Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторна робота №1 з дисципліни
«Комп’ютерна обробка гідрогеологічних
та інженерно-геологічних даних»
Мета. Кількісний аналіз впливу недосконалості свердловини на динаміку зниження рівня підземних вод.
Робота виконується у середовищі MathCad. В результаті виконання роботи опрацьовуються такі засоби написання програм.
1. Використання оператора присвоєння.
2. Використання функцій MathCad та створення нових функцій кількох змінних.
3. Обчислення значень функцій та виразів.
4. Побудова та редагування одновимірних графіків функцій.
Відомості з теорії. Розглядається двовимірна неусталена фільтраційна течія до одиночної свердловини, що відбирає воду з постійним дебітом.
Якщо свердловина є досконалою, то напір Н1 в зоні її впливу розраховується за формулою [1]
, (1)
де Н0 – початковий напір, Q0 – дебіт свердловини, K – коефіцієнт фільтрації, m0 – потужність водоносного горизонту, a – рівнепровідність, , n – питома водовіддача, r – відстань до свердловини, t – час.
Якщо свердловина є недосконалою, то напір Н2 в зоні її впливу розраховується за формулою [2]
, (2)
де 2 – поправка на недосконалість свердловини за ступінню перетину водоносного горизонту,
,
1f довжина фільтра.
Порядок виконання. Використовуючи надану викладачем програму, виконати такі завдання
1. Визначити пониження рівня води S в досконалої свердловині радіусом r1, r2, r3 по закінченню періоду тривалістю t. Результати обчислень за формулою (1) представити у вигляді суміщених графіків залежності H1(t). Зробити висновок. Для заданого радіусу свердловини (r1 = 50 мм, r2 = 100 мм, r3 = 200 мм) обчислити H1(t), а результати звести до таблиці
|
Варіант |
t, діб |
Q0, м3/добу |
r1 |
r2 |
r3 |
|
1 |
182 |
100 |
H1(r1, t) |
H1(r2, t) |
H1(r3, t) |
|
365 |
… |
… |
… |
||
|
2 |
365 |
250 |
… |
… |
… |
|
730 |
… |
… |
… |
2. Визначити приведений радіус впливу свердловини через 90, 182 і 365 діб з початку її роботи. Результати обчислень представити у вигляді суміщених графіків, на яких відобразити розвиток депресійного пониження залежно від тривалості відкачування. Зробити висновок.
3. Визначити положення рівня води в досконалій та недосконалій свердловинах однакового радіуса по закінченню інтервалу тривалістю 182, 365 та 730 діб за різної довжини робочої частини фільтра lf1 = 3+j/10, lf2 = 6+j/10 та lf3 = 9+j/10 м. Тут j – номер студента у списку групи. Результати розрахунків представити як таблицю
|
t, діб |
lf1 |
lf2 |
lf3 |
|
182 |
H2(t, lf1) |
H2(t, lf2) |
H2(t, lf3) |
|
365 |
… |
… |
… |
|
730 |
… |
… |
… |
та у вигляді суміщених графіків залежності H1(t) та H2(t). Зробити висновок.
Вихідні дані для проведення розрахунків
Початковий напір Н0 = 100 м, дебіт свердловини Q0 (якщо не уточнено) дорівнює 100 м3/добу, коефіцієнт фільтрації K = 1+j/10 м/добу, потужність водоносного горизонту m0 = 12 м, питома водовіддача n = 0,25.
Лабораторна робота №2 з дисципліни
Комп’ютерна обробка гідрогеологічних
та інженерно-геологічних даних
Мета. Визначення припливу води до групи досконалих свердловин у напірному водоносному горизонті з віддаленим контуром живлення.
Робота виконується у середовищі MathCad. В результаті виконання роботи опрацьовуються такі засоби написання програм.
1. Використання масивів, підсумовування їх елементів.
2. Умовний оператор.
3. Розв’язання системи лінійних алгебраїчних рівнянь.
4. Побудова двовимірних графіків з представленням точкових даних.
Відомості з теорії. Розглядається двовимірна усталена фільтраційна течія у напірному водоносному горизонті. В ньому розміщено N довершених, компактно розташованих взаємодіючих свердловин, координати місць розташування яких (xi, yi). У свердловинах можуть бути задані дебіти Qi, з якими відбирається вода або пониження Si, i = 1…N.
Пониження води в кожній свердловині Si визначається за формулою [1]
, (1)
де – пониження рівня води в свердловині, що обумовлено відкачуванням води з неї без урахування впливу інших свердловин,
– сумарне пониження рівня води у даній свердловині внаслідок роботи всіх свердловин, при цьому значок показує, що сама свердловина з суми виключається.
Значення розраховується за формулою
, (2)
де Qі – дебіт свердловини, K – коефіцієнт фільтрації, m – потужність водоносного гори зонта, R – приведений радіус впливу свердловини, r0,i – радіус «і»-ї свердловини.
Сума у правій частині формули (1) детально записується так
, (3)
причому доданок з індексом «і» вилучається. Тут rk,i – відстань між свердловинами з індексами «k» та «i».
Якщо задані пониження рівня води у взаємодіючих свердловинах Si, а шуканими величинами є дебіти Qі, то необхідно розв’язувати систему лінійних алгебраїчних рівнянь
(4)
Визначені дебіти Qi є такими, за підтримання яких у свердловинах забезпечуються задані пониження.
Порядок виконання. Використовуючи надану викладачем програму, виконати такі завдання.
1. Відобразити схему розташування свердловин у плані на двовимірному графіку.
2. Шляхом чисельного розв’язання системи лінійних рівнянь розрахувати дебіти для заданих понижень рівня підземних вод у свердловинах.
3. Визначити зміну сумарного припливу в разі збільшення пониження на 0,5 м та його зменшення на 1 м у всіх свердловинах. Результати розрахунків представити у табличному вигляді.
4. Визначити пониження у свердловинах при заданому дебіті, та його рівномірному збільшенню та зменшенню у всіх свердловинах на 20 %.
Вихідні дані для проведення розрахунків.
Увага! Індексація елементів масивів MathCad у починається від нуля.
|
Номер |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
Координати їх |
xi |
400+20j |
500+20j |
200+20j |
100+20j |
500+20j |
200+20j |
|
yi |
200+20j |
550 |
100+20j |
400+20j |
200+20j |
300 |
|
|
Дебіт Qi, м3/сут |
100 |
200 |
100 |
300 |
100 |
250 |
|
|
Пониження Si, м |
10 |
13 |
10 |
12 |
15 |
15 |
Тут j – номер студента у списку групи. Приведений радіус усіх свердловин обчислити для періоду часу 3 роки при значенні питомої водовіддачі 0,25. Коефіцієнт фільтрації 5 м/добу, потужність водоносного горизонту 10+j/2 м, радіус усіх свердловин 100 мм.
1. Справочное руководство гидрогеолога / В.М. Максимов, В.Д. Бабушкин, Н.Н. Веригин и др. – Л.: Недра, Т.1. – 1979. – 512 с.
Лабораторна робота №3 з дисципліни
Комп’ютерна обробка гідрогеологічних
та інженерно-геологічних даних
Мета. Визначення припливу води до прибережного водозабору, оптимізація водовідбору.
Робота виконується у програмному середовищі MathCad. В результаті виконання роботи опрацьовуються такі засоби написання програм.
1. Використання масивів та індексів їх елементів.
2. Інтегрування та диференціювання.
3. Визначення коренів нелінійного рівняння.
4. Побудова та редагування двовимірних графіків та поверхонь на основі числового масиву.
|
Математична модель. Напірний водоносний горизонт обмежений в плані прямолінійною межею (рікою), на якій підтримується постійний рівень води H0 (рис. 1). На відстані L від межі рівень підземних вод дорівнює HL. У водоносному горизонті розміщено N свердловин; що відбирають воду, координати місць розташування яких (x0,i, y0,i), дебіти – Qi. Внаслідок постійного відкачування рівень підземних вод знижений відносно його початкового положення Не. |
Рис. 1. Схема фільтрації |
Розподіл пониження S рівня підземних вод у водоносному горизонті описується рівнянням усталеною фільтрації
(1)
за умови незмінності рівня води на значному віддаленні від свердловин
, (2)
і сталості напору на межі
. (3)
Тут T – провідність. – дельта функція, за допомогою якої моделюються свердловини.
Рівень підземних вод до роботи свердловин He наближено визначається за лінійною залежністю
, (4)
а після початку відкачки – як різниця між початковим рівнем He і пониженням S:
, (5)
Розрахункові формули.
Розв’язок рівняння (1) за умов (2) і (3) для однієї свердловини (з індексом «і») має вигляд
. (6)
Тут . Пониження рівня води в результаті роботи декількох свердловин визначається шляхом підсумовування їх впливу:
. (7)
Потік води через ділянку межі y1yy2 водоносного горизонту розраховується за формулами
, (8)
де q – питомий приплив на одиницю довжини ріки.
Середня мінералізація відкачуваних вод складе
, (9)
де Cgw, Cr – мінералізація підземних і річкових вод, Qgw, Qr – їхні припливи до свердловин.
Порядок виконання
1. Визначити сумарний приплив річкових та підземних вод до водозабору при заданих параметрах. Побудувати карту пониження рівня підземних вод та графік питомого припливу через межу водоносного горизонту. Визначити ширину ділянки, де відбувається приплив з ріки до водоносного горизонту. Знайти сумарний приплив і мінералізацію відкачуваних вод.
2. Змінюючи координати свердловин в заданій прямокутній області (x1<x<x2, y1<y<y2), домогтися мінімальної мінералізації відкачуваної води при заданому і подвоєному дебіті. Відстань між свердловинами має бути не менше Lmin, сформоване пониження – не більше Smax. Побудувати карту рівня підземних вод при отриманому розташуванні свердловин.
3. Змінюючи дебіти свердловин при збереженні їх сумарного дебіта і дотримуючись умови Qi 100 м3/добу, домогтися мінімальної мінералізації відкачуваної води. Обмеження на параметри Lmin та Smax аналогічні завданню 2. Побудувати карту рівня підземних вод при визначених дебітах.
T = 200+10j м2/добу, m = 10+1j м; L = 800 м, H0 = 30 м, HL = 31 м;
x1 = 100 + 20j м; x2 = 500 + 20j м; y1 = 0 м, y2 = 500 м; Lmin = 60 + 5j м; Smax = 2 + 0.1j м; Cgw,= 0,3 г/л, Cr = 1,0 г/л; Smax = 10 м;
Q0 = 200 + 20j м3/ добу, Q1 = 300 – 20j м3/ добу, Q2 = 400 – 20j м3/добу;
Q3= 150 + 10j м3/ добу, Q4 = 300 – 20j м3/ добу, Q5 = 400 – 20j м3/добу;
j – номер по списку в журналі групи.
Лабораторна робота №4 з дисципліни
Комп’ютерна обробка гідрогеологічних
та інженерно-геологічних даних
Мета. Визначення коефіцієнта запасу стійкості ґрунтового схилу.
Робота виконується у середовищі MathCad. В результаті виконання роботи опрацьовуються такі засоби написання програм.
1. Використання масивів.
2. Програмування простих циклів (знаходження мінімувма, максимума).
3. Розв’язання системи двох нелінійних рівнянь.
4. Побудова одновимірних графіків з представленням точкових даних.
Математична модель.
Відомо, що в однорідних ґрунтах, яким властиві тертя і зчеплення, розвиваються зсуви обертання, які є результатом зсуву масиву ґрунту по поверхні, близькій до круглоциліндричної. Перевірочні розрахунки схилів для зсувів, які вже відбулись, показали, що метод круглоциліндричних поверхонь ковзання дає деякий запас.
Сутність цього методу полягає у визначенні коефіцієнта надійності як відношення моменту утримуючих сил до моменту сил, що зрушують :
. (1)
Для цього задаються центром обертання схилу (рис. 1) і проводять слід круглоциліндричної поверхні радіусом через точку . Призму зрушення ділять вертикальними лініями на відсіків. Підсумовують силу ваги кожного відсіку з його зовнішнім навантаженням і зносять рівнодіючу на поверхню ковзання. Цю силу для кожного відсіку розкладають на дві складові: , що діє нормально до заданої поверхні ковзання, і , дотичну до цієї поверхні. Крім того, враховують зчеплення ґрунту по всій поверхні ковзання і тертя по цій поверхні.
Таким чином, якщо у виразі (1) скоротити , то в остаточному вигляді отримаємо:
, (2)
де , - відповідно коефіцієнт внутрішнього тертя і питоме зчеплення на - тій ділянці поверхні ковзання; - довжина дуги поверхні ковзання на - тій ділянці; - дотична складова, спрямована проти руху призми зрушення; - дотична складова, спрямована по ходу руху призми зрушення; - число відсіків, що приводять до сил, що зрушують.
Рис.1. Схема до визначення стійкості укосу методом круглоциліндричних поверхонь ковзання
Через точку А можна провести безліч круглоциліндричних поверхонь. Однак, при розрахунку цікавить мінімальне значення коефіцієнта надійності. Для встановлення координат центра найбільш небезпечної кривої ковзання x0 и z0 використовується діаграма Янбу (рис. 2).
Порядок виконання.
1. Дотримуючись відповідності горизонтального та вертикального масштабів побудувати геометричний профіль ґрунтового укосу з кутом нахилу до горизонту α .
2. За допомогою діаграми Янбу згідно заданих параметрів міцності визначити положення центру обертання для круглоциліндричної поверхні ковзання з мінімальним значенням коефіцієнта надійності.
3. В межах визначеної призми зсуву з урахуванням кількості розрахункових блоків задати координати їх вершин xi і zi.
4. Ввести значення координат блоків і виконати розрахунок коефіцієнту запасу стійкості схилу K .
5. Повторюючи п.п. 1-4 виконати розрахунки коефіцієнту запасу стійкості схилу K при різних значеннях параметрів α, С, φ.
Ґрунтовий схил висотою Hs = 20 м, довжиною а і кутом нахилу до горизонту α складений однорідною породою питомою вагою γs = 18 кН/м3. Задані параметри зчеплення Сs і кут внутрішнього тертя φs. Визначити коефіцієнт запасу стійкості схилу K при різних значеннях параметрів α, С, φ. Результати розрахунків представити у вигляді таблиці; зробити висновки.
|
Фізико-механічні властивості |
K |
||
|
α1 = 20° |
α2 = 25° |
α3 = 30° |
|
|
C1φ1 |
|||
|
C2φ2 |
|||
|
C3φ3 |
Вихідні дані.
C1 = 10 + j/10 кН/м2, C2 = 12 + j/10 кН/м2, C3 = 15 + j/10 кН/м2;
φ1 = 10 + j/10 град, φ2 = 15 + j/10 град, φ3 = 18 + j/10 град.
Рис. 2. Графік Ямбу для встановлення координат центра
найбільш небезпечної круглоциліндричної поверхні сковзання
PAGE 9
O