Материал: Участок для прокладки трубопровода и общая оценка его геологического строения

Участок для прокладки трубопровода и общая оценка его геологического строения

Курсовая работа по геологии

Участок для прокладки трубопровода и общая оценка его геологического строения

Содержание

Введение

.        Блок исходных данных по КР

.        Аналитический блок

3.      Определение глубины промерзания и возможности развития морозного пучения

.        Расчёт притока воды к траншее

5.      Оценка возможности развития суффозионного процесса

.        Химический анализ

Заключение

Список используемой литературы

Введение

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».

. Блок исходных данных по КР

Показатели свойств и состояния грунтов

Номера скважин	Влажность W, д. ед. выше у. г. в. И ниже у. г. в.	Коэффициент пористости, e	Коэффициент водонасыщения S, д. ед. выше у. г. в. И ниже у. г. в.	Число пластичности Ip	Показатель текучести IL
15	0,30/0,33	0,880	0,92/1,00	0,06	0,60
16	0,26/0,29	0,780	0,91/1,00	0,07	0,40
21	0,25/0,30	0,820	0,82/0,97	-	-
23	0,27/0,31	0,840	0,84/0,98	-	-

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

W = g₂ / g₁ = ρ / ρ_d - 1

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

S = W/W_п = W ρ_s / e₀ ρ_в ( обычно ρ_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) = ρ_s / ρ_d -1

Результаты гранулометрического анализа

Номер скважин	Гранулометрический состав
	Гравий	Песчаные				Пылеватые		Глинистые
	10-2	2-0.5	0.5-0.25	0.25-0.1	0.1-0.05	0.05-0.01	0.01-0.005	<0.005
15	-	-	10	21	30	19	13	7
16	-	-	4	20	36	15	17	8
21	-	17	10	11	36	15	9	2
23	-	9	15	26	17	20	12	1

Данные химического анализа

№ Скважины	Ca	Mg	K+Na	SO4	Cl	HCO3	CO2 (своб.)	pH	OB	Feобщ.
15	54	35	682	347	210	167	78	7,1	12	0,8
21	24	70	120	7	5	62	13	7,5	8,1	0,2

. 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=Δh/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 8,5м 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

Номер скважины	<10	<2	<0,5	<0,25	<0,1	<0,05	<0,01	<0,005
15	-	-	100	90	69	39	20	7
16	-	-	100	96	76	40	25	8
21	-	100	83	73	62	26	11	2
23	-	100	91	76	50	33	13	1

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=0.8-1.5₁₆=0.1-0.7                               h_k16=0.8-1.5₂₁=1-3                                     h_k21=0.4-1.5₂₃=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 25100-95 «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

 ε_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» ε_f примем равным 0,045, грунт средне пучинистый.

Участок 2-3. Грунт на участке оценим по скважине № 14, песок пылеватый, S_r = 0,42, ε_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 = 10м

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 = 10м

-

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 = 10м

 

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

Ø  S=h1-h2 - разность мощностей водоносного слоя до и после водопонижения

Ø  R- путь фильтрации, равный радиусу влияния, м

Ø  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=4,38м в совершенной траншее, R_нач=2,53м 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.

. Химический анализ

Данные химического анализа

№ Скважины	Ca	Mg	K+Na	SO4	Cl	HCO3	CO2 (своб.)	pH	OB	Feобщ.
15	54	35	682	347	210	167	78	7,1	12	0,8
21	24	70	120	7	5	62	13	7,5	8,1	0,2

Произведём пересчёт значений для скважин 15 и 21

Скважина № 15

Ионы		Содержание, мг/л	Эквивалентное содержание		Эквивалентная масса ионов
			Мг экв/л	Экв.-%
Катионы	Na+ K+	682	29,6	84,1	22,99
	Mg2+	35	2,9	8.3	12,16
	Ca2+	54	2,7	7.6	20,04
Сумма катионов		771	35,2	100
Анионы	Cl -	210	5,9	37.3	35,46
	SO42 -	347	7,2	45,5	48,03
	HCO3 -	167	2,7	17,2	61,00
Сумма анионов		724	15,8	100	-
Общая сумма		1495	-	-	-

Скважина № 21

Ионы		Содержание, мг/л	Эквивалентное содержание		Эквивалентная масса ионов
			Мг экв/л	Экв.-%
Катионы	Na+ K+	120	5,2	42,6	22,99
	Mg2+	70	5,8	47,5	12,16
	Ca2+	24	1,2	9,9	20,04
Сумма катионов		214	12,2	100	-
Анионы	Cl -	5	0,14	10,9	35,46
	SO42 -	7	0,15	11,6	48,03
	HCO3 -	62	1	77,5	61,00
Сумма анионов		74	1,29	100	-
Общая сумма		288	-	-	-

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.

Вид агрессивности	Значение показателя для грунта с к>0,1, м/сут	Скважина №15	Скважина № 21
Выщелачивающая по содержанию НСО3 мг экв/л	<1,05	17,2	77,5
Углекислая по содержанию СО2 своб. мг/л	>10	78	13
Общекислотная по величине рН	<6,5	7,1	7,5
Сульфатная по содержанию SO4 мг/л	>250	347	7
Магнезиальная по содержанию Mg, мг/л	>1000	35	70
По содержанию аммонийных солей, в пересчете NH4, мг/л	>100	-	-
Солевая по содержанию всех солей, мг/л (при наличии испаряющихся поверхностей	>10000	1495	288
Щелочная по содержанию едких щелочей, мг/л, в пересчете на Na и К	>50000	682	120

Признаки коррозийной активности грунтовых вод.

№ скважины	Показатели коррозионной активности	Компоненты воды (среда)					pH
		Cl -	Cl - +SO42-	Ca2+ +Mg2+	FEобщ	ОВ
	Содержание компонентов, мг/л	>5	>50	>169,6	>1	>20	<6
15		210	557	89	0,8	12	7,1
21		5	12	94	0,2	8,1	7,5

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».

.        СП 11-105-97 "Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть I Общие правила производства работ"

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

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

.        ГОСТ 25100-95 "Грунты. Классификация"

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

.        Конспект лекций

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