HYDROGEOLOGIA INŻYNIERSKA Z PODSTAWAMI GRUNTOZNAWSTWA. PRZEWODNIK DO ĆWICZEŃ

Przewodnik zawiera bogaty materiał z zakresu hydrogeologii inżynierskiej oraz podstaw gruntoznawstwa. Powinien ułatwić studiującemu na kierunku inżynieria środowiska, budownictwo, architektura krajobrazu opanowanie przedmiotów: hydrogeologia, geologia oraz wybranych działów fizjografii dotyczących charakterystyki warunków gruntowo-wodnych. Przedmioty te stanowią podstawę do szeregu przedmiotów kierunkowych i zawodowych takich jak np. mechanika gruntów i fundamentowanie, budownictwo ziemne, budownictwo wodne, odwodnienia budowlane, odwodnienia obszarów rolniczych, gospodarka odpadami. Szczególną uwagę w przewodniku poświęcono: wyznaczeniu podstawowych cech fizycznych i parametrów hydrogeologicznych gruntów, z uwzględnieniem badań laboratoryjnych i terenowych oraz formuł empirycznych; podstawom obliczeń filtracji ustalonej i nieustalonej wraz z przykładami rozwiązań analitycznych; konstruowaniu siatki hydrodynamicznej i określaniu parametrów przepływu wody w gruncie; oddziaływaniu wody na szkielet gruntowy; ciśnieniu wody w porach, ciśnieniu spływowemu, upłynnieniu gruntów; ocenie zasobów wód podziemnych, przy stosowaniu różnych metod obliczeniowych.

Przewodnik przeznaczony jest zarówno dla studentów jak również dla inżynierów i techników praktyków zajmujących się projektowaniem, realizacją i użytkowaniem obiektów rolniczych i budowlanych oraz wykonywaniem badań podłoża gruntowego na potrzeby budownictwa i ochrony środowiska oraz badań budowli ziemnych

Spis treści

PRZEDMOWA .................................................................................... 9
1. PODSTAWOWE CECHY FIZYCZNE I PARAMETRY
HYDROGEOLOGICZNE GRUNTÓW
Alicja Czamara ............. 13
1.1. Definicja gruntu i metody oznaczania gruntów ......................... 14
1.1.1. Definicja i klasyfikacja gruntów ........................................................................ 14
1.1.2. Oznaczenie rodzaju gruntów nieskalistych .................................................... 17
1.1.2.1. Oznaczenie składu granulometrycznego gruntu ........................ 17
1.1.2.2. Wykres uziarnienia i charakterystyka uziarnienia gruntów....... 22
1.2. Podstawowe cechy fizyczne gruntów i metody
ich oznaczania ............................................................................ 29
1.2.1. Fazy i struktury gruntów nieskalistych ............................................................ 29
1.2.2. Wilgotność gruntu, stopień wilgotności.......................................................... 31
1.2.3. Gęstość objętościowa i ciężar objętościowy gruntu ..................................... 33
1.2.4. Gęstość właściwa szkieletu gruntowego i ciężar właściwy
szkieletu gruntowego .......................................................................................... 35
1.2.5. Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego i ciężar objętościowy
szkieletu gruntowego .......................................................................................... 36
1.2.6. Porowatość ........................................................................................................... 37
1.2.7. Wskaźnik porowatości........................................................................................ 38
1.2.8. Stopień zagęszczenia i stany zagęszczenia gruntów niespoistych .............. 39
1.2.9. Wskaźnik zagęszczenia gruntu .......................................................................... 42
1.2.10. Granice konsystencji, stopień plastyczności, stany gruntów spoistych,
wskaźnik plastyczności ....................................................................................... 43
1.2.11. Wpływ wody na ciężar objętościowy gruntu ................................................. 46
1.2.11.1. Ciężar objętościowy gruntu przy całkowitym nasyceniu
porów wodą ....................................................................................... 46
1.2.11.2. Ciężar objętościowy gruntu z uwzględnieniem wyporu
wody.................................................................................................... 46
1.2.11.3. Ciężar objętościowy gruntu z uwzględnieniem ciśnienia
spływowego ....................................................................................... 47
1.3. A makroskopowa gruntów .......................................................... 47
1.3.1. Makroskopowe oznaczenie rodzaju gruntu ................................................... 47
1.3.2. Makroskopowe oznaczenie stanu gruntów spoistych .................................. 51
1.3.3. Oznaczenie barwy ............................................................................................... 53
1.3.4. Makroskopowe oznaczenie wilgotności gruntów niespoistych.................. 53
1.3.5. Makroskopowe oznaczenie zawartości węglanu wapnia ............................ 54
1.4. Podstawowe parametry hydrogeologiczne ................................. 54
1.4.1. Współczynnik filtracji ......................................................................................... 54
1.4.1.1. Metody oznaczania współczynnika filtracji................................. 55
1.4.1.1.1. Wyznaczenie współczynnika filtracji
na podstawie wzorów empirycznych ...................... 56
1.4.1.1.2. Metody laboratoryjne .................................................. 59
1.4.1.1.3. Metody polowe ............................................................ 64
1.4.1.2. Podsumowanie stosowanych metod oznaczania współczynnika
filtracji gruntu .................................................................................... 76
1.4.2. Przewodność podłoża i średni współczynnik filtracji .................................. 77
1.4.3. Współczynnik odsączalności............................................................................. 78
1.4.4. Porowatość efektywna ........................................................................................ 79
1.4.5. Współczynnik zasobności ................................................................................. 80
2. OBLICZENIA FILTRACJI
WÓD PODZIEMNYCH
Jerzy Kowalski ...................................... 82
2.1. Podstawy teoretyczne ................................................................. 82
2.1.1. Ogólna charakterystyka i klasyfikacja ruchu cieczy
w ośrodku porowatym........................................................................................ 82
2.1.2. Prawo Darcy’ego ................................................................................................. 84
2.1.3. Równania filtracji wód podziemnych .............................................................. 89
2.1.4. Równanie filtracji płaskiej w planie (horyzontalnej) ..................................... 90
2.1.5. Potencjał Giryńskiego dla ośrodka poziomo warstwowanego
[12, s. 268÷272] .................................................................................................... 92
2.1.6. Warunki brzegowe i początkowe ..................................................................... 93
2.2. Obliczenia filtracji ustalonej ....................................................... 96
2.2.1. Filtracja ustalona między dwoma rowami (drenami)
z uwzględnieniem zasilania infiltracyjnego ..................................................... 96
2.2.1.1. Obliczanie filtracji przy uwzględnieniu warunku brzegowego
I rodzaju ............................................................................................. 97
2.2.1.2. Zasięg depresji rowu ........................................................................ 99
2.2.1.3. Obliczanie filtracji przy uwzględnieniu warunku brzegowego
II rodzaju ........................................................................................... 100
2.2.1.4. Obliczanie filtracji przy zakolmatowanym rowie
(warunek brzegowy III rodzaju) .................................................... 101
2.2.2. Filtracja przez ośrodek niejednorodny, poziomo
warstwowany ........................................................................................................ 104
2.2.3. Filtracja jednoosiowa przy nachylonym spągu warstwy
wodonośnej .......................................................................................................... 107
2.2.4. Dopływ do rowu niedogłębionego .................................................................. 111
2.3. Ustalony dopływ do studni ......................................................... 113
2.3.1. Studnia pojedyncza - zupełna ........................................................................... 113
2.3.1.1. Zasięg depresji studni ...................................................................... 116
2.3.2. Zespół studni ....................................................................................................... 118
2.3.3. Dopływ do studni niezupełnej ......................................................................... 121
2.4. Filtracja nieustalona ................................................................... 126
2.4.1. Przepływy jednoosiowe ...................................................................................... 127
2.4.1.1. Dopływ do rowu przy nieograniczonej warstwie wodonośnej
i stałym odpływie q o ........................................................................ 127
2.4.1.2. Nieustalony dopływ do rowu przy nieograniczonej warstwie
wodonośnej i stałym napełnieniu rowu Ho................................. 132
2.4.1.3. Nieustalony dopływ do rowu przy skończonej rozciągłości
warstwy wodonośnej i nagłym obniżeniu poziomu wody
w rowie ............................................................................................... 134
2.4.1.4. Filtracja nieustalona między dwoma rowami przy nagłym
obniżeniu poziomu wody w dwóch rowach ............................... 135
2.4.1.5. Nieustalony dopływ do rowu według Lembkego...................... 137
2.4.2. Nieustalony dopływ do studni pojedynczej i zespołu studni .................... 139
3. SIATKA HYDRODYNAMICZNA
Tadeusz Molski ..................... 144
3.1. Ogólne podstawy teoretyczne..................................................... 144
3.2. Właściwości siatki hydrodynamicznej ........................................ 146
3.3. Praktyczne wykorzystanie siatek hydrodynamicznych .............. 149
3.4. Metody konstruowania siatek hydrodynamicznych
przepływu ................................................................................... 150
3.4.1. Graficzna metoda konstruowania siatki hydrodynamicznej ...................... 150
3.4.2. Modele gruntowe................................................................................................. 152
3.5. Przykłady określania parametrów przepływu
filtracyjnego za pomocą siatki hydrodynamicznej
przepływu ................................................................................... 152
4. MECHANICZNE ODDZIAŁYWANIE WODY
NA SZKIELET GRUNTOWY
Tadeusz Molski ........................... 163
4.1. Wypór gruntu w wodzie .............................................................. 163
4.1.1. Ciężar objętościowy gruntu z uwzględnieniem ciśnienia
spływowego (γ'')................................................................................................... 163
4.2. Ciśnienie wody w porach gruntowych ........................................ 164
4.3. Ciśnienie spływowe .................................................................... 165
4.4. Zjawiska w gruncie wywołane filtracją ....................................... 167
4.4.1. Wpływ ciśnienia spływowego na ciężar objętościowy
gruntu..................................................................................................................... 167
4.4.2. Krytyczny spadek hydrauliczny ........................................................................ 167
4.4.3. Wyparcie, przebicie hydrauliczne i sufozja [18] ............................................. 168
4.4.4. Środki zabezpieczające grunty przed szkodliwym działaniem
filtracji .................................................................................................................... 169
4.5. Przykład obliczeń dotyczący mechanicznego
oddziaływania wody na szkielet gruntowy ................................. 171
5. ZASOBY WÓD PODZIEMNYCH
Tadeusz Molski .................... 176
5.1. Podział zasobów wód podziemnych .......................................... 176
5.2. Obliczanie zasobów statycznych ................................................ 176
5.3. Wyznaczanie zasobów dynamicznych ........................................ 178
5.3.1. Obliczanie zasobów dynamicznych ................................................................. 178
5.4. Metody pośrednie ....................................................................... 181
5.5. Ocena zasobów eksploatacyjnych .............................................. 183
5.5.1. Zasoby eksploatacyjne studni pojedynczej ..................................................... 184
5.5.2. Metody szacowania zasobów wód podziemnych ......................................... 195
5.5.2.1. Wyznaczanie zasobów dynamicznych (odnawialnych)
na podstawie obserwacji wydajności eksploatowanych
ujęć wody podziemnej ..................................................................... 195
5.5.2.2. Metoda Dycka i Chardabellasa ...................................................... 196
5.5.2.3. Metoda Instytutu Gospodarki Wodnej w Berlinie .................... 198
5.5.2.4. Metoda Zieschanga .......................................................................... 200
5.5.2.5. Określenie naturalnych zasobów wody gruntowej
na podstawie obserwacji stanu wody gruntowej ........................ 202
5.5.2.5.1. Metoda jednostkowa (rys. 5.18) ................................ 202
5.5.2.5.2. Metoda okresowa (rys. 5.19)...................................... 204
5.5.2.5.3. Porównanie wyników metod jednostkowej
i okresowej .................................................................... 204
5.6. Zadania ....................................................................................... 206
LITERATURA ........................................................................................... 208
ZESTAW FORMULARZY ............................................................................ 209