تطبيقات الجيولوجيا في المنشآت الهندسية

تلقي هذه المقالة الضوء على أفضل ستة تطبيقات للجيولوجيا في الإنشاءات الهندسية.

1. بناء الأحجار:

هناك أنواع مختلفة من الصخور التي يجب أن تلبس وأن تعمل على الشكل لاستخدامها في الإنشاءات. يجب أن تكون بعض الخصائص الجيولوجية والفيزيائية راضية عن حجر بناء جيد. المتانة وسهولة النقل والمظهر الجميل بالإضافة إلى سهولة عملية المحاجر هي بعض الخصائص الهامة المطلوبة لبناء الأحجار.

من الضروري معرفة التركيب المعدني لحجر المبنى لتحديد مدى ملاءمته وقوة تحمله. بعض المعادن مثل الشرت ، البيريت ، والمحتوى العالي من الميكا هي ضارة و ضارة و يجب تجنب الصخور المحتوية عليها. وجود المعادن مثل البايرايت الذي يؤكسد بسهولة إنتاج البقع القبيحة يجعل الصخور غير مرغوب فيها. الصخور الخشنة المحببة أضعف من الصخور الناعمة.

لكي يكون الحجر متينًا ، يجب عليه الاحتفاظ بحجمه الأصلي وقوته ومظهره لفترات طويلة جدًا. ولا يمكن تحقيق ذلك إلا عندما تكون للحجارة القدرة على مقاومة تأثير الجو في الجو والأمطار. خصائص أخرى لأعمال البناء وغيرها من خواص أحجار البناء الجيدة هي قوة التكسير ، مقاومة الحريق ، الامتصاص إلخ.

الصخور المستخدمة عموما للمباني والمنشآت الأخرى هي الصخور الجرانيتية والصخور الأخرى ذات الصلة والحجر الجيري والرخام والحجر الأردواز والحجر الرملي. من بين الصخور المتحولة والنارية ، الصخور المستخدمة عموما هي الجرانيت والنيس.

الصخور الغرانيتية ، بسبب قوامها الحبيبي ، لونها السرور وخصائصها المفضلة مثل قوة الضغط العالية والامتصاص المنخفض تستخدم في الغالب. يمكن استخلاص الجرانيت بسهولة لأن لديهم مفاصل متطورة بشكل جيد وطوافي تقسيم. لبازلت المعادن الطريق و dolerites هي مناسبة. ومع ذلك ، لا يفضل هذا عادةً أعمال البناء لأنها إما داكنة أو باهتة اللون.

الحجارة الرملية والكوارتزايت تحدث بكثرة ويتم استخدامها لبناء العمل. الكوارتز بسبب وجود صلابة شديدة تجعل العمل صعبًا وقد لا يكون مفضلاً في البناء. الحجر الجيري الذي يتم استخراجه بسهولة ، يستخدم بشكل أساسي في أعمال البناء. فهي خفيفة ومتاحة بألوان مبهجة. يتم استخدام الرخام بشكل شائع في أعمال الديكور في المباني.

يمكن تقسيم الأردواز الصخري المتحولة بالتساوي إلى طبقات رقيقة ويستخدم في تسقيف المباني ورصفها. يستخدم Laterite ، صخرة دائمة كحجر بناء. كما أنه يستخدم كمعادن طرق خاصة في الدول الاستوائية مثل الهند. مع الاستخدام الواسع للخرسانة الاسمنتية في المباني والإنشاءات الأخرى يتم سحق الصخور إلى مجاميع صغيرة الحجم وتستخدم لصنع الخرسانة الإسمنتية.

بالنسبة للركام لتصنيع الجرانيت الخرساني ، يتم استخدام معظم الكوارتزيت والبازلت. في الوقت الحاضر ، تواجه الجدران الخرسانية والخرسانة المسلحة في بعض الأحيان الأحجار لتقديم مظهر جذاب وأيضا لتكون بمثابة طبقة واقية ضد مياه الأمطار والغازات الجوية.

توفر الأحجار الطبيعية عظمة وجمالًا للمباني. بالإضافة إلى ذلك ، فإن صيانة وصيانة الهياكل الحجرية ليست صعبة ، وبالتالي فإن الجرانيت والحجر الجيري يستخدمان على نطاق واسع كحجارة.

أحجار البناء في الهند:

تم بناء معظم المعابد والصروح العامة في جنوب الهند من الجرانيت والنيسات المتوفرة في أقدم صخور أرخية في الهند. مجموعة متنوعة من الغرانيت تسمى charnockite هي حجر بناء ممتاز يستخدم في بناء الباغودا السبعة في ماهاباليبورام بالقرب من تشيناي. الحجر الرملي vindhyan وكذلك الحجر الرملي من التشكيلات القديمة الأخرى تستخدم كثيرا مثل أحجار البناء الجيدة في الهند.

استخدمت الأحجار الرملية vindhyan في إنشاء هياكل كبيرة مثل Stupas البوذي في Saranath ، و Barhut ، و Sanchi ، و مدينة Fethpur Sikri Emperor Akbar بالقرب من Agra والمباني المغولية الشهيرة في Agra و Delhi ، ومباني Loksabha ، و Rashtrapati Bhavan والإدارة. المباني الإدارية لحكومة الهند في نيودلهي. الحجارة الرملية vindhyan تستخدم للأرضيات ، تسقيف ، أعمدة التلغراف ، عتبات النوافذ إلخ.

الحجر الرملي Athgarh لصخور Gondwana العليا في Orissa هي مجموعة متنوعة من الجمال والمتانة. واستخدمت هذه الأحجار الرملية في تشييد معابد بوري - جاغاناث ، وبوبانيسوار ، وكونارك ، والكهوف البوذية في كانداجيري وأودياجيري. تستخدم الأحجار الرملية في تيروباتي في أندرا براديش وحجارة الرمل في ساثيفيدو في تاميل نادو في المباني ، كما يتم الحصول على هذه الأحجار الرملية من تشكيلات غواندا.

تم العثور على الحجر الجيري في العديد من الأماكن في الهند. هذه بمثابة بناء ممتازة وحجارة الزينة. تم بناء تاج محل المهيب من رخام ماكرانا في Archaen Dharwars. تم العثور على الحجر الجيري الجيد في مناطق جونتور وكورنول في ولاية اندرا براديش.

ألواح كادابا الشهيرة المستخدمة كحجارة رصف ، طاولات ، درجات وحجارة سياج من الحجر الجيري المحاجر في أندرا براديش بالقرب من ييرغونثا (منطقة كادابا) وبيتامشرلا (منطقة كورنول). يأخذون طلاءًا جيدًا ويمكن تقسيمه إلى ألواح بسمك 12 ملم أو أكثر بسمك يصل إلى 1.25 متر.

ومن المعروف ماهاراشترا ، ماديا براديش ، الساحل الغربي من مالابار وأماكن أخرى لحدوث نوعية جيدة في وقت لاحق. إنه حجر بناء متين. ويتيح ليتم تقطيعه إلى كتل عند المحاجر الطازجة. يتم تشديده على التعرض للهواء. نظرا لحدوث وفرة فإنه يستخدم أيضا كمعدن للطرق.

يتم استخراج الألواح بالقرب من دارمزالا في منطقة كانجرا ، وكوند في مقاطعة غورغاون ، ووهنجير في بيهار وماركابور على حدود نيلور- كورنول.

تحجيم الحجارة:

يتم اتباع نوعين متميزين من المحاجر. في نوع واحد من المحاجر الكائن هو الحصول على أحجار في شكل كتل كبيرة وغير مدمرة. في النوع الآخر ، الكائن هو الحصول على أشكال غير منتظمة من الأحجار غير المخصبة للخرسانة ، ومعدن الطرق وعمليات التصنيع المختلفة.

تعتمد طرق المحاجر على البنية ، الانقسام ، الصلابة ، التركيب وخواص فيزيائية أخرى ، بالإضافة إلى موقع وطبيعة الترسبات.

مبدأ أساسي في المحاجر هو أنه يجب التخطيط للوجه العملي للمقالع بحيث يجب أن تنزلق الصخور المنفصلة وتتحرك للأمام في الغالب بسبب وزنها. قد لا يكون هناك مبرر للبدء في تطوير عمل إيداع قبل التأكد من توافر الصخور في الجودة المرغوبة وكمية وفيرة تستحق استغلالها بشكل مربح.

كما يمكن أن يكون الجرف أو الجرف على طول الغول أو التيار بمثابة مؤشر قيم لفهم المقطع العرضي على مستويات مختلفة ، كما أنه يسمح باختبارات الجودة على مستويات مختلفة. في الحالات التي تكون فيها هذه الشروط غير موجودة في الموقع ، قد يكون من المرغوب فيه حفر ثقوب الاختبار على فترات زمنية لجمع بيانات جودة الصخور.

تعتمد جودة وخصائص الصخور على استخلاصها على استخدامها. على سبيل المثال ، التركيب الكيميائي للصخرة هو أحد الاعتبارات الهامة لاستخدامه كدفق فرن ، في الجير أو الأسمنت. تعتبر الخصائص الفيزيائية أكثر أهمية عندما يكون الغرض من الصخور هو صنع أحجار البناء أو أحجار البعد من الخواص الكيميائية. (تشير أحجار البعد إلى كتل الحجر المطلوبة في شكل كتل من الأشكال والأحجام المحددة).

تعتمد طرق المحاجر على الميزات الجيولوجية. هناك ثلاث طرق مهمة لمحاجر ، أي. طريقة التوصيل والريش. طريقة التفجير أو التفجير والتوجيه بواسطة الآلات.

طريقة التوصيل والريش في الحز والقطع تتم في استزراع الحجر الرملي. يتم استخدام طريقة التفجير أو التفجير لمحاجر الحجر المجروش. وتتمثل الطريقة في الحفر والانفجار بالمتفجرات وتحجير المواد. يتم استخدام طريقة التوجيه باستخدام الآلات في استخراج الحجر الجيري.

2. امدادات المياه:

ومصادر إمدادات المياه هي (1) المياه السطحية من الأنهار وخزانات التخزين (2) المياه الجوفية من الآبار ، والآبار العميقة والآبار الارتوازية. عندما يسقط المطر على اليابسة ، يتم تشتيته جزئياً عن طريق السقوط من السطح وجزئياً بالتسرب إلى الأرض. وفي الأراضي الرطبة المنخفضة المعتدلة ، تشير التقديرات إلى أن ثلث الأمطار التي تم جمعها تشكل الجريان ، بينما يغوص الثلث في الأرض ويضيع التوازن عن طريق التبخر.

مصادر المياه الجوفية:

يشتق الماء تحت السطحي من عدد من المصادر. في جزء منه ، المياه الجوفية هي مساهمة مباشرة من النشاط الصخري أو البركاني. في عملية التبلور يتم استبعاد الماء الذي ينتقل إلى الصخور المجاورة لتصبح جزءًا من الإمداد تحت الأرض. تسمى هذه المياه المستبعدة في تبلور الصخور النارية بالماء الصغير أو المياه المنصهرة. (العديد من رواسب الركازات والأوردة المعدنية صنعت بواسطة ماء الأحداث).

تحت التراب ، تحتفظ الرواسب المودعة ببعض المياه في الفجوات. بعد ترسب بعض الرواسب المنفردة ، قد يتم سجن بعض هذه المياه والاحتفاظ بها في الرواسب ، حتى يتم استغلالها. تسمى المياه المحبوسة في الرواسب في وقت ترسبها مياه كونيت. المياه المالحة المصادفة محليا في بعض الآبار الداخلية هي مياه كونيت.

المصدر الرئيسي للمياه الجوفية هو جزء من الأمطار التي تغرق في الأرض. يسمى هذا الجزء الرئيسي من المياه الجوفية بالماء النيزكي.

إن إمدادات المياه من المصادر السطحية لا تشمل فقط المياه التي يتم الحصول عليها محليًا من الأنهار والبحيرات ولكن أيضًا من الخزانات المحتجزة التي تقع في الغالب على بعد مسافة من المنطقة التي سيتم توريدها. وهكذا ، فإن البلدة التي تقع بالقرب من نهر كبير تستخدم في كثير من الأحيان الماء من هذا المصدر. يتم تصفية المياه وإذا لزم الأمر تنقيتها كيميائيا وبكتريا قبل استخدامها.

قد تكون مصادر الأنهار سهلة الوصول ، وغالباً ما تكون أقل تكلفة من الحصول على الإمدادات التي قد تتضمن برنامج حفر مكلف. على العكس من ذلك ، فإن تكلفة تنقية مياه النهر قبل طرحها للجمهور أكبر من التكاليف التي ينطوي عليها معالجة مياه الآبار.

كانت البحيرات والأنهار هي أسهل مكان يمكن الحصول على الماء منه. ومع ذلك ، فإنه حتى في أقدم الحضارات ، من المعروف جيدا أن هناك حاجة لحفر الآبار لسحب المياه من باطن الأرض. مسامات من الصخور تحمل الماء. في الأحجار الرملية غير المصبوغة تشكل المسام 20 إلى 25 في المائة من الصخور.

في الصخر الزيتي قد تكون المسامية أعلى. ومع ذلك ، فمن الممكن الحصول على الماء فقط من هذه الصخور التي تمتلك نفاذية كبيرة بالإضافة إلى المسامية. تسمى صخور المكامن هذه طبقات المياه الجوفية. تتكون طبقات المياه الجوفية في الغالب من الحجر الرملي. تحتوي بعض الصخور الكلسية والصخور الأخرى أيضًا على مياه في كسور فيها. من المرجح أن تكون معدلات حركة المياه مرتفعة على طول مناطق الصدع والمشتركة.

3. جدول المياه:

تعد المياه الجوفية واحدة من أهم السمات المتعلقة بدراسة المياه الجوفية. الجدول المائي هو المستوى الذي تحته الأرض بالكامل مشبع بالماء وفوق ذلك تحتوي المساحات الصخرية للصخور على بعض الماء والهواء أيضا. ترتفع منسوب المياه الجوفية تحت التلال وتهبط نحو البحيرات والجداول.

الشكل 18.1 يبين العلاقة النموذجية بين جدول المياه والتضاريس. من الواضح أن منسوب المياه الجوفية سيكون على مستوى الأنهار والبحيرات على هامشها. يعتمد العمق من سطح الأرض إلى المياه الجوفية بشكل كبير على نوع الصخور والمناخ. في المناطق الرطبة ، يمكن الوصول إلى الأرض المشبعة على عمق بضعة أمتار تحت السطح.

المنضدة المائية في المستنقعات تكون فوق أو فوق سطح الأرض بقليل. على العكس من ذلك في الصحارى قد يكون منسوب المياه على بعد مئات الأمتار تحت مستوى الأرض. بشكل عام ، يتم تشبع كل الصخور تحت سطح الماء بالماء حتى يتم الوصول إلى المستوى الهابط الذي يقلل الضغط المرتفع بسبب وزن العبء الزائد من مساحة المسام إلى الصفر تقريبًا. هناك بعض الحالات من طبقات غير منفذة والتي قد تحمل بعض المياه على عمق أعلى من منسوب المياه الجوفية الطبيعي في المنطقة.

قد توجد بعض الحالات حيث قد تحمل الطبقات غير المكتملة جسمًا من الماء عند مستوى أعلى من مستوى منسوب المياه الجوفية الطبيعي. في مثل هذه الحالات ، كما هو موضح في الشكل 18.2 ، من الواضح أنه يمكن اختراق الجزء العلوي من الماء بحفر بئر بينما الأرض الجافة قد تكون جافة تقريبا.

قد تختلف ظروف جدول المياه في العديد من المناطق بسبب تناوب الطبقات غير منفذة وغير منفذة ، وخطوط الطي والخطأ. قد تعوق الطبقات غير المكتملة تدفق المياه الجوفية وعزل آفاق تحمل المياه مع النتيجة قد تحتوي كل مجموعة من الطبقات المنفصلة على جدول مياه مستقل خاص بها. من خارج المحاصيل من هذه الطبقات مسؤولة بشكل عام عن خطوط الينابيع المتقطعة على طول جانب التل كما هو الحال في الشكل 18.3.

4. الآبار الارتوازية:

في بعض الأماكن يتم وضع المياه الجوفية في منطقة قابلة للاختراق بواسطة صخور غير منفذة على الجانبين. المياه المحفوظة هي مياه محصورة وتسمى المنطقة القابلة للخلط طبقة المياه الجوفية. هذا الماء المحصور عادة ما يكون تحت الضغط وبالتالي سوف يرتفع في بئر تنقذه. تسمى هذه المياه المحصورة تحت الضغط بالمياه الارتوازية. يسمى البئر الذي ترتفع فيه المياه فوق مستوى المياه الجوفية المجاورة بئر ارتوازي.

الشروط التالية ضرورية للتدفق الارتوازي:

(ط) منطقة أو طبقة منفذة ، أي طبقة مياه جوفية.

(2) صخور غير منفذة نسبياً فوق وتحت ذلك من أجل حصر الماء في طبقة المياه الجوفية.

(3) الانخفاض الكافي في طبقة المياه الجوفية لتوفير تدرج هيدروليكي.

(4) منطقة سحب بحيث يمكن شحن المياه الجوفية بالمياه.

هذه الشروط مبينة في الشكل 18.4. هناك حاجة إلى طبقة صخرية غير منفذة فوق وتحت طبقة المياه الجوفية لضمان عدم فقدان الرأس. يوفر منحدر الأسرة تدرجًا هيدروليكيًا يمتد من مستوى التشبع لأسفل انخفاض الهيكل بقدر ما يستمر الهيكل. توجد المياه الارتوازية بشكل شائع في طبقات الحجر الرملي المنفصلة التي تغطيها صخور غير منفذة أو أنواع أخرى في سلسلة صخور رسوبية.

عندما يتم ضخ المياه باستمرار من البئر ، يكون معدل التفريغ عبر الصخور عادة أقل بكثير من معدل الضخ وسوف يكون التدفق عبر الصخور غير كافي للحفاظ على الرأس الأصلي وبالتالي يتم ضغط الماء في جميع أنحاء البئر المؤدية إلى جدول مائي مخروطي منخفض يسمى مخروط الاكتئاب أو مخروط الإرهاق. إن البئر العميقة التي يضخ منها معدل ضخ كبير قد يؤدي إلى جلب آبار أصغر مجاورة موجودة في نطاق مخروط الاكتئاب إلى حالة من الإرهاق.

المياه الجوفية في المناطق الساحلية والجزر:

إن وجود المياه الجوفية العذبة في المناطق الساحلية والجزر مسألة تثير الاهتمام. وتكون الطبقات في مثل هذه المناطق قابلة للاختراق في الغالب وتتكون من الرمل ، الطمي ، الشعاب المرجانية ، الحجر الجيري الخ. مع سقوط المطر ، تتسرب مياه الأمطار خلال هذه الطبقة وتصبح المياه الجوفية العذبة.

ومع ذلك ، فإن مياه البحر المالحة تتسرب إلى الطبقات الفرعية التي تدفع المياه العذبة إلى أعلى بحيث تجعلها تطفو فوقها ، لأن مياه البحر أكثر كثافة من المياه العذبة. (من الجدير بالملاحظة أن عمودًا من المياه المالحة يبلغ طوله 12 مترًا يوازن بين 12.3 مترًا من المياه العذبة). في الشكل 18.6 ، يتم موازنة المياه العذبة Colum H بالارتفاع h من الماء المالح. إذا كان ارتفاع منسوب المياه العذبة فوق مستوى سطح البحر هو t.

ثم ، H = h + t = Sh

حيث S = الجاذبية النوعية للمياه المالحة.

(S - 1) h = t

H = t / S - 1

حوادث المياه الجوفية في الهند:

سهول نهر Indus و Ganges هي خزانات ضخمة من المياه العذبة ، تمد الآبار. في المناطق الجبلية توجد الينابيع حيث تكون الصخور السابقة وغير المكتملة مبطنة ومائلة أو مطوية. يتم تشكيلها حيث يتم عبور الصخور من قبل المفاصل والشقوق والأعطال.

تشكل البازلتية الحويصلية طبقات مياه جوفية جيدة في تشكيلات فخ ديكان في ماهاراشترا ومادهيا براديش مما يعطي مياه جيدة. غوجارات ، جنوب أركوت في ولاية تاميل نادو ، بونديشيري وأحياء شرق وغرب جودافاري في ولاية اندرا براديش تحتوي على الينابيع الارتوازية.

في مناطق تانجور ومادوراي وترونلفلي في ولاية تاميل نادو ، فإن باطن الأرض عبارة عن طين أو صخور ناعمة تنتج كمية عادلة من المياه الصالحة للشرب. في مناطق الساحل الغربي مثل ولاية كيرالا وكارناتاكا ، فإن الطبقة التحتية تنتج في الغالب كمية جيدة من المياه الجوفية. الينابيع الحرارية والمعدنية موجودة في عدة أجزاء من الهند - مومباي ، البنجاب ، بيهار ، آسام ، سفوح جبال الهيمالايا وكشمير.

5. مواقع السدود والخزانات:

إن المصادر السطحية المرتفعة ، التي تميزها إمدادات الأنهار ، توفر المياه للمدن ، حيث يتم تخزين المياه في الخزانات الموصلة ونقلها إلى المدن عن طريق خط الأنابيب والقناة. السدود هي أيضا لحصر المياه لتوليد الطاقة الكهرومائية ، جنبا إلى جنب مع الأنفاق لنقل المياه.

وحيث يتم استخدام الجريان بهذه الطريقة (المتميزة عن جزء الترشيح لسقوط المطر) والماء محتجز ، هناك العديد من العوامل الجيولوجية التي يجب أخذها في الاعتبار عند اختيار الموقع لكل من الخزان والسد. يجب أن يكون الخزان من الحد الأقصى من كفاءة الاحتفاظ بالمياه ويجب أن يتم تأسيس السد بشكل آمن.

إن المشورة الجيولوجية هي الآن أيام مطلوبة لمعظم مشاريع الهندسة المدنية الكبيرة وهي ضرورية بشكل عام حيث يجب اختيار موقع بحجم أي خزان.

عندما يتم دراسة الظروف الجيولوجية وتبين أنها مرضية ، يمكن معالجتها من قبل المهندس ، ولكن يجب أن يكون لدى المهندس معرفة كافية بالجيولوجيا للتعرف على المشكلات المحتملة التي قد تواجهها ومتى تحتاج إلى مشورة الخبراء.

يجب إجراء تحقيق جيولوجي شامل قبل بدء الأعمال ، ويجب أن تستمر جميع الملاحظات أثناء تقدمها ، حيث قد تتوافر معلومات إضافية ، وقد تكون هناك حاجة لتوقعات جيولوجية لتوجيه برنامج التنقيب مع بدء أعمال البناء.

وينبغي إدراك أن فشل سد كبير يؤدي إلى كارثة واسعة النطاق في اتجاه مجرى النهر ، وهي كارثة تشمل حياة المئات بشكل سليم وحياة المئات. وبالتالي فإن المهندسين وموظفيهم مسؤولية غير عادية. قد تنشأ المشاكل الجيولوجية في بعض المواقع بشكل غير متوقع وقد تكون معقدة بحاجة إلى تحليل مهني عالي المهارة.

قد لا يكون من المألوف الإشارة إلى أنه صحيح أن العديد من حالات فشل السدود لا تحدث بسبب التصميم الخاطئ للهيكل نفسه ولكن بسبب الظروف الجيولوجية التي لم يتم استيعابها بشكل كاف مسبقًا. إذا كانت شدة التسرب الأرضي قد مرت دون ملاحظة وتم بناء السد عند ارتفاع الإنفاق ، فقد يبقى السد قويًا ومتينًا ولكن بدون ارتفاع منسوب المياه ، وبالتالي يهزم الغرض الأساسي للسد.

يميل المؤلف إلى اقتبس الكلمات التالية الأكثر ملاءمة للجيولوجي العظيم. بيركي في ورقته مسؤوليات الجيولوجيين في المشاريع الهندسية.

السدود يجب أن تقف. ليس كلهم ​​يفعلون ، وهناك كل درجات عدم اليقين بشأنهم. الخزانات يجب أن تحمل الماء. ليس كلهم ​​يفعلون ، وهناك العديد من الطرق التي قد تضيع بها المياه.

يجب أن يتم العمل بأمان كعمل بناء. ليس كلهم ​​، العديد من مصادر الخطر موجودة.

يجب أن تكون البنية الكاملة دائمة وأن يكون للعمل الحق في التقديرات الأصلية. ليست كلها ، وهناك العديد من الأسباب لفشلها أو فائض تكلفتها ، ومعظمها جيولوجي أو اعتماد جيولوجي.

أنواع وأغراض السدود:

يتم إنشاء السدود لتكون بمثابة حواجز لمنع المياه المخصصة لأغراض مختلفة. وتتمثل الاستخدامات الرئيسية في توفير تنظيم التدفق وتخزينه من أجل إمدادات المياه المجتمعية أو الصناعية ، والطاقة ، والري ، والتحكم في الفيضانات ، وتنظيم رواسب التيار الخ.

الطبقات الرئيسية للسدود هي السدود الأرضية أو الصخرية وسدود البناء. يعتمد اختيار نوع التربة أو الصخور على الأساس ، ومصادر المواد ، وبالطبع على اقتصاد المشروع. في الحالات التي تكون فيها المادة الكامنة ضعيفة للغاية بحيث لا يمكن أن تدعم سدًا ماديًا وتكون الصخور القوية موجودة فقط عند أعماق كبيرة جدًا ، يتم استخدام السدود المملوءة بالأرض أو الصخور.

وحيث توجد الصخور المنبوشة في الموقع على أعماق صغيرة تكون قوية بما يكفي لدعم بنية البناء ، يمكن إما بناء سد حجري أو سد ترابي. سيكون الاختيار نتيجة التحليل الاقتصادي.

قد تكون سدود الأرض منيعة بشكل متجانس أو يمكن توفيرها منبثقة ، ونوى وواجهات. الأنواع المعتادة من السدود الخرسانية هي أنواع الجاذبية والقوس والدعامة. الأرض والسدود البناء تتطلب مصادر اقتصادية من المواد المطلوبة اللازمة للبناء.

6. الأنفاق:

ربما في أي مشاريع هندسية أخرى ، فإن الجدوى ، والتخطيط ، وتقدير التكاليف ، والتصميم ، والتقنيات المستخدمة ومخاطر الحوادث الخطيرة أثناء البناء تعتمد على جيولوجية الموقع كما في الأنفاق.

بينما يتم تحديد المنطقة التي يتم فيها بناء النفق حسب الغرض ، فإن قرار النفق (بدلاً من القول بناء الجسر) يتأثر بالصعوبات الجيولوجية النسبية. يمكن تحديد الخط الدقيق للنفق من خلال اختيار ظروف جيولوجية محلية مؤاتية أو صعبة.

السهولة النسبية لاستخراج الصخور واستقرار الصخور والوجه هي العوامل الرئيسية في معدلات التقدم وتكاليف الإعداد وأيضا في معرفة ما إذا كان يمكن استخدام آلة حفر الصخور وما إذا كانت الأرض تحتاج إلى دعم وما إذا كانت من الضروري استخدام الهواء المضغوط.

على سبيل المثال ، إذا تمت مقابلة قناة مدفونة أو مسح عميق مليء بالرمل والحصى المشبعين بصورة غير متوقعة ، فإن ما يترتب على ذلك من اندفاع للماء على وجه النفق قد يؤدي إلى حادث خطير.

في مشروع الأنفاق ، يتم أخذ العوامل الجيولوجية التالية بعين الاعتبار:

(أ) سهولة استخلاص الصخور والتربة.

(ب) قوة الصخور وضرورة دعمها.

(ج) كمية المادة الصخرية التي يتم حفرها عن غير قصد خارج النطاق المخطط له في مخطط النفق (أي فوق الفاصل) حيث يتم استخدام المتفجرات.

(د) ظروف المياه الجوفية الموجودة وتحتاج إلى تصريفها.

(ﻫ) درجة الحرارة المرتفعة المحتملة في الأنفاق الطويلة جداً والحاجة إلى التهوية.

إن مدى درجة التغيير في الظروف المذكورة أعلاه على طول خط النفق مهم في التخطيط والتكاليف. يرتبط التغيير بالبنية التي تتحكم في نوع الصخر الموجود في جزء معين من النفق وكيف يتم توجيه الطبقات الصخرية وخواص متباينة الخواص الأخرى فيما يتعلق بوجه النفق ، ومدى ضعفه بسبب الكسر.

بالنسبة لحفر نفق ، فإن الظروف الجيولوجية المثالية هي كما يلي:

(أ) يصادف نوع واحد من الصخور.

(ب) مناطق الصدع والتدخل غير موجودة.

(ج) لا توجد حاجة إلى ترتيبات دعم خاصة قريبة من الوجه.

(د) الصخور غير منفذة.

في ظل الظروف الجيولوجية المنتظمة ، يمكن أن يكون هناك معدل منتظم للتقدم دون الحاجة إلى وقت طويل لتغيير التقنيات ووضع الترتيبات الضعيفة. إن قدرة الصخرة على الوقوف على القطع وعامل التكلفة هي اعتبارات مهمة.

يتم تقديم البناء مكلفة للغاية في الحالات التالية:

(أ) يتم استيفاء كميات كبيرة من المياه.

(ب) نظرا لارتفاع درجة حرارة الصخور ، فإن المكان غير مناسب للعمال.

(ج) تُكلف الصخور بالغازات الضارة.

الأنفاق في أرض فضفاضة:

في الحالات التي يكون فيها النفق مدفوعًا في أعماق ضحلة (على عمق 15 مترًا تقريبًا) ، هناك خطر محتمل من انهيار السقف وكذلك انهيار الجوانب بسبب الضغط الشعاعي. ومن الضروري اتخاذ الاحتياطات اللازمة أثناء العملية والبطانة.

في الحالات التي يكون فيها النفق مدفوعًا بعمق كبير (على أعماق تتراوح بين 30 و 60 مترًا) ، يمكن للمادة المدمجة أن تبقى في وضع جيد ما لم يتم غمرها بالماء بشدة. في هذه الحالة سيكون الضغط على السقف والجوانب أقل ، وهناك احتمال أقل لسقوط الصخور من الأعلى والجانبين. النفق ، ولكن يجب أن تكون مبطنة في جميع أنحاء.

في هذه الحالة ، توجد درجات حرارة صخرية عالية. كلما كان النفق أعمق ، كلما كانت درجة الحرارة أعلى. يمكن التغلب على ارتفاع درجة الحرارة عن طريق الري أو عن طريق توفير الانفجار البارد. من غير المحتمل أن تتم مواجهت مياه الينابيع في هذه الحالة. قد لا تكون هناك حاجة للأخشاب إلا في حالات قليلة. بطانة يمكن أيضا تجنبها.

الأنفاق في الصخور الرسوبية:

في هذه الحالات ، يمكن مواجهة الينابيع الثقيلة. ولذلك فمن الضروري توفير بطانة. في بعض الأحيان تصادف الغازات الكربونية ويتم التغلب على هذه الغازات المائية.

الأنفاق في الصخور المتحولة:

يعتمد تقدم الأنفاق على طبيعة الصخور وخصائصها مثل الصلابة والتماسك. يعتبر حفر الأنفاق أسهل إلى حد ما في الصخور المدمجة مثل الصخور النارية والمتحولة. مثال: الجرانيت والحجر الجيري والرخام.

في حالة الصخور الرسوبية الطبقية ، يجب أن تكون قيادة النفق على طول إضراب الأسرة ، بحيث يتم تلبية نفس الأسرة في اتجاه التقدم وستكون ظروف العمل كما هي. في التكوينات الرسوبية ، قد يكون الجزء الرئيسي من النفق موجودًا في الصخر الزيتي والمارل لأن عملية القطع ستكون سهلة.

علاوة على ذلك فإن الحجر الرملي العلوي سيكون بمثابة سقف جيد في حين أن الحجر الجيري الصلب السفلي يمكن أن يكون بمثابة أرضية جيدة. إن توفير نفق في الحجر الرملي في طبقات مائلة أمر خطير. في ظروف الصخور الجافة قد لا تكون هناك حالة خطيرة ، ولكن عندما تتسرب المياه تصبح الحالة خطيرة (الشكل 18.17).

في الصخور الطبقية من الصفائح الرقيقة ، يتعرض واحد أو أكثر من الأسِرَّة للنفق وقد تجد المياه طريقها. هناك فرص للحركات على طول مستوي السرير ومن المحتمل أن يتعرض طول النفق بالكامل للقص.

عندما تكون الأسرة مائلة بشكل حاد يجب أن نتجنب وضع النفق في الحجر الرملي. وعلاوة على ذلك ، لا يُنصح بوضع النفق بين الحجر الرملي والصخر الزيتي ، حيث أن الحجر الرملي معرض للانزلاق على السجيل وحجب النفق.

الأنفاق في الطبقات المائلة:

في هذه الحالة ، إذا كان النفق مدفوعًا عبر ضربة طبقة مائلة فمن المرجح أن يتم استيفاء المياه في الغالب. هناك خطر من سرير واحد ينزلق بالنسبة للسرير المجاور تحته.

الأنفاق عبر طية الانحدار:

في هذه الحالة ، هناك خوف من سقوط السقف تحت قوس الطية اليمنى فوق النفق.

الأنفاق عبر الطية الطرفيّة:

في هذه الحالة ستكون هناك مشاكل خطيرة من المياه تحت الظروف الارتوازية في الأسرة القابلة للامتداد من القسم.

طرق الحفر:

عندما يتم بناء نفق من خلال تربة غير متماسكة أو صخور ضعيفة (لينة) ، فإن المشكلة الرئيسية هي دعم الأرض بدلاً من حفرها. عادة يتم إجراء التنقيب باستخدام آلة حفر نفق أرضي مزودة برأس قطع دوارة. قد يحتوي هذا على نظام دوراني كامل الوجه للثدي يظل على اتصال مع وجه التربة عندما يتقدم رأس القاطع.

يتم تغذية شرائح صغيرة من التربة من خلال فتحات في رأس القاطع. ويدعم وجه العمل بواسطة سائل مضغوط يمكن أن يكون هواء مضغوط في النفق أو حيث يتم استخدام آلة معقدة ، مقيدًا بمنطقة الوجه بواسطة حاجز الضغط.

تنطوي الطريقة السابقة لتكوين هواء مضغوط في النفق نفسه على مخاطر إعاقات العمال وتتطلب وقتًا غير منتجة في نهاية كل نوبة من الضغط على الضغط.

في التطويرات اللاحقة الناجحة ، يتم استخدام ملاط ​​من الطين والماء باستخدام طين متغاير الأضلاع في الوجه بدلاً من الهواء. يقاوم الطين تسوية داخل الملاط ويميل إلى تشكيل قالب ختم على الوجه. عندما تعمل الماكينة في طريقها إلى الأمام ، يتم تثبيت الدعامات خلفها.

العامل الرئيسي الذي يحكم معدل التقدم والتكاليف في بناء النفق في الصخور القوية (الصلبة) هو في الغالب السهولة النسبية للحفر. في الطريقة التقليدية ، تنفجر أقسام متعاقبة من النفق بحفر نمط من الثقوب في الصخر وتقاضيهم بالمتفجرات وإطلاق النار.

تعتمد ضرورة أي دعم ونوع الدعم المقدم على الاستقرار النسبي للسقف وكذلك على جدران النفق. يمكن استخدام البراغي الصخرية المتشابكة على نطاق واسع وشبك السلك في الأجزاء الصغيرة السائبة ، بينما يمكن استخدام الحزم الدائرية المتقاربة بشكل وثيق حيث يكون هناك خطر سقوط الصخور.

في الآونة الأخيرة يتم استبدال استخدام المتفجرات تدريجيا بواسطة آلات حفر الصخور لأنواع معينة من مشاريع حفر الأنفاق الرئيسية. يمكن للآلات المجهزة بقواطع خاصة تحتوي على قواطع كربيد التنغستن المتقاربة التباعد معالجة صخور قوة الضغط الانضغاطية على 300 MN / m ² .

الصعوبات الناشئة عن الظروف الجيولوجية المحلية:

عند التعامل مع أنفاق الصخور الناعمة ، فإن الصخور غير المتجانسة أو الظروف المتغيرة الموجودة على وجه النفق قد تسبب مشاكل خطيرة تزيد من التكاليف. إذا واجهت طين الصخرة أو تربة أخرى ذات حصى كبيرة مع مشكلة شبه مستحيلة تقريباً ، فربما تواجهها عند تشغيل آلات الملاط ذات الوجه.

أدوات تقطيع الصخور المتينة فعالة في الصخور الصلبة ولكنها قد لا تكون ذات فائدة في التربة الطرية. يجب توقع تباين القوة في التربة على طول خط النفق بحيث يمكن استخدام الدعم المناسب أثناء حفر حفر النفق. عدم القدرة على القيام بذلك قد يؤدي إلى الحفر.

وبصرف النظر عن الاختلافات الواضحة للقوة بين أنواع التربة (على سبيل المثال بين الرمل غير المتماسك والطين الموحد جزئياً) ، فإن الاختلاف المرتبط بالمسامية والتشبع قد يؤدي إلى اختلافات كبيرة. يمكن أن يؤدي الاختلاف القليل في محتوى الماء إلى تغيير التربة المستقرة إلى أرض أخرى. يمكن توحيد التربة في الموقع غير المستقر عن طريق حقن المواد الكيميائية أو الأسمنت فيها أو عن طريق تجميدها.

مع الأنفاق من خلال الصخور الصلبة ، تعتمد الصعوبة النسبية في حفر صخور معينة جزئياً على ما إذا كانت المتفجرات تُستخدم أم تستخدم آلة حفر الصخور. ومع ذلك ، فإن كلا الطريقتين تشتركان في بعض العوامل الهامة. في كلتا الحالتين ، يرتبط معدل التنقيب عكسياً بقوة التكسير للصخور ويرتبط مباشرة بكمية التكسير.

في العملية التي تستخدم فيها المتفجرات ، تكون العلاقة مع القوة معقدة بسبب الطريقة التي تتفاعل بها بعض الصخور الضعيفة غير الشفافة مثل شيست الميكا ، وتتفاعل مع الانفجار ولا تسحب بشكل جيد مقابل شحنة معينة وبدور أكبر بكثير يلعب.

الكسور لا تخدم فقط كمسارات لتوسيع الغازات من الانفجار ، ولكن أيضا كقنابل ضعف على طولها سوف الصخور. في حفر الأنفاق ، تعتمد سهولة الحفر على الثقوب على صلابة وصخرة وجه الصخور وكذلك على تباين الصلابة داخلها. قد يميل التمرين إلى الانحراف عند حدود حادة بين الحالات الصعبة والناعمة.

من أكثر المعادن الصلبة احتمالية حدوث المشاكل هي أنواع السيليكا مثل الكوارتز أو الصوان أو الشرت التي قد تحدث كعروق أو خرزات عقيدية. يمكن أن تشكل الشظايا التي تحتوي على عقيدات حديدية أيضًا مشكلة كمزيج غريب. وغالبا ما تتشكل المعادن الصعبة نسبيا والصخور القوية عن طريق التحول الحراري.

يمكن لشستية الجيرية الضعيفة والناعمة أن تتحول إلى كالخورنفلد صلبة قوية. وقد وجد أن هذا عامل جيولوجي مهم في بعض المشاريع الكهرومائية حيث يوجد الخزان في موقع على أرض مرتفعة يقابله محصول كبير من الجرانيت الكبير.

نفق داخل المنطقة الحرارية يميل إلى أن يصبح أكثر وأكثر صعوبة مع اقتراب الجرانيت. يمكن أن يؤدي الاستخراج المفرط للمادة الصخرية بسبب مستويات الضعف إلى حدوث كسر فوقي وكذلك سقوط الصخور من السقف.

عادة ما يتم تغطية نسبة معينة من عمليات الحفر الزائدة عن تلك المقابلة للقسم المثالي في العقد. يعتمد التوقف الذي يحدث أثناء التنقيب على كثافة الوصلات ووجود مستويات ضعف أخرى مثل طائرات الفراش والبلمرة. بشكل عام ، تُعطي الصخور المبنية من الكسور مع الكسور الفاشية بينما تكتسح الصخور المنتظمة الضخمة بشكل صحيح الجزء النظيف.

يحدث التفشي المفرط ومخاطر الصخور من السقف في الحالات التالية:

(أ) في مناطق الصدوع ، خاصة إذا كانت البوريكيا عززت بشكل فضفاض.

(ب) في السدود أضيق من النفق التي وضعت المفاصل.

(ج) في محاور synclinal حيث توجد مفاصل التوتر.

(د) على طبقات من الصخور المجزأة التي تكون مضغوطة بشكل فضفاض.

(هـ) حيث توجد طبقات رقيقة من الصخور القوية والضعيفة (مثل تغيرات الحجر الجيري والصخر الزيتي) عند مستوى السطح أو عند الإضراب على طول النفق ولها انحدار حاد.

تسرب في نفق:

إن مدى التسرب في نفق عبر الصخور والمفاصل السابقة عامل مهم جدير بالاعتبار. يجب تقييم ذلك من خلال معرفة ظروف المياه الجوفية ، ونفاذية الصخور والبنية الجيولوجية.

على سبيل المثال ، الجرانيت ، النيس ، الشيش والصخور البلورية عادة ما تكون جافة باستثناء التدفقات المحتملة على طول الوصلات والأعطال وربما على هوامش أي سدود تتقاطع معها.

في حالة الصخور السابقة ، من المحتمل أن يزداد تدفق المياه الجوفية إلى النفق في منطقة الصدع وعند محاور الصدفة. تشكل الشقوق المملوءة بالماء خاصة في الحجر الجيري خطرًا خطيرًا. يجب التأكيد على ذلك من خلال التحقق قبل وجه العمل بفتحات التجويف الأفقية الصغيرة.