Участок для прокладки трубопровода и общая оценка его геологического строения

Курсовая работа по геологии

Участок для прокладки трубопровода и общая оценка его геологического строения

1. Блок исходных данных по КР

2. Аналитический блок

3. Определение глубины промерзания и возможности развития морозного пучения

4. Расчёт притока воды к траншее

5. Оценка возможности развития суффозионного процесса

6. Химический анализ Заключение Список используемой литературы

Трубопроводный транспорт является неотъемлемой частью национальной экономики. Из-за особенностей географического положения Российской федерации основная добыча сырья (нефть, газ) производится в Восточных регионах и транспортируется на Запад страны за тысячи километров. Единственным способом экономически эффективной транспортировки на такие расстояния является трубопроводный транспорт.

Трубопроводный Транспорт — это сооружение из плотно соединенных труб, осуществляющий передачу на расстояние жидких, газообразных или твердых продуктов по трубопроводам. В зависимости от транспортируемой среды для трубопроводов используются термины: водопроводы, газопроводы, паропроводы, нефтепроводы, воздухопроводы, маслопроводы и пр.

На строительство и эксплуатацию трубопроводов оказывают влияние инженерно-геологические условия, такие как специфические грунты, опасные геологические и инженерно-геологических процессы, а также необходимо при прорабатывании учитывать особые условия (подрабатываемые территории, шельфовые зоны морей и др.).

Кроме того, учитывается влияние таких техногенных факторов, как утечка воды из тепловых сетей и как следствие изменение природного режима грунтовых вод, а также свойств и состояния грунтов; развитие геокриологических (мерзлотных) процессов в результате транспортировки газа с отрицательной температурой; динамическое воздействие транспорта вдоль автомобильных и железнодорожных магистралей, вызывающее изменение состояния и свойств дисперсных грунтов и пр.

В связи с этим в состав инженерно геологических изысканий включают составление прогноза изменений геологических условий в сфере взаимодействия проектируемых объектов с геологической средой. Реологические ч техногенные факторы могут как в отдельности, так и совместно могут оказывать механические, температурные и химические воздействия на трубопроводы вызывая их повреждения.

Для обоснования инвестиций, разработки проекта и рабочей документации проводят инженерно-геологические изыскания с использованием лабораторных и полевых методов. Проведение работ регламентируется СП 11−1О5−97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства».

1. Блок исходных данных по КР

Показатели свойств и состояния грунтов

· Влажность характеризуется количеством воды, заполняющей поровое пространство и равняется отношению массы испарившейся воды к массе сухого вещества породы

W = g₂ / g₁ = с / с_d — 1

· Для характеристики степени насыщения пород водой служит коэффициент водонасыщения, отражающий отношение естественной влажности к их полной влагоёмкости

S = W/W_п = W с_s / e₀ с_в (обычно с_в = 1 г/см³).

· Для ориентировочного суждения о состоянии глинистых пород часто используют показатель консистенции

I_L = (W — W_P)/(W_L — W_P)

· e — коэффициент пористости грунта

e = n/(1-n) = с_s / с_d -1

Результаты гранулометрического анализа

Данные химического анализа

2. Аналитический блок

Характеристика и оценка рельефа участка

Рельеф на участке представлен фрагментом склона, спускающегося на Юго-восток. Абсолютные отметки колеблются в интервале от 15,0 до 13,3. На участке также присутствует река.

i=Дh/l=1,7/400=0,0043

Анализ геологического строения

В геологическом строении участка принимают участие следующие стратиграфо-генетические комплексы:

(m-l)IV — морские и озёрные нерасчленённые современные осадки. Слой представлен песком пылеватым и средней крупности. Был определен в единственном месте: скважине № 2. Мощность этого слоя варьирует от 3,7 до 3,0 м. Глубина залегания подошвы слоя 10,8 м. Также слой представлен супесью пылеватой, с органикой. Распространена повсеместно. Мощность слоя варьирует от 2,6 в скважине № 17 до 3,6 м в скважине № 22. Глубина залегания подошвы слоя достигает 7,8 м

lgIII — озерно-ледниковые верхнечетвертичные отложения. Слой представлен суглинком ленточным, слоистым. Распространен повсеместно. Мощность этого слоя меняется от 1,6 м в скважине № 15 до 3,4 м в скважине № 17. Глубина залегания подошвы слоя варьирует от 8,5 м и глубже

bIV - биогенные современные отложения (торф). Слой представлен торфом. Мощность этого слоя варьирует от 0,9 м в скважине № 22 до 2,5 м в скважине № 20. Глубина залегания подошвы слоя варьирует от 10,8 м до 12,5 м.

Определение наименования грунта, оценка его свойств и состояния (Скважины № 15,16,21,23)

Согласно ГОСТ 25.100−95 «Грунты» все неизвестные слои: первые слои в скважинах 2,11 отнести к классу дисперсных грунтов.

Первый слой по скважине 15 относится к морским и озёрным нерасчленённым современным осадкам, содержание частиц диаметром менее 0,10 мм менее 75% по массе, коэффициент пористости e >0,880, I_L (число текучести) равно 0,6, I_p(число пластичности) равно 0,06, следовательно, грунт — супесь пылеватая рыхлая твердая

Первый слой по скважине 16 относится к морским и озёрным нерасчленённым современным осадкам, содержание частиц диаметром менее 0,10 мм менее 75% по массе, коэффициент пористости e >0,780, I_L (число текучести) равно 0,4, I_p(число пластичности) равно 0,07, следовательно, это позволяет нам сделать вывод что грунт — супесь пылеватая средней плотности твердая

Первый слой по скважине 21 относится к морским и озёрным нерасчленённым современным осадкам, содержание частиц диаметром менее 0,10 мм менее 75% по массе, коэффициент пористости e >0,820, I_L (число текучести) и I_p (число пластичности) отсутствуют, следовательно, грунт — песок пылеватый рыхлый, с галькой

Первый слой по скважине 23 относится к морским и озёрным нерасчленённым современным осадкам, содержание частиц диаметром менее 0,10 мм менее 75% по массе, коэффициент пористости e >0,840, I_L (число текучести) и I_p (число пластичности) отсутствуют, следовательно, это позволяет нам сделать вывод, что грунт — песок пылеватый рыхлый

Вспомогательная таблица полных остатков

Скважина № 15 — d₁₀=0.014 d₆₀=0.185

Скважина № 16 — d₁₀=0.016 d₆₀=0.17

Скважина № 21 — d₁₀=0.033 d₆₀=0.235

Скважина № 23 — d₁₀=0.043 d₆₀=0.31

С_u15= d₆₀/ d₁₀=0.185/0.014=13.21

С_u16= d₆₀/ d₁₀=0.17/0.016 =10.62

С_u21= d₆₀/ d₁₀=0.235/0.033=7.12

С_u23= d₆₀/ d₁₀=0.31/0.043 =7.21

По таблице 5.2 в методических указаниях определяем коэффициенты фильтрации и высоту капиллярного поднятия.

K₁₅= 0.1−0.7 h_k15=0.8−1.5

K₁₆=0.1−0.7 h_k16=0.8−1.5

K₂₁=1−3 h_k21=0.4−1.5

K₂₃=2−10 h_k23=0.35−1.0

3. Определение глубины промерзания и возможности развития морозного пучения

Пучинистыми называют грунты, которые при промерзании в условиях естественного залегания способны увеличиваться с объеме. Потенциально пучинистыми являются дисперсные минеральные грунты, содержание пылеватую и глинистую фракции. Эта потенциальная способность имеет место, если есть постоянный подток 1−1. п. г к промерзающему слою Для оценки пучинистости грунта по ГОСТ 25 1 00−95 «Грунты» используются показатели гранулометрического состава и косвенная характеристика влажности определяемая для глинистых грунтов через показатель текучести I_L, а для песчаных через коэффициент водонасыщения S_r.

Численные показатели I_L и S_r примем из таблицы 1, недостающие значения определим по ГОСТ 25 100–95 «Грунты».

Оценим пучинистость грунта, используя показатели гранулометрического состава: Морозное пучение развивается в зоне сезонного промерзания грунта, т.к. грунт преимущественно состоит из глин и суглинков с прослоями пылеватого и песчаного материла, а также песков и супесей примем нормативную глубину промерзания d_f=1.45. Количественными характеристиками морозного пучения являются:

f_f — абсолютная величина поднятия поверхности промерзающего слоя толщиной d_f

d_f — относительная деформация морозного пучения коэффициент морозного пучения

е_f — отношение величины морозного пучения к толщине промерзающего слоя:

суффозионный геологический траншея

Пучинистость грунтов

Глубина залегания трубопровода h = 1,8 м Трасса трубопровода проходит по нескольким участкам с различными грунтами, разобьём трассу на участки 1−2, 2−3, 3−4, 4−5, определим для этих участков показатели I_l и Sr.

Участок 1−2. Грунт на участке оценим по скважине № 13 Супесь пылеватая, пластичная I_l=0,42, согласно табл. «Пучинистоть грунтов» е_f примем равным 0,045, грунт средне пучинистый.

Участок 2−3. Грунт на участке оценим по скважине № 14, песок пылеватый, S_r = 0,42, е_f примем равным 0,07, средне пучинистый.

Участок 3−4. Грунт на участке оценим по скважине № 18, торф, грунт непучинистый.

h_f(1−2) = 0,045*(1,45−1,0) = 0,0203 м

h_f(2−3) = 0,07*(1,45−1,0) = 0,0315 м Из расчетов видно, что величина пучения грунтов на различных участках различается незначительно, на границах разделов грунтов 2−3, 3−4 перепад достигает 10 см, что не исключает вероятность изгиба трубопровода на границе разделов.

Для расширения представления об инженерно-геологических условиях на трассе построим карту срез на глубине 1,8 м (глубина заложения трубопровода). На карте условными знаками показаны участки распространения грунтов различного состава, их пучинистость и коррозионные свойства

4. Расчёт притока воды к траншее

В пределах рассматриваемого участка наблюдается грунтово-водный горизонт, вскрытый во всех скважинах. Водоносными грунтами являются: песок, супесь, торф. Водоупорными грунтами являются ледниковые супеси и суглинки.

В качестве рассматриваемого участка траншеи возьмем участок между скважинами 15 и 17, где трубопровод пересекает инженерно-геологический разрез.

Расчёта водопритока в совершенную выработку

— Глубина траншеи hтр = 2,6 м.

— Длина траншеи 1 = 300 м.

— Глубина залегания грунтовых вод dw = 0,7 м.

— Заглубление траншеи в водоносный горизонт t=S = 1,9 м.

— Коэффициент фильтрации К_ф = 0,7 м/ сутки

— Радиус Влияния:

— R_табл = 10 м

— h₁=S

;

Вариант А

Расчет водопритока в несовершенную выработку

— Глубина траншеи hтр = 2,6 м.

— Длина траншеи l = 300 м.

— Глубина залегания грунтовых Вод dw = 0,7 м.

— Заглубление траншеи в водоносный горизонт S = 1,1 м.

— Коэффициент фильтрации К_ф = 0,7 м/ сутки

— Радиус Влияния:

— R_табл = 10 м

Вариант Б

Расчет водопритока в несовершенную выработку по условию заглубления ее в водоносный горизонт t/H

— Глубина траншеи hтр = 1,8 м.

— Длина траншеи 1 = 300 м.

— Глубина залегания грунтовых Вод dw = 0,7 м.

— Заглубление траншеи в водоносный горизонт t=S = 1,1 м.

— Коэффициент фильтрации К_ф = 0,7 м/ сутки

— H = 1.9 м

— h = 0.8 м

— Радиус Влияния:

— R_табл = 10 м

5. Оценка возможности развития суффозионного процесса

Суффозионный процесс (вынос) связан с нисходящим потоком подземных вод в толще неоднородного грунта или на контакте различных по водопроницаемости грунтов. Определим возможность развития суффозии по графику Истоминой B.C.

Для случая несовершенной траншеи с принудительным водопонижением (А) координаты точек, наносимых на график, определяют:

· С_u — поданным кривой гранулометрического состава.

С_u15= 13.21

· i — по формуле, где Ш S=h1-h2 — разность мощностей водоносного слоя до и после водопонижения Ш Rпуть фильтрации, равный радиусу влияния, м Ш 0,33 — коэффициент, ограничивающий значимый путь фильтрации областью, прилегающей к стенке траншеи

· Для случая несовершенной траншеи с принудительным водопонижением (А)

S=h1-h2=1,46

· Для случая несовершенной траншеи с принудительным водопонижением (Б)

·

S=h1-h2=1,1

· Для случая совершенной траншеи с принудительным водопонижением

S=h1-h2=1,9

I — зона разрушающих градиентов фильтрационного потока

II — зона безопасных градиентов

Вывод: точки с координатами (С_u15=13,21; i=0.57), (С_u15=13,21; i=1.74), (С_u15=13,21; i=1.31) лежат в области разрушающих градиентов фильтрационного потока. Значит возможен суффозионный вынос при R_нач=4,38 м в совершенной траншее, R_нач=2,53 м в несовершенной траншее (вариант А, Б), а также при R_табл=10м в совершенной траншее., последствием которого могут быть обрушение стенок траншеи, проседание поверхности земли над трубопроводом и вблизи колодцев — за счет вымывания тонких фракций грунта и его разуплотнения, изменение свойств песков, используемых для обратной засыпки траншеи, пазух колодцев и дренажной сети — за счет вымывания тонких фракций, что может к изменению степени пучинистости грунта, выходу из строя дренажной системы.

6. Химический анализ

Данные химического анализа

Произведём пересчёт значений для скважин 15 и 21

Скважина № 15

Скважина № 21

Общая жесткость

Определяется суммой щелочноземельных катионов Mg2+ и Са2+, выражается в мг экв/л.

Для скважины № 15 вода содержит суммарное число щелочных катионов Mg2+ и Са2+ =5,6 мг экв/л и является умеренно жесткой, Для скважины № 21 содержит суммарное число щелочных катионов Mg2+ и Са2+ = 7 мг экв/л и является очень жесткой.

Соленость воды

Соленость воды определяется как сумма всех катионов и анионов выраженная в г/л.

Для скважины № 15 S = 1,4 г/л, 1< S < 3 — следовательно, вода солоноватая.

Для скважины № 21 S=0,3 г/л, S < 1 — следовательно, вода пресная.

Составим формулу химического состава воды для скважин № 15,21

Формула химического состава позволяет записать результаты химического анализа в краткой форме. Воспользуемся формулой Курлова, которая представляет собой псевдодробь.

Для скважины № 15

Вода солоноватая, хлоридно-натриевая

Для скважины № 21

Вода пресная, хлоридно-кальциевая

Признаки агрессивности воды к бетону.

Признаки коррозийной активности грунтовых вод.

Вода в скважинах 37, 43 является коррозионно активной по содержанию анионов хлора, суммарному содержанию хлора и сульфата, железа, суммарному содержанию магния и кальция.

Оценка агрессивности грунтов к стальным конструкциям

Коррозионная активность грунтов (почв) по отношению к углеродистой стали определяется:

• Лобраторными методами (по величине потери массы стального образца, помещенного во влажную грунтовую пасту, т плотности поляризующего тока в ней);

• Полевыми измерениями удельного электричесого сопротивления p, Ом*м (чем ниже удельное электрическое сопротивление, тем выше коррозионная активность грунта) Грунт считается коррозионно активным при значения р ниже 100 Ом*м.

Предельное значение удельного электрического сопротивления дисперсных грунтов приведены в таблице:

Согласно таблице, коррозийной активным будет являться грунт на участке 1−2 (суглинок).

Процессы грунтовой (почвенной) коррозии наиболее активно развиваются в следующих условиях:

• При влажности грунтов в интервале 0,10−0,25, находящихся в зоне аэрации;

• При пересечении трубопроводом зоны контакта двух грунтов с различной проницаемостью (песков и глин).

Заключение

В данной работе рассмотрен участок для прокладки трубопровода и дана общая оценка его геологическогостроения.

Геологическое строение участка представлено тремя стратиграфо-генетическими комплексами в пределах одного геоморфологического элемента. Скважинами вскрываются слои песка, супеси и суглинка. Гидрологические условия определяются залеганием грунтовых вод на первом водоупорном слое. Оценка притока проведена для двух ситуаций: траншея является несовершенной, водопонижение принудительное; траншея совершенная, водопонижение принудительное.

Химический анализ обнаружил неоднородный химический состав грунтовых вод, а также их коррозионную активность по отношению к металлу и агрессивность по отношению к бетону, проявляющиеся в районах отельных скважин (№ 15, 21). Также выявлена возможность развития суффозии в толще неоднородного грунта скважины № 15. При изучение грунтов, вскрытых в скважинах № 15, 16, 21, 23 обнаружило их пучинистость. Согласно СП 11−105−97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства» определяется по следующим показателям:

· Геоморфологические условия: площадка находится в пределах одного геоморфологического элемента Поверхность наклонная расчлененная (категория II)

· Геологические в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой: не более 4-х различных по литологии слоев, залегающих наклонно или с выклиниванием.

· Мощность изменяется закономерно,(категория II).

· Гидрологические в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой: один горизонт подземных вод с неоднородным химическим составом. Коррозия активных грунтовых вод меняется в зависимости от положения скважин. Вода является агрессивной по отношению к бетону (категория II).

· Геологические и инженерно-геологические процессы, отрицательно влияющие на условия строительства и эксплуатации зданий и сооружений имеют ограниченное распространение, местами оказывают влияние на выбор проектных решений, строительство и эксплуатацию объектов.

· Грунт пучинистый, местами присутствует возможность суффозионного выноса (категория II).

Согласно этому инженерно-геологические условия относятся ко II (средней) категории сложности.

Список используемой литературы

1. ГОСТ 21.302−96 «Условные графические обозначения в документации по инженерно-геологическим изысканиям».

2. СП 11−105−97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть I Общие правила производства работ»

3. СП 11−105−97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть II. Правила производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов»

4. СП 11−105−97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть III «Правила производства работ в районах распространения специфических грунтов»

5. ГОСТ 25 100–95 «Грунты. Классификация»

6. Методические указания для выполнения курсовой работы по курсу «Инженерная геология», СПб, 2012

7. Конспект лекций

8. Инженерная геология и гидрогеология: Учебное пособие /А.Б. Фадеев, СПбГАСУ. СПб., 2014.