04 voda svergn.hr/~smihalic/nids_snjezanamihalic/04_voda_sve.pdf · upotreba strujne mreže...
TRANSCRIPT
1
1
Inženjersko značenje hidrogeoloških uvjeta:
POVRŠINSKA VODA PODZEMNA VODA
poplava
erozija
zagađenje
usijedanje zemljišta zbog trajnog sniženja podzemne vode
2
značajke geološke građe i PODZEMNE VODE značajke geološke građe i PODZEMNE VODE
RJEŠAVANJE PROBLEMARJEŠAVANJE PROBLEMAs podzemnom vodoms podzemnom vodom
III. HIDROGEOLOŠKI UVJETI
KONTROLAKONTROLANEPOVODLJNOGNEPOVODLJNOG
UTJECAJAUTJECAJA
2
3
4
••POROZITETPOROZITET = volumen pora / ukupni volumen= volumen pora / ukupni volumen(kapacitet materijala da primi vodu kad je saturiran)
••KOEFICIJENT PORAKOEFICIJENT PORA = volumen pora / volumen čvrstih čestica= volumen pora / volumen čvrstih čestica(inženjerski opis značajki poroziteta tla)
npr.npr.posuda 5 l; 4 l čvrstih čestica + 1 l vodeposuda 5 l; 4 l čvrstih čestica + 1 l vode
porozitetporozitet = 1/5 * 100 = = 1/5 * 100 = 20%20%koef. porakoef. pora = ¼ = = ¼ = 0,250,25
3
5
Gornja zona (u porama zrak i vlaga u sljedećim oblicima):
1. gravitacijska/vadozna voda kreće se pod utjecajem gravitacije;
2. higroskopna vlaga (film vode oko zrna, ne kreće se uslijed gravitacije)
3. lebdeća voda
4. kapilarni pojas(inženjerski problemi!!)
6
hidraulički hidraulički gradijentgradijent
pijezometarska pijezometarska razina/površinarazina/površina
OPĆENITO O PODZEMNOJ VODI
razina podzemne voderazina podzemne vode
4
7
III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIOPĆENITO O PODZEMNOJ VODI
tečenje podzemne vode:tečenje podzemne vode:
••HIDRAULIČKI GRADIJENTHIDRAULIČKI GRADIJENT
••hidrostatski tlakhidrostatski tlak
••propusnostpropusnost
8
RPV horizontalna; ista u tlu i jezeru
HIDROSTATIČKI UVJETI
HIDROSTATSKI TLAKHIDROSTATSKI TLAKporni tlak u tlu kada voda miruje
Porni tlak P na dubini h u vodi jednak je jediničnoj težini vode (γw) * dubina + atmosferski pritisak
skica 1: naprezanja u elementu tla od vlastite težine kada je tlo potopljeno
slide JEDINIČNE TEŽINE
5
9
JEDINIČNA TEŽINA ili gustoća tla
γ = težina materijala / volumen materijala
γm = vlažna jedinična težina tla
γd = suha jedinična težina
(težina potpuno osušenog tla, u pećnici)
γsat = saturirana jedinična težina
(težina potpuno saturiranog tla)
γw = jedinična težina vode = 62.4 lb/ft3
(1 ft3 vode teži 62.4 lb; 9.8 kN/m3)
10
Načelo efektivnih naprezanja
• SUHO TLO – naprezanja se prenose preko čvrstih čestica
• TLO ISPOD RPV-A – naprezanja se prenose preko čvrstih čestica i vode
• za mehaničko ponašanje tla bitna su EFEKTIVNA NAPREZANJA (σ’), naprezanja koja se prenose preko čvrstih čestica (skeleta tla)
• ‘’efektivno naprezanje je onaj dio totalnog naprezanja koji se prenosi preko skeleta tla’’
6
11
Načelo efektivnih naprezanja
• izmjeriti se mogu ukupna (totalna naprezanja)
• izmjeriti se mogu porni tlakovi (tlakovi u pornoj vodi)
• EFEKTIVNA NAPREZANJA (σ’) je izvedena veličina
• σ’= σ-u
12
PODZEMNA VODA PODZEMNA VODA –– PORNI TLAKPORNI TLAK
računanje pornog tlakaračunanje pornog tlaka
h = hh = hpp + z+ z
ukupni potencijal ukupni potencijal (visina potencijalne (visina potencijalne energije) = energije) = piezometarski piezometarski potencijal + potencijal + geodetski geodetski potencijalpotencijal
µµ = h= hpp γγww
PORNI TLAK je PORNI TLAK je umnožak umnožak piezometarskog piezometarskog potencijala i potencijala i jedinične težine jedinične težine vodevode
7
13
III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIINŽENJERSKI PARAMETRI
PODZEMNA VODA PODZEMNA VODA –– PORNI TLAKPORNI TLAK
h = hh = hpp + z+ z
µµ = h= hpp γγww
tlačna visina
14
III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIINŽENJERSKI PARAMETRI
PODZEMNA VODA PODZEMNA VODA –– PORNI TLAKPORNI TLAK
h = hh = hpp + z+ z
µµ = h= hpp γγww
8
15
Načelo efektivnih naprezanja
• EFEKTIVNA NAPREZANJA (σ’) je σ’= σ-u
• budući da voda ne može prenositi posmična naprezanja vrijedi:τ = τ’
• efektivna naprezanja su važna jer deformacije (slijeganja) tla i čvrstoća ovise upravo o tim naprezanjima
16
PODZEMNA VODA I OTPORNOST TLAPODZEMNA VODA I OTPORNOST TLA
zrakzrak
krute krute česticečestice
••nesaturirano tlonesaturirano tlo
međuzrnski pritisakmeđuzrnski pritisak
kompresijakompresija kompresijakompresija
9
17
zrakzrak
vodavoda
krute krute česticečestice
PODZEMNA VODA I OTPORNOST TLAPODZEMNA VODA I OTPORNOST TLA
••saturirano tlosaturirano tlo
međuzrnski međuzrnski pritisakpritisak
kompresijakompresija kompresijakompresijaotpor vodeotpor vode
18
III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIINŽENJERSKI PARAMETRI
PODZEMNA VODA I OTPORNOST TLAPODZEMNA VODA I OTPORNOST TLA
zrakzrak
krute krute česticečestice
••nesaturirano tlonesaturirano tlo
međuzrnski međuzrnski pritisakpritisak
zrakzrak
vodavoda
krute krute česticečestice
••saturirano tlosaturirano tlo
međuzrnski međuzrnski pritisakpritisak
zbog vode - razlika između efektivnih i ukupnih naprezanja
10
19
20
PODZEMNA VODA I OTPORNOST TLAPODZEMNA VODA I OTPORNOST TLA
zrakzrak
krute česticekrute čestice
••nesaturirano tlonesaturirano tlo
međuzrnski međuzrnski pritisakpritisak
zrakzrak
vodavoda
krute česticekrute čestice
••saturirano tlosaturirano tlo
međuzrnski međuzrnski pritisakpritisak
EFEKTIVNA EFEKTIVNA NAPREZANJANAPREZANJA
EFEKTIVNA EFEKTIVNA NAPR.NAPR.
PORNI ILI HIDROPORNI ILI HIDRO--STATIČKI STATIČKI PRITISAKPRITISAK
UKUPNO = EFEKTIVNOUKUPNO = EFEKTIVNOUKUPNO = EFEKTIVNO + PORNI UKUPNO = EFEKTIVNO + PORNI
TLAKTLAK
11
21
zrakzrak
vodavoda
krute česticekrute čestice
PODZEMNA VODA I OTPORNOST TLAPODZEMNA VODA I OTPORNOST TLA
smic
anje
smic
anje sm
icanjesm
icanje
••saturirano tlosaturirano tlo
nema posmičnu čvrstoćunema posmičnu čvrstoću
međuzrnski međuzrnski pritisakpritisak
EFEKTIVNA EFEKTIVNA NAPR.NAPR.
22
PODZEMNA VODA I OTPORNOST TLAPODZEMNA VODA I OTPORNOST TLA
σσ’’ = = σσ–– uu
povećanje razinepovećanje razinepodzemne vodepodzemne vodepovećanjepovećanje
pornog tlakapornog tlaka
umanjuju seumanjuju seefektivna naprezanjaefektivna naprezanja
sposobnost tla da se odupre sposobnost tla da se odupre sili smicanja je manjasili smicanja je manja
promjene u podzemnoj vodi utječu na efektivna naprezanja promjene u podzemnoj vodi utječu na efektivna naprezanja σσ’’
saturirano tlosaturirano tlo
12
23
RPV horizontalna; ista u tlu i jezeru
HIDROSTATSKI TLAKHIDROSTATSKI TLAK I PROCJEĐIVANJEI PROCJEĐIVANJE
porni tlak u tlu kada je voda nepokretna
hidraulički gradijent –nagib linije
24
••porni tlak porni tlak = tlak vode u porama saturiranog elementa tlauvjeti: nema tečenja, nema naprezanja
porni tlak = jedinična težina vode pomnožena s visinom stupca vode(µ = γw* hp) µ = 0 kPa
µ = 1 kPa
µ = 3 kPa
13
25
••porni tlak porni tlak = tlak vode u porama saturiranog elementa tlauvjeti: tečenje prema gore; procjeđivanje uzrokuje povećanje pornog tlaka:
na element uronjen u vodu djeluje uzgon koji je jednak razlici tlakova s donje i gornje strane:
-za jedinični volumen uzgon je jednak jediničnoj težini vode
u = ud – ug = γw
vrh uzorka – SAMO PORNI TLAK
µ = 0 kPa
µ = 1 kPa
µ = 5 kPa
µ = 0 kPa
µ = 1 kPa
µ = 5 kPa
26
• Određivanje potencijala i pornog tlaka je neophodno da bi se predvidjele promjene pornog tlaka i njihovi mogući učinci na inženjerske radove.
• Kvantifikacija tečenja vode kroz tlo pomoću Darcyjevog zakona: Q=kAh/L.
• Strujna mreža je grafička metoda za izračun procjeđivanja.
14
27
PODZEMNA VODA:
kretanje podzemne vodeBrzina TEČENJA podzemne vode KROZ TLO:
v = k * i
-nagib vodne plohe
-propusnost stijene.
Darcyjev zakon:
28
III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIINŽENJERSKI PARAMETRI
PODZEMNA VODA PODZEMNA VODA –– PROTOKPROTOK
važno zbog računanja procjeđivanja kroz ili ispod nasipavažno zbog računanja procjeđivanja kroz ili ispod nasipa
••ANALITIČKA METODAANALITIČKA METODA
LhkAQ =
••GRAFIČKA METODAGRAFIČKA METODASTRUJNA MREŽASTRUJNA MREŽA
15
29
tečenje vode u tlu modelira se strujnom mrežom;
STRUJNICE – linije koje pokazuju smjer tečenja
EKVIPOTENCIJALA – linija jednakih potencijala
STRUJNA CIJEV – područje između dvije strujnice
PODZEMNA VODA PODZEMNA VODA –– PROTOK PROTOK –– strujna mrežastrujna mreža
30
Upotreba strujne mreže• određivanje tlaka vode (pornog tlaka) u bilo
kojoj točki mreže:množenje piezometarske visine sa specifičnom težinom vodeµ =hp*γw
• određivanje protoka(za jednu strujnu cijev : qi=k*(∆H/ ∆ l)* ∆ bza kvadratičnu mrežu je ∆ l/∆ b=1
16
31
PODZEMNA VODA PODZEMNA VODA –– PROTOK PROTOK –– strujna mrežastrujna mreža
Hnn
kQd
f=
qi = k* (∆H/ ∆ l)* ∆ b
32
PROPUSNOSTPROPUSNOST
zrakzrak
vodavoda
krute krute česticečestice
zrakzrak
krute krute česticečestice
••drenirani uvjetidrenirani uvjeti
TLOTLO
vodavoda
krute krute česticečestice
••nedrenirani uvjeti ilinedrenirani uvjeti ili••potpuno saturiranipotpuno saturirani
••parcijalno parcijalno drenirani uvjetidrenirani uvjeti
17
33
III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIINŽENJERSKI PARAMETRI
PROPUSNOSTPROPUSNOST
zrakzrak
vodavoda
krute krute česticečestice
TLOTLO
••pore ili šupljine pore ili šupljine u tluu tlu
••KOLIČINAKOLIČINA••VELIČINAVELIČINA
••POVEZANOSTPOVEZANOSTporapora
uvjetuje uvjetuje propusnostpropusnost
tlatla
34
PROPUSNOST TLAPROPUSNOST TLA
mjerne jedinice i red veličinemjerne jedinice i red veličine
18
35
PODZEMNA VODA PODZEMNA VODA –– SILA STRUJNOG TLAKASILA STRUJNOG TLAKA
••može prouzročiti istiskivanje individualnih česticamože prouzročiti istiskivanje individualnih čestica(djeluje u podnožju brana, na padinama ili na dnu iskopa;
narušava integritet strukture tla, stvaranje kanala i razvoj još većih pritisaka)
ws iP γ=
••pojava ‘ključanja’ tla kod kritičnog hidrauličkog gradijentapojava ‘ključanja’ tla kod kritičnog hidrauličkog gradijentaSILA STRUJNOG TLAKA premašuju težinu tla; gubi se međuzrnsko trenje
w
b
w
wTci
γγ
γγγ
=−
=
...naprezanje u tlu prouzročeno tečenjem vode...naprezanje u tlu prouzročeno tečenjem vode(= hidraulički gradijent * jedinična težina vode)(= hidraulički gradijent * jedinična težina vode)
u krupnozrnatim pijescima ic je 0.9-1; FS (likvefakcija)=ic/i
ic = γ’/ γw
36
Hidraulički slom tla
• u građevinskoj jami može nastupiti slom tla uslijed strujanja vode prema gore
• tzv. kritični hidraulički gradijent• ispiranje čestica iz tla u dnu građevne jame• samoubrzavajući proces, jer se ispiranjem čestica
smanjuje debljina tla, a time povećava gradijent• (proces u građevnoj jami može biti tako brz da mješavina vode i čestica u nekoliko sati ispuni čitav volumen građevne jame)
19
37
povećanje RPV-a; opasnost od hidrauličkog sloma tla
38
slika Daso
20
39
U inženjerskoj geologiji važni:
1. (hidrogeološki) uvjeti koji imaju inženjersko značenje, a odnose se na površinsku i podzemnu vodu;
2. analitički postupci;
3. metode kontrole negativnog utjecaja podzemne vode i procjeđivanja;
- (prostorno planiranje)
40
Proučavanje podzemne vodeProučavanje podzemne vodeu inženjerskoj geologijiu inženjerskoj geologiji
VODA KAO INŽENJERSKI PROBLEMVODA KAO INŽENJERSKI PROBLEM
III. HIDROGEOLOŠKI UVJETI
(1) problema koje može prouzročiti u građenju;
(2) njezinog djelovanja kao agensa erozije;
(3) njezinog utjecaja na funkcioniranje građevina;
(4) njezinog djelovanja kao medija za prenošenje zagađenja
21
41
III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIINŽENJERSKI PROBLEMI
slom brane Teton (USA)slom brane Teton (USA)
voda kao agens erozije – hidraulički slom tla
42
III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIINŽENJERSKI PROBLEMI
slom brane Teton (USA)slom brane Teton (USA)
22
43
III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIINŽENJERSKI PROBLEMI
slom brane Teton (USA)slom brane Teton (USA)
Otvorene frakture i pukotine u stijeni desnog potpornjakaOtvorene frakture i pukotine u stijeni desnog potpornjaka bile su inicijalni diskontinuiteti na kojima je započeo proces ispiranja materijala vodom.
44
III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIINŽENJERSKI ZAHVATI
•• BRTVENI SLOJEVIBRTVENI SLOJEVI
•• DRENOVIDRENOVI
•• BUŠOTINE I BUNARIBUŠOTINE I BUNARI
•• BARIJERE (različite vrste nasipa)BARIJERE (različite vrste nasipa)
23
45
sl 8.498.51
46
24
47
III. HIDROGEOLOŠKI UVJETIINŽENJERSKI ZAHVATI
izbor metode kontrole podzemne vode ovisi o geološkoj građi izbor metode kontrole podzemne vode ovisi o geološkoj građi podzemljapodzemlja
neophodni podaci o značajkama stijena/tala i podzemnoj vodineophodni podaci o značajkama stijena/tala i podzemnoj vodi
48
H
h
H / h =
γ slatke / γ slaney
=34y
γ = specifična težina