Специальная часть

Специальная часть дипломного проекта посвящена обработке и анализу материалов полевых и лабораторных исследований, полученных студентом в ходе преддипломной практики и сбора фондовых материалов, а также проработки литературы. Она служит для обоснования возможности и целесообразности перехода к следующей стадии исследований или необходимости дополнительных изысканий.

Специальная часть проекта требует умения квалифицированно оценить результаты проведенных работ, творческого подхода к анализу экспериментальных задач. Учитывая сравнительно небольшой объем специальной части (25-30 с.), обработке и анализу следует подвергать наиболее существенные результаты выполненных работ. Текст специальной части сопровождается сводными таблицами, графиками зависимости расчетных параметров от природных и антропогенных факторов, картами районирования и специальными картами, отражающими особенности и специфику участка: изомощностей, водопроводимости или пьезопроводности, защищенности подземных вод, просадочности и т.п.

В конце специальной части формулируются геоэкологические, гидрогеологические, инженерно-геологические или нефтегазо-гидрогеологи-ческие задачи, которые на выбранном участке (объекте) возникли или остались нерешенными и подлежат дальнейшему изучению.

Специальная часть включает следующие главы.

3.3.1. Характеристика участка работ (объекта исследований). Приводятся сведения о местоположении выбранного участка, его площади, орогидрографических особенностях, геологическом строении и гидрогеологических условиях. При проектировании геоэкологических исследований акцентируется внимание на характере хозяйственной деятельности вблизи участка, на близкорасположенных техногенных объектах, на объемах производства, характеристике выбросов и сбросов, их возможном влиянии на геологическую среду; приводится детальная характеристика свойств почв и грунтов зоны аэрации, поверхностных вод. При изысканиях пресных подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения освещаются вопросы формирования их эксплуатационных запасов, обеспеченности естественными ресурсами, соответствия качества требованиям ГОСТа, наличия потенциальных источников загрязнения. Указывается хозяйственное использование участка и прилегающих к нему территорий и нахождение вблизи него технических сооружений (оросительные каналы, дрены, отстойники, хвостохранилища и т.п.).

При проектировании инженерно-геологических исследований обязательны сведения о характере, классе, типе проектируемого сооружения или их комплекса, возможные последствия строительства и эксплуатации сооружений с точки зрения охраны геологической среды. Характеризуются особенности сооружений (габариты, предполагаемый тип фундаментов, глубины их заложения, нагрузка на фундаменты и т.п.) и основные требования к их основаниям (допустимая осадка, предельная неравномерность деформаций оснований и т.п.). Описание участка работ завершается его классификационной характеристикой по степени сложности гидрогеологических и инженерно-геологических условий в соответствии с нормативными документами.

Текст главы сопровождается крупномасштабными гидрогеологическими, геоэкологическими или инженерно-геологическими картами. Выбранный участок указывается на картах района. Объем главы 5-7 с.

3.3.2. Анализ видов, объемов, методики и качества проведенных на участке работ. Проводится под углом зрения тех целей и задач, которые этими работами решались. В зависимости от направленности дипломного проекта критически оцениваются виды проведенного опробования по элементам природной среды, особенности отбора проб на различные загрязнители, методика опробования откачками, выпусками, наливами, нагнетаниями, опытными нагрузками, статическим и динамическим зондированием, прессиометрией и т.д., метрологическое обеспечение применявшегося оборудования и приборов.

Приводятся объемы и критически оцениваются особенности методов проведения других видов работ: съемочных, буровых, горно-проходческих, геофизических, режимных, опробования, консервации проб и др. Оценивается методика отбора монолитов пород, проб воды на химические, санитарно-бактериологические исследования и анализ загрязняющих компонентов, методы примененных лабораторных исследований свойств грунтов и воды.

Глава должна дать представление о качестве и достоверности результатов выполненных работ, которые будут использоваться для прогнозов и проектных проработок. Освещаются как положительные моменты, так и сложности, обнаруженные при производстве работ. Делается вывод о соответствии (или несоответствии) проведенных на участке работ природным условиям и задачам исследований и возможности использования этой информации в данном проекте.

3.3.3.Специальные главы. Специальная часть проекта состоит из 2-5 глав. Содержание глав зависит от цели и задач дипломного проекта, а также от качества собранного материала по району, участку и объекту исследований.

В дипломном проекте по геоэкологии такими главами могут быть:

1) закономерности процесса подтопления (городской, промышленной и т.п.) территории;

2) оценка защищенности подземных вод от загрязнения;

3) закономерности формирования гидрогеохимического режима в зоне антропогенного воздействия;

4) закономерности изменения водно-физических и физико-механических свойств грунтов под влиянием техногенеза;

5) геоэкологическое районирование территории (городской, промышленной и т.п.) и др.

В дипломном проекте по гидрогеологии могут быть следующие главы:

1) расчет гидрогеологических параметров по данным опытно-фильтрационных работ;

2) анализ материалов режимных наблюдений и расчет гидрогеологических параметров;

3) оценка эксплуатационных запасов подземных вод;

4) оценка водопритоков в горные выработки;

5) оценка и прогноз качества подземных вод на водозаборах и расчет зон санитарной охраны;

6) гидрогеохимическая характеристика выбранного водоносного горизонта;

7) оценка факторов формирования водно-солевого режима мелиорируемых территорий;

8) оценка условий закачки жидких промстоков в глубокие горизонты и расчеты горного отвода.

В дипломном проекте по инженерной геологии могут быть главы:

1) инженерно-геологическое районирование территории;

2) инженерно-геологические особенности участка;

3) статистическая характеристика состава и свойств грунтов;

4) обоснование нормативных и расчетных значений показателей физико-механических свойств грунтов;

5) закономерности изменения показателей механических свойств пород;

6) инженерно-геологические расчеты (осадки, просадки, устойчивости откоса и т.п.), оценка свойств грунтов в массиве по результатам лабораторных испытаний;

7) прогноз изменения состава, состояния и свойств грунтов под влиянием естественных и техногенных факторов, а также прогноз устойчивости склонов, откосов, переработки берегов водохранилищ, динамики и интенсивности других инженерно-геологических процессов.

Главы 2, 3, 4, 5 – обязательны в инженерно-геологических проектах. По согласованию с руководителем дипломного проекта могут включаться и другие главы проекта.

Ниже приводится краткое содержание некоторых специальных глав дипломного проекта.

В дипломных проектах по геоэкологии:

1. Закономерности процесса подтопления территорий устанавливаются на основе комплексных графиков изменения уровней грунтовых вод, осадков, фильтрационных потерь из водонесущих коммуникаций в зависимости от геоморфологического положения территории, литологического состава пород зоны аэрации и их водно-физических свойств, плотности застройки, режима орошения и т.д. По материалам режимных наблюдений оцениваются приходные и расходные статьи баланса грунтовых вод. Статистическими методами оценивается значимость факторов формирования баланса, формируется направление разработки защитных мероприятий от подтопления.

2. Закономерности формирования гидрогеохимического режима в зоне интенсивного антропогенного воздействия устанавливаются на основе площадных многоразовых опробований, например, в процессе мониторинга геологической среды. Выбираются приоритетные загрязнители. Оценка концентраций загрязнения выполняется по основным морфологическим элементам территории (водоразделы, склоны, речные долины) с выделением фоновых концентраций. Результаты спектральных и специальных химических анализов подвергаются статистической обработке для каждого элемента геоэкосистемы (поверхностные воды, почвы, грунты зоны аэрации, подземные воды) и в совокупности, для конкретного морфогенетического или геоэкологического района или участка. Проводится тренд-анализ для выявления закономерностей изменения качества подземных вод по основным загрязнителям (микрокомпонентам, СПАВ, нефтепродуктам, фенолам и т.д.).

Определяются отношения концентраций компонентов к ПДК, естественному или техногенному фону в каждой точке наблюдений, по которым далее получаются суммарные показатели загрязнения, используемые для построения карт загрязнения и оценки степени неблагополучия в зоне техногенеза.

3. Геоэкологическое районирование территории. Оценивается территория по гидрогеологической принадлежности, степени водообеспеченности, степени естественной дренированности, литолого-генетическим особенностям, степени защищенности грунтовых вод, характеру техногенной нагрузки, химическому составу грунтовых вод и другим показателям. Практически районирование – это комплексирование карт по различным показателям с выделением участков с конкретными естественно-историческими условиями и определенной интенсивностью антропогенной нагрузки.

В дипломных проектах по гидрогеологии:

1. Расчет гидрогеологических параметров (для напорных пластов – коэффициент водопроводимости и пьезопроводности, для безнапорных – коэффициенты фильтрации и уровнепроводности) выполняется, как правило, по данным опытно-фильтрационных работ. Эти параметры для напорных вод позволяют оценить упругую водоотдачу пласта. Для оценки влияния границ рассчитывается показатель степени взаимосвязи подземных и поверхностных вод – фильтрационное сопротивление русловых отложений и параметр перетекания. Для месторождений подземных вод с высокой неоднородностью мощностей отложений, их фильтрационных свойств и гидрогеохимических условий (третья группа месторождений подземных вод), на которых оценка эксплуатационных запасов выполняется в основном гидравлическим методом, рассчитываются также эмпирические зависимости дебита от понижения напора в скважинах.

2. Анализ материалов режимных наблюдений выполняется с целью прогноза изменения уровней, температуры, химического, газового и бактериологического состава подземных вод как в естественных, так и в нарушенных инженерными сооружениями условиях, а также для расчетов гидрогеологических параметров и элементов водного баланса подземных вод. Анализ результатов наблюдений выполняется на основе построения хронологических графиков изменения уровней, минерализации и химического состава по каждой скважине, характеризующей определенные условия формирования баланса. Эти графики комплексируются с аналогичными графиками изменения во времени возможных факторов формирования элементов баланса: количеством осадков, величиной суммарного испарения, элементами режима работы инженерных сооружений и т.д.

Элементы баланса и основные гидрогеологические параметры подземных вод оцениваются по материалам режимных наблюдений за динамикой уровней подземных вод, расходами дрен, водопритоками в горные выработки. Выбор метода расчета элементов баланса и гидрогеологических параметров (конечных разностей; фрагментирования элементов потока по амплитудам подъема и спада уровней в одиночных скважинах; уравнений связи амплитуд колебаний уровней с глубиной их залегания и т.д.) следует обосновать граничными условиями в плане и разрезе, режимами фильтрации и др.

3. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод производится по результатам проведенных на месторождении работ и по данным эксплуатации. Освещаются следующие вопросы: граничные условия водоносного пласта в плане и разрезе; состав и расчетные значения водопроницаемости, пьезопроводности (уровнепроводности) и водоотдачи; состав и водопроводимость контактирующих пород; условия взаимосвязи подземных вод с поверхностными, смежными водоносными горизонтами и комплексами; глубина залегания и форма пьезометрической или свободной поверхности подземных вод; режим подземных вод; качество вод основного и контактирующего водоносных горизонтов и поверхностных вод; гидрологический режим поверхностных водотоков и водоемов, имеющих связь с подземными водами.

Для оценки эксплуатационных запасов подземных вод (оценки водопритоков в горные выработки) используют методы: гидродинамический и моделирования на ЭВМ и ПЭВМ; гидравлический; балансовый; гидрогеологических аналогий, - а также комплексируют указанные методы. Оценка запасов подземных вод на стадии разведки должна выполняться по нескольким вариантам размещения водозаборных сооружений. Обосновывается оптимальный вариант с учетом гидродинамических параметров и экологических критериев, для чего выполняется прогноз изменения качества воды водозабора в течение эксплуатационного периода и рассчитываются границы 2-го и 3-го поясов зон санитарной охраны.

Для некоторых типов месторождений должны оцениваться естественные запасы и естественные ресурсы подземных вод, когда они являются основными элементами формирования эксплуатационных запасов на участке водозабора.

4. Оценка водопритоков в горные выработки выполняется аналогично оценке эксплуатационных запасов подземных вод, но с необходимостью учитывать изменяющиеся во времени природные и техногенные факторы и рост площади (объема) самих выработок в процессе эксплуатации месторождения. Расчет водопритоков выполняется вначале для стадии вскрытия полезного ископаемого (стволы шахт, штольни и т.д.), затем для стадии развития горизонтальных выработок и, наконец, для системы выработок в период эксплуатации горного предприятия.

5. Гидрогеохимическая характеристика участка. Содержание главы определяется целью и задачами дипломного проекта. При решении задач хозяйственно-питьевого водоснабжения основное внимание обращается на закономерности распределения в подземных водах нормируемых ГОСТом «Вода питьевая» компонентов (хлора, сульфат-иона, фтора, железа, селена, мышьяка, меди, свинца и др.). Учитываются и суммарные обобщающие показатели качества: минерализация, жесткость, окисляемость и др.

6. В работах гидроминеральной и нефтегазовой тематики необходимо углубленно рассмотреть распространение в подземных водах таких компонентов, как бром, йод, сероводород, радон и др., регламентирующих использование подземных вод в качестве лечебных и промышленных. Так как особенности миграции и аккумуляции микроэлементов определяются геохимической историей подземных вод (рассолов), важно выявить геохимические связи между их общим ионно-солевым и микрокомпонентным составом.

Анализ пространственно-временного распределения состава подземных вод производится с использованием графических и математических методов. Графические заключаются в составлении гидрогеохимических карт, разрезов, блок-диаграмм, графиков. Математические базируются на применении специальных методов (корреляционный, регрессионный, кластерный, факторный и др.) анализа первичных данных на ПЭВМ, что позволяет оценить гидрогеохимические условия территории, прогнозировать поведение химических элементов в подземных водах. На основе комплексного анализа природных условий территории выделяются главные факторы формирования состава и запасов подземных вод. Дается их характеристика и оценивается количественное влияние на содержание компонентов и химический состав подземных вод.

При описании процессов формирования состава вод неглубокой циркуляции устанавливается роль растворения, выщелачивания, гидролиза, ионного обмена, смешения, конвекционного переноса, которые наиболее важны в верхнем гидродинамическом этаже. Для объяснения формирования состава вод, залегающих в глубокопогруженных частях артезианских бассейнов, оценивается роль процессов кристаллизации (галогенеза), молекулярной диффузии, доломитизации, альбитизации, обменной адсорбции и др.

При решении указанных вопросов проводится анализ распределений гидрогеохимических показателей подземных вод. Аналогично составляются подобные главы в проектах нефтегазо-гидрогеологической тематики.

В дипломных проектах по инженерной геологии:

1. Инженерно-геологическое районирование. Излагаются результаты инженерно-геологического районирования или типизации территории (района, участка) применительно к проектируемому виду строительства. Если инженерно-геологическое районирование с построением карт инженерно-геологических условий района (участка) выполнено ранее в производственной организации, то проводится анализ имеющихся результатов на соответствие районирования существующим правилам. Раздел завершается инженерно-геологической оценкой выделенных таксономических единиц или типов условий, и их индексацией.

2. Инженерно-геологические особенности участка. Приводятся сведения обо всех особенностях основных компонентов инженерно-геологических условий участка (трассы, створа и т.д.): рельеф, абсолютные отметки поверхности, направление и величина уклона, наличие на участке или вблизи него проявлений неблагоприятных физико-геологических процессов (овраги, оползни, подмывы берега, карст, просадки и др.), характерный обобщенный геолого-литологический разрез площадки (писанный или в виде колонки, сверху вниз) с глубинами подошв и мощностями слоев, а также положение грунтовых вод и направление их потока. Обосновывается выделение инженерно-геологических элементов (ИГЭ) и приводится их последовательное описание. Приводится характеристика слагающих ИГЭ грунтов с приложением разрезов, таблиц и схемой расположения ранее пройденных выработок. Дается оценка агрессивности грунтовых вод.

3. Статистическая характеристика состава, состояния и свойств грунтов. Глава разделяется на подглавы,, в которых вначале характеризуется статистический метод анализа, применяемые расчетные формулы и алгоритм расчета нормативных значений показателей свойств, подготовка исходных данных и статистические их характеристики. Указывается используемая программа расчета. Результаты статистических расчетов на ПЭВМ приводятся по выделенным инженерно-геологическим элементам с анализом надежности результатов по реализованным в программах критериям: коэффициенту вариации, асимметрии, эксцессу и т.п. Раздел сопровождается распечатками характеристик, гистограмм, кумулят. Допускается статобработка одного ИГЭ, являющегося несущим слоем.

4.На основе статистической обработки обосновываются нормативные и расчетные значения показателей свойств грунтов. Излагается методика получения расчетных значений и приводятся результаты расчетов при требуемой нормами доверительной вероятности. Нормативные и расчетные значения с характеристиками изменчивости (стандарты, коэффициенты вариации) и объемом информации (число определений) по каждому ИГЭ сводятся в таблицу.

5. Закономерности изменения показателей механических свойств в зависимости от состава, состояния, физических свойств и других косвенных характеристик грунтов выявляются на основе корреляционного анализа экспериментальных данных. Оценивается форма установленных зависимостей, их теснота и достоверность, выводятся уравнения парной и множественной регрессии. Изложение сопровождается полями корреляции исследуемых показателей, графиками зависимостей, таблицами коэффициентов корреляции.

6.Инженерно-геологические расчеты. Содержание главы зависит от решаемой задачи и может содержать 2-4 раздела, в числе которых - следующие:

- обработка результатов полевых испытаний грунтов (штампоопытов, прессиометрии, статического и динамического зондирования и т.д.);

- обработка результатов компрессионных испытаний грунтов (расчет модуля общей деформации; относительной просадочности; начального просадочного давления; просадки от собственного веса грунта; осадки или просадки основания);

- расчет основания по несущей способности;

- расчет горного давления в проектируемых подземных выработках и др.

Обработка результатов расчетов выполняется в соответствии с действующими ГОСТами, СНиПами, СП и методическими указаниями.

7. Прогноз изменения состава, состояния и свойств грунтов под влиянием естественных и техногенных факторов выполняется по результатам обработки материалов наблюдений и включает определение типа режима изменчивости свойств во времени, обоснования аппроксимирующей функции, оценку погрешности прогноза и экстраполяцию полученных результатов на требуемый период времени или ожидаемую интенсивность возмущающих факторов. Расчеты устойчивости склонов и искусственных откосов включают характеристику особенностей состава грунтов, расчетную схему, обоснование принимаемых значений показателей свойств и метода расчета устойчивости. Приводятся уравнения равновесия масс горных пород, значения коэффициентов устойчивости и максимально возможной высоты вертикального откоса.

Для оползневых склонов, наряду с качественными оценками возможности возникновения или интенсификации процесса, производятся количественные расчеты устойчивости. Кроме расчетно-теоретических используют вероятностно-статистические методы, моделирование на ПЭВМ, методы электрогеодинамических и инженерно-геологических аналогий. Раздел завершается рекомендациями по предотвращению или стабилизации оползневого процесса.

Специальная часть заканчивается выводами из всех результатов, полученных на основе обработки материалов.