Несвязанные мелкогалечные и песчано-глинистые фунты, устойчивые пески и супеси, связанные глиной, с небольшой примесью гальки и щебня, не связанные глиной; песчано-глинистые фунты с небольшим количеством гальки и щебня; лёсс, лёссовидные суглинки, каолин; плывуны, дающие пробку и лед.
III Глинистые и связанные глиной галечные фунты с редкими валунами; крупногалечные и песчано-шебневые грунты, слабосцементированные глиной, плотная сухая или сырая, жирная, вязкая глина, плотные суглинки; рыхлые каолинизированные продукты выветривания изверженных и метаморфизованных пород, каменный уголь, рыхлый мергель, глинистые сланцы, пористые известняки и туфы; сильноразрушенные коренные породы, превращенные в дресву и прочие мелкие продукты выветривания.
IV Плотносцементированные крупногалечные грунты с редкими валунами; крепкий каменный уголь, каменная соль, бокситы, мергель, аргиллиты, опоки, известняк-ракушечник, магнезит, мокрая мягкая железная руда; плотная сухая или жирная вязкая глина (месника) с крупной галькой, щебнем и ребровиком; крупногалечные грунты, сцементированные плотной жирной глиной (месникой); плотные щебенистые грунты, сцементированные глиной, с крупными угловатыми обломками (элювия, валунные глины); разрушенные мелкоразборные (в плотике): песчаники, известняки; глинистые, песчано-глинистые, углистые, слюдистые и известковистые сланцы; плотные мергели; сталькованные и плотные породы с частыми трещинами.
V Кристаллический гипс, крепкий каменный уголь с включением конкреций колчедана и кремния; доломиты, конгломерат («запека» или «горелка») с песчано-глинистым веществом между галькой, скрепленной железистым, известковистым и прочим средней крепости цементом; сильновалунистые грунты с содержанием от 20 до 40% крупных (диаметром до 0,3 м) валунов и угловатые, беспорядочно расположенные обломки плотика (ребровики, плиты, глыбы); крупноразборные трещиноватые (в плотике) песчаники; известняки песчано-глинистые, глинистые, углистые, тальковые и слюдистые сланцы и прочие коренные породы средней трещиноватости.
VI Сильновалунистые грунты с содержанием свыше 40% крупных валунов (диаметр до 0,5 м), требующих применения взрывных работ; трещиноватые (в плотике); метаморфические и кристаллические сланцы, изверженные (граниты, диориты, сиениты, габбро и др.) и крепкие осадочные (известняки, доломиты, песчаники, толстослоистые сланцы и др.) породы.
Классификация горных пород по буримости при ударно-канатном бурении (исключая разведку россыпных месторождений)
Категорияпороды Горные породы, типичные для каждой категории
I Торф и растительный слой без корней, рыхлые пески, иловатые породы, болотные фунты, рыхлые песчано-глинистые фунты (супеси) без гальки и щебня, лессовидные суглинки; рыхлый лёсс, трепел.
II Торф и растительный слой с корнями или с небольшой примесью мелкой гальки и фавия; рыхлые песчано-глинистые фунты с примесью (до 20%) мелкой гальки и фавия; разновидности песков, не вошедших в 1 и Ш категории; глины ленточные, пластичные, песчаные, диатомит, сажи, увлажненный слабый мел.
III Песчано-глинистые фунты со значительной примесью (свыше 20%) щебня, гравия и мелкой гальки; рыхлые мергели; плотные глины и суглинки, слежавшийся лёсс, мел; сухие пески, лед чистый.
IV Песчано-глинистые фунты со значительной примесью (свыше 20%) щебня, фавия и мелкой гальки; рыхлые мергели; плотные глины и суглинки, слежавшийся лёсс, мел; сухие пески, лед чистый.
V Мелкий галечник без валунов; аспидные, кровельные, слюдистые сланцы; песчаники на известковистом и железистом цементе; известняки, доломиты, мрамор; аргиллиты, ангидриты и ноздреватые бурые железняки; крепкий каменный уголь; выветрелые изверженные породы: фаниты, сиениты, диориты, габбро и т.п.; конгломераты осадочных пород на известковом цементе; мерзлые фунты: маловодоносные пески и ил, песчанистые глины, плотные влажные глины, галечники, связанные глинистым материалом с ледяными прослойками.
VI Крупный галечник с небольшим количеством мелких валунов; окварцованные сланцы известняки и песчаники; крупнозернистые изверженные породы: фаниты, диориты, сиениты, габбро, гнейсы, порфиры и пегматиты, конгломераты осадочных пород на кремнистом цементе.
VII Галечник с большим количеством крупных валунов, валуны кристаллических пород; кремнистые сланцы, известняки; песчаники; мелкозернистые изверженные породы; фаниты, сиениты, диориты, габбро; плотные и сильнокварцевые пегматиты; конгломераты кристаллических пород на кремнистом цементе.

11.10. Что такое гидроизогипсы и карты гидроизогипс? Каково их практическое значение?

Карта гидроизогипс имеет большое практическое значение при сооружении гидроузлов, проектировании водоснабжения на базе грунтовых вод, выборе промышленной площадки и разработке осушительных мероприятий. По карте гидроизогипс можно определить:1. Направление движения грунтовых вод путем проведения нормали к двум гидроизогипсам в сторону меньших отметок. Направление движения показывается на всем изучаемом участке и особое внимание обращается на зоны, где оно изменяется.2. Величину уклона подземных вод и изменения в уклоне на различных участках.3. Глубину залегания грунтовых вод по разности отметок поверхностей земли и гидроизогипс.4. Область питания (участки замкнутых гидроизогипс с высокими отметками) и область разгрузки, т. е. область выхода грунтовых вод на поверхность. Водоразделы грунтовых вод характеризуют зоны изменения их направления: поток расходится в разные стороны. Дренирующие участки, напротив, являются зонами, где суммируются потоки, идущие из разных областей.
5. Связь грунтовых вод с поверхностными: если они направлены к реке, то дренируются рекой, и, наоборот, река питает грунтовые воды, когда они направлены от реки.6. Расход плоского грунтового потока шириной

11.11. Что такое родники? Где они образуются и какое значение имеют?

Родни́к (исто́чник, ключ, крини́ца) — естественный выход подземных вод на земную поверхность на суше или под водой (подводный источник).
Образование источников может быть обусловлено различными факторами:
пересечением водоносных горизонтов отрицательными формами современного рельефа (например, речными долинами, балками, оврагами, озёрными котловинами),
геолого-структурными особенностями местности (наличием трещин, зон тектонических нарушений, контактов изверженных и осадочных пород),
фильтрационной неоднородностью водовмещающих пород и др.
Родники бывают: восходящими — напорными и нисходящими — безнапорными; временно действующими (сезонными) и постоянно действующими и др.
По температуре родники делятся на холодные, тёплые, горячие, кипящие.
По классификации советского гидрогеолога А. М. Овчинникова выделяется три группы источников в зависимости от питания водами верховодки, грунтовыми или артезианскими водами.
Источники первой группы, питающиеся верховодкой, располагающиеся обычно в зоне аэрации, имеют резкие колебания дебита(вплоть до полного иссякания), химического состава и температуры воды.
Источники, питающиеся грунтовыми водами, отличаются большим постоянством во времени, но также подвержены сезонным колебаниям дебита, состава и температуры. Они подразделяются на эрозионные (появляющиеся в результате углубления речной сети и вскрытия водоносных горизонтов), контактные (приуроченные к контактам пород различной водопроницаемости) и переливающиеся (обычно восходящие, связанные с фациальной изменчивостью пластов или с тектоническими нарушениями).
Источники артезианских вод отличаются наибольшим постоянством режима; они приурочены к областям разгрузки артезианских бассейнов.
Химический и газовый состав воды источников разнообразен; он определяется, главным образом, составом разгружающихся подземных вод и общими гидрогеологическими условиями района.

11.12. Что такое дренаж? В каких случаях используют этот термин?

а) Отвод от сооружений подземных вод, осушение почвы с помощью дрен (в сельском хозяйстве и строительстве). б) Система дрен. 2) а) Выведение жидкости (гноя, выпота и т.п.) из раны или полости тела с помощью трубок, резиновых или марлевых полосок (в медицине). б) Трубка, резиновая или марлевая полоска для выведения жидкости из раны или полости тела.

11.13. Какие дренажные сооружения вы знаете на территории г. Челябинска или других населенных пунктов?

Для защиты от подземных вод в глинистых грунтах следует проектировать пристенные дренажи. Пристенный дренаж, как правило, должен закладываться на отметках не ниже подошвы фундамента. Пристенный дренаж прокладывают по контуру сооружения с наружной стороны. Расстояние между дренажом и стеной определяется шириной фундамента и размещением смотровых колодцев.
Пластовые дренажи следует применять при наличии под подземными сооружениями мощного водоносного пласта в случаях недостаточной эффективности применения кольцевого или пристенного дренажа. Пластовые дренажи следует устраивать во всех случаях при наличии напорных вод. Пластовые дренажи применяют также для защиты подземных сооружений в глинистых грунтах — в зоне капиллярного увлажнения.
Тип и конструкцию дренажа назначают в зависимости от конкретных условий, с учетом выбора рационального метода, современных материалов (см. раздел 6.1) и технико-экономического обоснования. Глубина заложения дренажей должна быть не менее глубины промерзания грунтов.
Продольные уклоны дренажа рекомендуется принимать не менее 0,002 для глинистых грунтов и 0,003 — для песков. Наибольшие уклоны дренажей следует определять, исходя из максимально допустимой скорости течения воды в трубах — 1,0 м/сек.
При проектировании уклонов дренажей следует обеспечивать скорости воды в трубах, при которых не происходит их заиливание.
Допускаемое отклонение от проектного расположения трубчатого дренажа в плане не должно превышать 500 мм. Допускаемое отклонение оси трубы по горизонтали должно составлять не более 50 мм, а по вертикали — не более 20 мм.
Смотровые колодцы следует проектировать в местах поворота трассы и изменения уклонов, на перепадах, а также между этими точками при больших расстояниях. На прямых участках дренажа нормальное расстояние между смотровыми колодцами составляет 40 м, а наибольшее — 50 м.
Расположение дренажных систем как в плане, так и по глубине, относительно фундаментов определяют расчетом с целью исключения их влияния на осадки сооружений.
При заложении дренажа ниже подошвы фундаментов с целью исключения суффозии грунта особое внимание следует обратить на правильный подбор и устройство дренажных обсыпок, на качество заделки швов и отверстий в колодцах, а также на мероприятия, исключающие влияние отрывки траншей на осадки сооружений.
При расположении дренажа в песках гравелистых, крупных и средней крупности (при среднем диаметре частиц 0,3 — 0,4 мм и крупнее) устраивают однослойные обсыпки из гравия и щебня.
При расположении дренажа в песках средней крупности со средним диаметром частиц менее 0,3 — 0,4 мм, а также в мелких и пылеватых песках, супесях и при слоистом строении водоносного пласта, устраивают двухслойные обсыпки. Внутренний слой обсыпки устраивают из гравия или щебня, а внешний — из песка.
Материалы для дренирующих обсыпок должны быть чистыми и не должны содержать более 3 — 5 % по массе частиц с диаметром менее 0,1 мм. Толщина одного слоя дренирующей гравийной обсыпки должна быть не менее 15 см, песчаной — не менее 10 см.
В слабых грунтах с недостаточной несущей способностью дренаж должен быть уложен на искусственное основание.
Применение конструкций дренажей типа «Delta» и других из современных материалов, в том числе из геокомпозитов (см. раздел 6.1), исключает выполнение традиционных песчано-гравийных обсыпок и позволяет обеспечить две основные функции — водоотводящую и защитную.
Расчет дренажей должен включать фильтрационные расчеты (приток и положение сниженного УПВ), гидравлические расчеты (пропуск каптированных подземных вод через сооружения дренажа) и подбор песчано-гравийных обсыпок.
При назначении конструктивных параметров дренажей следует обеспечить их водозахватную и водопропускную способность, достаточную прочность при воздействии внешних статических и динамических нагрузок и агрессивных подземных вод.

12. Буровой скважиной (абс. отметка устья 54,6 м) вскрыты (сверху вниз) следующие слои (м): до 10,4 —супеси,10,4…25,6 — твердые глины, 25,6…32,0 —пески крупные и глубже —суглинки, вскрытая мощность которых 8,0 м. Уровень первого водоносного горизонта установился на глубине 4,2 м от устья скважины. Уровень второго водоносного горизонта появился на глубине 25,6 м и установился в обсадных трубах на глубине 1,5 м от устья скважины. Начертите схематическую колонку скважины (смотрите образец на рис. 12, стр. 17) и определите то, что указано в задании.
Варианты Задания
12.1 Какие типы водоносных горизонтов встречены при бурении? На какой глубине?
12.2 Мощности водоносных горизонтов, зоны аэрации и верхнего водоупора
12.3 Абсолютные отметки кровли водоупоров, УГВ и пьезометрического уровня
12.4 Напор над кровлей нижнего водоупора и подошвой верхнего водоупора
12.5 Если поднять обсадные трубы из скважины без тампонажа, то станет ли возможна гидравлическая связь вскрытых водоносных горизонтов; куда при наличии гидравлической связи будет двигаться вода, вверх или вниз по скважине? Объясните.
12.6 При проходе котлована на месте скважины, при какой его глубине в котлован начнут поступать подземные воды, какие и потребуется ли водоотлив?
12.7. На какой абсолютной отметке, на какой глубине от поверхности земли за-легает зона капиллярного увлажнения грунтов, замачивающая фундамен-ты?

она аэрации расположена между поверхностью земли и уровнем грунтовых вод. В этой зоне, непосредственно связанной с атмосферой и почвенным покровом, наблюдается просачивание атмосферных осадков из поверхностных вод вглубь, в сторону зоны насыщения. Поры горных пород в зоне аэрации лишь частично заполнены водой, остальная часть их занята воздухом. Зона аэрации играет важную роль в формировании подземных вод. Мощность, т. е. толщина зоны аэрации, колеблется от нуля в заболоченных низинах до нескольких сотен метров в горных районах с сильно расчлененным рельефом.Непосредственно над поверхностью подземных вод располагается зона повышенной влажности — капиллярная кайма.Зона насыщения горных пород расположена ниже уровня грунтовых вод. В этой зоне все поры, трещины, каверны и другие пустоты заполнены гравитационной водой.Подземные воды в зоне насыщения циркулируют в виде верховодок, грунтовых, артезианских, трещинных и вод вечной мерзлоты.Верховодки — это временные скопления подземных вод в зоне аэрации. Верховодки образуются над локальными водоупорами (или полуводоупорами), которыми могут быть линзы глин и суглинков в песке, прослойки более плотных пород. При инфильтрации вода временно задерживается и образует сводообразные водоносные горизонты. Чаще всего это бывает связано с периодом обильного снеготаяния, периодом дождей. В остальное время вода верховодок испаряется или просачивается (стекает) в нижележащие грунтовые воды.Другой особенностью верховодок является возможность их образования даже при отсутствии в зоне аэрации каких-либо водоупорных пропластков. Например, в толщу суглинков обильно поступает вода, но вследствие низкой водопроницаемости просачивание происходит замедленно и в верхней части толщи образуется верховодка. Через некоторое время эта вода рассасывается.В целом для верховодок характерно: временный, чаще сезонный характер, небольшая площадь распространения, малая мощность и безнапорность. В легко водопроницаемых породах, например песках, верховодки возникают сравнительно редко. Более типичны их появления в различных суглинках и лессовых породах.Верховодки представляют значительную опасность для строительства. Залегая в пределах подземных частей зданий и сооружений (подвалы, котельные и др.), они могут вызвать их подтопление, если заранее не было предусмотрено дренирование или гидроизоляция. В последнее время в результате значительных утечек воды из водонесущих коммуникаций (водопровод, бассейны и др.) отмечено появление горизонтов верховодок на территориях промышленных объектов и новых жилых районов, расположенных в зоне распространения лессовых пород. Это представляет серьезную опасность, так как грунты оснований снижают свою устойчивость, затрудняется эксплуатация зданий и сооружений.При инженерно-геологических изысканиях, проводимых в сухое время года, верховодка не всегда обнаруживается. Поэтому ее появление для строителей может быть неожиданным, хотя по определенным признакам изыскатели способны прогнозировать ее появление.Грунтовые воды. Грунтовыми называют постоянные во времени и значительные по площади распространения горизонты подземных вод, залегающие на первом от поверхности «выдержанном» водоупоре. Они характеризуются рядом признаков:1. Грунтовые воды имеют свободную поверхность, т. е. сверху они не перекрыты водоупорными слоями. Свободная поверхность грунтовых вод называется зеркалом (в разрезе уровень). Положение зеркала в какой-то мере отвечает рельефу данной местности. Глубина залегания уровня от поверхности различ на — от 1 до 50 м и более. Положение уровня по ряду причин непостоянно. Водоупор, на котором лежит водоносный слой, называют ложем, а расстояние от водоупора до уровня подземных вод — мощностью водоносного слоя (рис. 64).Грунтовые воды в силу наличия свободной поверхности без- напорны. Иногда они могут проявить так называемый местный напор, связанный с залеганием линзы глины в уровне зеркала (рис. 65).2. Питание грунтовых вод происходит главным образом за счет атмосферных осадков, а также поступления воды из поверхностных водоемов и рек. Территория, на которой происходит питание, ориентировочно совпадает с площадью распространения грунтовых вод. Грунтовая вода открыта для проникновения в нее поверхностных вод, что приводит к изменению ее состава во времени и нередко к загрязнению различными вредными примесями.3. Грунтовые воды находятся в непрерывном движении и, как правило, образуют потоки, которые направлены в сторону общего уклона водоупора. В отдельных случаях их залегание имеет форму грунтовых бассейнов (рис. 66), т. е. вода находится в неподвижном состоянии. Грунтовые потоки нередко выходят на поверхность, образуя родники или создавая локальную по площади заболоченность.4. Количество, качество и глубина залегания грунтовых вод зависят от геологических условий местности и климатических факторов. Зеркало грунтовых вод в целом в какой-то мере копирует рельеф земной поверхности в пределах их расположения. По степени минерализации воды преимущественно пресные, реже солоноватые и соленые, состав гидрокарбонатно-кальциевый, сульфатный и сульфатно-хлоридный. 

 
Рис. 65. Схема возникновения местного напора:1 — водоносный горизонт грунтовых вод;2 — линза глины в толще песка; 3 — зеркало грунтовой воды (уровень); 4 — водоупор;Н — высота (величина) местного напора  
Грунтовые воды имеют практически повсеместное распространение. В площадном распределении грунтовых вод имеется определенная зональность. Выделяют следующие четыре зоны.
Грунтовые воды речных долин. Глубина залегания изменяется от 1 см до 10—15 м. Вода залегает в аллювиальных отложениях, слабо минерализована, широко используется для водоснабжения.
Грунтовые воды ледниковых отложений. На европейской территории России ледниковые отложения представлены разнообразными обломочными породами, среди которых много водоносных слоев. Вода обильная, слабо минерализованная, широко используется для водоснабжения.
Грунтовые воды полупустынь и пустынь. Это районы с малым количеством атмосферных осадков (до 200 мм в год) и значительным испарением. Воды обычно мало, залегает она глубоко и имеет высокую минерализацию.

12.1. В скважине, описание которой приведено в задаче 12, уровень первого водоносного горизонта установился на абсолютной отметке 51,8 м, а второго — на абсолютной отметке 52,9 м. Начертите схематическую колонку скважины и выполните задание.
Варианты Задания
12.1.8 Какие типы подземных вод встречены при бурении? На какой глубине?
12.1.9 Мощности водоносных горизонтов, зона аэрации и верхнего водоупора.
12.1.10 Напор над подошвой верхнего и над кровлей нижнего водоупора.
12.1.11 Возможна ли гидравлическая связь между вскрытыми водоносными слоями, если осадочные трубы извлекут из скважины без тампонирования? Если да, то куда при этом будет двигаться вода, вверх или вниз по скважине?
12.1.12 На какой абсолютной отметке, на какой глубине от поверхности земли залегает зона капиллярного увлажнения грунтов, замачивающая фундаменты?
12.1.13 При проходке котлована на месте скважины, на какой глубине будут встречены подземные воды? Какие?

Межпластовые воды могут быть напорными и безнапорными. Напорными они становятся тогда, когда вода нацело заполняет водоносный слой от кровли нижнего водоупора до подошвы верхнего водоупора. Безнапорными являются воды, не заполняющие пласты по всему его сечению. К напорным всегда относятся артезианские воды. По типу своему это те же межпластовые воды, приуроченные к синклинальным или мульдовым, а иногда и моноклинальным структурам.
Артезианские воды питаются за счет инфильтрации атмосферных вод и имеют в пределах распространения области питания и разгрузки. При вскрытии скважиной водоносного артезианского горизонта уровень воды в скважине устанавливается выше кровли водоносного слоя. Этот уровень называют пьезометрическим и соответственно его положению артезианские воды могут быть самоизливающимися — фонтанирующими и не изливающимися. Напор воды в скважине измеряется высотой по вертикали от кровли водоносного горизонта до пьезометрического уровня.

13. При выполнении разведочных работ пробурено 12 скважин, расположенных в плане в углах квадратной сетки, как показано на рис. 4.14, на расстоянии 25 м друг от друга. В табл. 13 приведены абсолютные отметки устьев скважин (в числителе) и результаты одновременного замера глубин залегания уровней грунтовых вод (в знаменателе). Используя эти данные, постройте на топографической основе карту гидроизогипс масштаба 1:500, приняв сечение горизонталей и гидроизогипс через 1 м. На карте покажите направление потока и выделите участки с глубиной залегания уровня грунтовых вод менее 2 м. Напишите определение «гидроизогипс» и условные обозначения к карте.
Таблица 13
На карте указать направление потока и выделить участки с глубиной залегания уровня грунтовых вод менее 2м

Номера скважин

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Отм. устья/глубина УГВ 13,14,1 12,2/ 3,9 10,8/ 2,7 11,3/ 5,6 13,6/ 3,6 12,5/ 2,0 12,2/ 1,6 13,4/ 2,8 16,1/ 3,5 15,3/ 3,2 14,7/ 0,9 13,5/ 0,3
Отметка УГВ 9,0 8,3 8,1 5,7 10,0 10,5 10,6 10,6 12,6 12,1 13,8 13,2

720090901065К карте необходимо написать условные обозначения: что обозначают цифры в числителе и знаменателе, что – тонкие линии и что — толстые линии, что – заштрихованное поле на карте.
РАЗДЕЛ. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ
14. Дать подробное описание и назначение нижеперечисленных методов инженерно-геологических изысканий (ИГИ): физические основы, применяемое оборудование и технология работ, в соответствии с вариантом. Описание необходимо сопровождать схемами и поясняющими рисунками.
Номер
варианта Метод исследования — изыскания
14.1 Электроразведка
14.2 Статическое и динамическое зондирование грунтов
14.3 Ядерно-физические методы
14.4 Рекогносцировочные и маршрутные наблюдения
14.5. Горнопроходческие и буровые работы
14.6 Сейсморазведка
14.7 Определение коэффициента фильтрации в полевых условиях
14.8 Лабораторные исследования горных пород – грунтов и подземных вод

 зависимости от усилий, необходимых для вдавливания зонда в различных грунтовых условиях, и диапазонов значений измеряемых показателей сопротивления грунта установки подразделяют в соответствии с таблицей 1.
Таблица 1
Тип установки Предельное усилие вдавливания и извлечения зонда, кН Диапазоны показателей сопротивления грунта

qc , МПа fs, кПа Qs кН
Легкая До 50 включ. 0,5-10 2-100 0,5-10
Средняя Св. 50 до 100 включ. 1-30 5-200 1-30
Тяжелая Св. 100 1-50 10-500 2-60
5.2.3 В зависимости от конструкции наконечника зонды могут быть следующих типов:
I — зонд с наконечником из конуса и кожуха;
II — зонд с наконечником из конуса и муфты трения.
Схемы конструкций зондов и их основные параметры приведены в приложении В.
Примечание — Для зонда типа II допускается применение уширителя, расположенного не ближе 1000 мм от конуса.
5.2.4 Периодически (но не реже чем через 15 точек зондирования) необходимо проверять прямолинейность штанг зонда и степень износа наконечника.
Прямолинейность штанг проверяют путем сборки звеньев в отрезки длиной 3 м на ровной поверхности. Отклонение отрезков штанг от прямой линии не должно превышать 3 мм в любой плоскости по всей длине проверяемого отрезка.
Уменьшение высоты конуса наконечника не должно превышать 5 мм, а уменьшение его диаметра — 0,3 мм.
5.2.5 Опорно — анкерное устройство должно воспринимать реактивные усилия, возникающие при вдавливании и извлечении зонда.
5.2.6 Основная погрешность измерительных устройств (приборов) должна быть не более:
5 % — при измерении прикладываемой нагрузки;
10 % — при измерении показателей сопротивления грунта (но не более 5 % максимально измеренного значения);
1,0 см — при измерении глубины погружения зонда.
5.2.7 Устройства для измерения показателей сопротивления грунта внедрению зонда могут быть механическими или автоматическими. Возможно применение комбинации этих устройств.
При этом предусматривают регистрацию информации в ходе испытания на диаграммной ленте, в блоке памяти системы регистрации и др.
5.2.8 Измерительные устройства (приборы) необходимо тарировать в соответствии с паспортными данными (но не реже чем через 3 мес.).
5.3 Подготовка к испытанию
5.3.1 Подготовку к работе установки для испытания грунта статическим зондированием выполняют в соответствии с требованиями инструкции по ее эксплуатации.
5.3.2 При необходимости проверяют прямолинейность штанг и степень износа наконечника в соответствии с 5.2.4.
5.3.3 Отклонение мачты установки от вертикали не должно превышать 2°.Источник:http://www.gosthelp.ru/text/GOST199122001GruntyMetody.html
Охарактеризуйте назначение и объем задач, решаемых различными видами горнопроходческих и буровых работ. Назовите породы, для которых они чаще всего применяются. Ответ сопровождайте схемами и рисунками.
Номер
варианта Метод исследования — изыскания
14.9 Расчистка, шнековое бурение
14.10 Канава , вибрационное бурение
14.11 Шурф, ударно-канатное бурение
14.12 Штольня, колонковое бурение
14.13 Канава, шнековое бурение

ВИБРАЦИОННОЕ БУРЕНИЕ способ бурения с применением вибратора, вызывающего колебания бурового инструмента. В. б. на глуб. 20-30 м в мягких породах осуществляют без вращения инструмента (вибратор прикрепляется к верхнему концу бурильных труб); В. б. твёрдых пород, а также В. б. на глуб. св. 30 м ведётся с одноврем. вращением инструмента (вибратор устанавливают непосредственно над буровым снарядом, долотом). В первом случае используют преим. электромеханич. вибраторы направленного действия, во втором — гидравлические (прямого, обратного или двойного действия), приводимые в действие потоком промывочной жидкости. Для защиты бурильных труб от вредного воздействия вибраций при глубоком бурении применяют амортизаторы, устанавливаемые над вибратором. В. б. неглубоких скважин позволяет в 1,5-2 раза увеличить производительность (по сравнению с ударно-вращат. бурением); В. б. глубоких скважин (особенно в твёрдых породах) увеличивает срок службы долог, не снижая др. показателей бурения. Осн. проблемой дальнейшего развития В. б. является создание надёжных вибраторов. В. б. применяют в геологоразведочных изысканиях, при устройстве опор глубокого заложения, для бурения на нефть и газ. В. б. предложено и разработано в СССР (1948).

Основная литература и информационное обеспечение дисциплины
1. Ананьев В. П. Инженерная геология./ В.П. Ананьев, А.Д. Потапов — М., Высш. шк., 2002,– 511 с.
2. Ананьев В. П. Инженерная геология./ В.П. Ананьев, А.Д. Потапов — М., Высш. шк., 2009. – 575 с.
3. Семеняк Г. С. Инженерная геология: учебное пособие/ Г.С.Семеняк, Т.И.Таранина — Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2010. – 176 с.
4. Таранина Т.И. Словарь по геологии: Учебное пособие/ Т.И.Таранина , Г.С.Семеняк. — Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. – 88 с.
5. Чернышев С. Н. Задачи и упражнения по инженерной геологии: Учебное пособие / С. Н.Чернышев, А. Н. Чумаченко, И. Л. Ревелис — М., Высш. шк., 2001. – 254 с.

б) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
6. Практическое руководство по общей геологии: учеб пособие для студ. Вузов/ А.И.Гущин., М.А.Романовская, А.Н. Стафеев, В.Г. Талицкий; под редакцией Коровского Н.В. – М.: Издательский центр «Академия», 2007, 160 с. ; http:// geoschol. Web.ru./
7. Таранина Т.И. Геология. Пособие к практическим занятиям. Часть 1. — Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2013 ( в издательстве и электронный вариант)

Рис. 12 Пример построения геологической и гидрогеологической колонки

Основы гидрогеологии Классификация подземных вод 11