Основы гидрогеологии

Классификация подземных вод по условиям залегания
Подразделяют:
воды зоны аэрации (верховодка, почвенные воды)
воды зоны насыщения (грунтовые и межпластовые)
Помимо этих основных типов подземных вод выделяют также трещинные, карстовые и воды районов многолетней мерзлоты.

Классификация подземных вод по условиям залегания

Верховодка – первый от поверхности Земли временный водоносный горизонт.
Грунтовые – воды первого от поверхности постоянного водоносного горизонта, расположенного на выдержанном водоупорном слое.
Слои или пласт горных пород, насыщенный подземной водой, именуют водоносным горизонтом.
Межпластовые – воды, залегающие между двумя водоупорными слоями и обладающие гидростатическим напором.
Различают: межпластовые напорные (артезианские) и не напорные.

Артезианская вода при моноклинальном залегании слоев
1 – водоупоры; 2 – водоносный слой; 3 – область питания водой; 4 – буровая скважина; 5 – пьезометрический уровень; Н – высота напора
Артезианская вода при синклинальном залегании слоев
1 – водоупор; 2 – водоносный слой;
3 – буровые скважины; 4 – область питания водой; 5 – пьезометрический уровень; Н – высота напора

Трещинные воды – подземные воды, циркулирующие в трещиноватых горных породах. Буровая скважина может вскрыть водообильные трещинные воды или остаться безводной.
Подземные воды, которые циркулируют по трещинам и пустотам карстового происхождения, называют карстовыми.
Подземные воды районов многолетней мерзлоты содержатся в толще многолетнемерзлых пород.

Динамика подземных вод
раздел гидрогеологии, занимающийся изучением законов движения подземных вод
Движение подземных вод может быть:
установившимся и неустановившимся
напорным и безнапорным
ламинарным и турбулентным
В 1856 году французский гидравлик А.Дарси установил линейный закон фильтрации в пористой среде и ввёл понятие о коэффициенте фильтрации

Основной закон фильтрации подземных вод – закон Дарси
разделив обе части уравнения на область сечения F и использовав понятие скорость фильтрации, т.е.
Рис. Разрез участка подземного потока:
АВ — уровень подземных вод; A1B1 — водоупорное ложе; h — напор; l — длина пути фильтрации между сечениями I и II

получаем
если принять, что I=1 то, уравнение получает вид
Коэффициент фильтрации – скорость фильтрации при напорном градиенте равном 1.
Скорость фильтрации v представляет собой кажущуюся скорость. С этой скоростью вода двигалась бы в том случае, если бы она занимала все сечение F. В действительности при фильтрации в горных породах вода течет только через часть сечения, равную площади пор и трещин, другая же часть сечения занята зернами породы.
Действительную скорость движения воды vД можно получить, разделив расход Q на действительную площадь фильтрующего сечения, т. е. на площадь пор Fп (где п — пористость грунта, выраженная в долях единицы):

Движение турбулентного потока не подчиняется закону Дарси. Для такого случая служит уравнение А.А.Краснопольского, характеризующий нелинейный закон фильтрации

Дренаж. Типы дренажей
Временное понижение уровня подземных вод (на период строительства) называют строительным водопонижением, длительное водопонижение (обычно несколько лет и более) – дренажом.
Различают:
горизонтальный дренаж ( траншеи, подземные галереи, осушительные каналы)
вертикальный дренаж ( водопонизительные скважины, иглофильтровые установки, поглощающие скважины, открытый водоотлив)
комбинированный (объединяет вертикальные и горизонтальные дрены)

Инженерно-геологические процессы, связанные с грунтовыми водами
ПОДТОПЛЕНИЕ
КАРСТ
СУФФОЗИЯ
ОПОЛЗНИ

Подтопление
это любое повышение уровня грунтовых вод выше некоторого критического положения, при котором отсутствуют необходимые условия для строительства и эксплуатации как отдельных зданий, так и территории в целом.
Глубина критического уровня грунтовых вод зависит от глубины заложения и типов фундаментов, состава и свойств грунтов.

Карст
это совокупность процессов и явлений, связанных с растворением трещиноватых горных пород (известняков, гипс, галит) и образованием разильных полостей и пещер в глубине.
Карстовые пещеры известны в Абхазии, на Урале, в Карачаево-Черкесии и в США. Древний карст опасен провалами для всех видов строительства, особенно для гидротехнического строительства. Его изучают бурением и электроразведкой.

Суффозия
это процесс выноса мелких частиц из рыхлых обломочных пород фильтрующейся водой
химическая – растворение и вынос солей из горных пород
механическая – вынос частиц грунта фильтрующейся водой с образованием подземных каналов, промоин и воронок

Оползни
это смещение горных пород на склонах по ясно выраженной поверхности скольжения под действием силы тяжести при участии поверхностных и подземных вод.
Причины и условия образования оползней:
высота, крутизна и форма склона
геологическое строение, свойства грунтов (горных пород)
гидрогеологические условия (гидродинамическое давление)