Способ определения критического напорного градиента фильтрации для заполнителя трещиноватых пород

Способ определения критического напорного градиента фильтрации для заполнителя трещиноватых пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

PII734540

1

) (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 0702.78 (21) 2577989/18-33 (51)М. Кл г с присоединением заявки ¹

G 01 N 15/08

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 624.131. . 433 (088. 8) Опубликовано 1505.80. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 1505.80 (72) Автор изобретения

Е. Х. Тимофеев (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТИЧЕСКОГО НАПОРНОГО

ГРАДИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ДЛЯ ЗАПОЛНИТЕЛЯ ТРЕЩИНОВАТЫХ ПОРОД

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано для обоснования необходимости строительства экранов, понуров, противофильтрационных завес и др., которые предотвращают возникновение сосредоточенных фильтрационных потоков жидкости через трещиноватые породы и последующий вымыв рыхлого заполнения трещин этими потоками, особенно при создании высоких непорных градиентов фильтрации жидкости.

Известен способ определения.критического напорного градиента фильтрации, при котором начинает разрушаться рыхлый заполнитель трещин (1).

Наиболее близким техническим ре- 2() шением является способ определения йритического напорного градиента фильтрации, путем создания установившейся фильтрации жидкости через испытуемый целик породы и последующей 25 фиксации начала выйыва частиц заполнителя трещин породы (2).

Недостатком способа является большая тр„доемкость подготовительной операции по увеличению напорных гра- Зр диентов фильтрации, продолжительность осуществления способа (до одного месяца), большой расход воды из-за длительной фильтрации при. осуществлении способа. Причем определение мутности воды как показателя вымыва заполнителя не оправдывается.

Цель изобретения — сокращение продолжительности опыта, снижение трудоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения критического напорного градиента фильтрации для заполнителя трещиноватых пород, включающем создание установившейся фильтрации жидкости через испытуемый целик породы и последующую фиксацию начала вымыва частиц заполнителя трещин породы, после создания установившейся фильтрации жидкости циклически возбуждают в испытуемом целике породы упругие колебания в сейсмическом диапазоне частот. Измеряют плотности жидкости и водонасыщенного заполнителя трещин целина породы и скорости распространения в них продольных упругих колебаний, измеряют скорость фильтрационного потока в момент начала вымыва заполнителя и

734540 определяют диент фильт где с„с, d0 критический напорный грарации (0 < ) по формуле „с„ЧЧ кр q

5 градиент фильтрации жидкости для заполнения трещин породы; плотности жидкости и водонасыщенного заполнителя трещин породы, т/м ; скорости распространения продольных сейсмических волн в жидкости и заполнителе трещин, м/с; 15 скорость фильтрационного потока в момент начала вымыва заполнителя трещин породы, м/с; коэффициент Пуассона за- 2{) полнителя трещин породы.

Причем период повторения циклов упругих колебаний определяют по скорости потока установившейся фильтрации жидкости через испытуемый целик породы.

Кроме того, в каждом последующем цикле упругих колебаний увеличивают их частоту.

В предлагаемом способе нодонасыщение заполнителя трещин приводит к ослаблению структурных связей частиц заполнителя трещин. Упругие. колебания породы под нлиянием сейсмической энергии вызывают резкое гидродинамическое воздействие в ослабляемом заполнителе. При этом происходит высвобождение связанной воды, резкое снижение прочности структурных связей частиц в заполнителе,т.е. насту- 40 пает фаза разжижения грунта, Под действием фильтрующейся по трещинам воды фильтрационным потоком начинает вымиваться заполнитель, приведенный в неустойчивое ослабленное состояние влиянием упругих колебаний., Ослабление структурной прочности заполнителя и начало его вымына из трещин происходит н условиях кратковременных сейсмических колебаний. В известных способах начало нымыва заполнителя происходит в режиме длительной фильтрации воды при постепенно. возрастающих напорных градиентах фйльтрации.

Возбуждение упругих колебаний сейсмического диапазона частот проводят в виде циклов, период повторения которых не меньше суммарного времени на прохождение единицы объема воды, при установившейся скорости фильтрационного потока, от верхней камеры до нижней камеры через испытуемый целик породы и нремени на проведение фиксации начала ныьыва частиц ваполнителя или отсутствия частиц заполнителя на ныходе фильтрационного потока.

Возбуждение упругих колебаний производят в первом цикле н области частот, равных единицам Герц, в каждом последующем цикле упругие колебания возбуждают на более высокой частоте. Последний цикл упругих колебаний проводят при частоте колебаний, на которой начинается вымыв заполнителя, или при частотах колебаний, на которых происходит уплотнение на 5-10Ъ заполнителя трещин. Частоты колебаний, на которых происхоцит уплотнение заполнителя, находятся в пределах 50150 Гц н зависимости от материала и свойств заполнителя трещин.

Пример. Проводят испытания песчаного, супесчаного и глинистого заполнителя трещин известняков, находящихся на глубине 3-5 м от поверхности земли в зоне аэрации и залегающих, на 40-50 м выше уровня нодоносного горизонта. Известняки вскрыты в борту долины реки. Массив известняков представляет сильно трешиноватую породу с коэффициентом трещинной пустотности 3-5Ъ.

В известняках создают горизонтальный целик породы толщиной 3 м, шириной 2 м и длиной 15 м; На верхней поверхности целика стрбят верхнюю камеру высотой 2 м, шириной 1 м и длиной 1 м для. последующего заполнения ее водой и осуществления фильтрации воды через целик . Под целиком породы, под нерхней камерой создают нижнюю камеру высотой 1 м, шириной

1 .м и длиной 3 м для приема воды, которая фильтруется через целик иэ верхней камеры, В потолке нижней камеры, т.е. в нижней поверхности целика породы устанавливают водосборные лотки с желобами для улавливания ноды. На поверхность заполнителя трещин на потолке нижней камеры наносят цветовой индикатор — нерастворимую н воде краску, с помощью пульверизатора (для каждой трещины различным цнетом), Краску наносят не сплошным слоем, чтобы не создать препятствие для воды, фильтрующейся через заполнитель трещин, Местоположение каждой трещины на плоскости потолка нижней камеры зарисовывается в масштабе на плане.

Датчики сейсмоприемникон OCIl и ВБП устанавливаются в заполнителе широких трещин и на поверхности целика.

После подготовки целика породы, верхней и нижней камер на расстоянии

15-45 м от центра верхней камеры в грунт на глубину 3,0 м для предотвращения выброса грунта при взрыве закладывают взрывные заряди массой

3-10 кг. Массу заряда рассчитывают по эмпирической формуле

734540 где N — скорость колебаний частиц грунта по инструментальной шкале С,Б.Медведева, см/с;

r — расстояние от эпицентра взрыва до центра опытного целика породы, м (составляет

120-150 радиусов заряда; выполнение этого условия обеспечивает создание упругого возмушения среды, на фронте которого в зоне расположения целика параметры состояния вещества практически не меняются), После проведения подготовительных операций опыт осуществляюТ следуюшим образом. 15

Верхнюю камеру заполняют водой и поддерживают высоту водяного столба

1 м, соответствующего величине начального градиента фильтрации, равному 0,3. После возникновения устано- 20 вившейся фильтрации воды через целик замеряют расход воды из верхней камеры, количество воды профильтровавшейся в приемную камеру и скорости фильтрационного потока, производят анализ профильтровавшейся воды на присутствие в ней частиц цветочного индикатора заполнителя трешин.

В профильтровавшейся воде частицы индикатора отсутствуют, вымыв заполнителя трешин не происходит. Измеряют плотность воды и водонасышенного заполнителя трещин. После этого производят взрыв заложенного заряда, в результате которого в испытуемом целике породы возникает цикл продольных упругих колебаний с частотой 2 Гц, скорость распространения которых измеряют в водонасышенном заполнителе и в воде, В качестве регистирируюшей аппаратуры для записи сейсмических 40 волн применяют сейсмоприемники ОСП, ВБП, осциллографы Н-700, укомплектованные гельфанометрами Г-Ill-5 и

М001-2, В момент осуществления упругих продольных колебаний измеряют 45 скорость фильтрационного потока воды н беоут пробу воды из фильтрационного потока. В пробе воды цветовой индикатор отсутствует.

50 После возникновения вновь установившейся фильтрации замеряют скорость фильтрационного потока.

Возбуждение цикла упругих колебаний в целике породы, измерение скорости их распространения в воде и водонасышенном заполнителе трешин, измерение скорости фильтрационного потока в момент упругих колебаний и исследование пробы фильтрационной воды составляет один этап опыта, бО который повторяют, увеличивая на каждом последуюшем этапе частоту упругих колебаний на 2-3 Гц путем проведения взрыва большей массы заряда, оассчитываемой по указанной формуле. б5

При частотах возбуждаемых упругих колебаний, равных 5, 10, 30, 35 Гц, обнаружены частицы индикатора, заполнителя трещин в пробах фильтрационной воды, соответственно цветному индикатору трещин. — песок с супесью, супесь, суглинок, глина рыхлого сложения. Это соответствует началу вымыва выделенных типов заполнителя трешки.

После определения начала вымыва соответствующего заполнителя определяют численное значение критического напорного градиента фильтрации (Экю ) по указанной формуле.

Предлагаемый способ определения критического напорного градиента фильтрации для заполнителя трешиноватых пород по сравнению с известным обеспечивает сокращение в 10-20 раэ времени на проведения опыта; снижение расхода воды в 10-50 раз на его проведение; возможность увеличения в несколько раз размеров испытуемого целика породы, что особенно важно для достоверной оценки воэможности вымыва заполнителя иэ трещин при обосновании строительства таких дорогостоящих инженерных сооружений, как экраны. завесы, понуры и др .

Формула изобретения

1 Способ определения критического напорного градиента фильтрации для заполнителя трешиноватых пород, путем создания установившейся фильтрации жидкости через испытуемый целик породы и последующей фиксации начала вымыва частиц заполнителя трещин породы, о т л и ч а ю ш и и с я тем, =что, с целью сокращения продолжительности опыта и снижения трудоемкости, после создания установившейся фильтрации жидкости, циклически возбуждают в испытуемом целике породы упругие колебания в сейсмическом

;диапазоне частот, измеряют плотности жидкости и водонасышенного заполни теля трешки целина породы и скорости распространения в них продольных .упругих колебаний, измеряют скорость фильтрационного потока в момент на чала вымыва заполнителя и определяют критический напорный градиент. фильтрации (3кр ) по формуле

Э „с„ч) КР 4С >

4+ с где 3< — критический напорный градиент фильтрации жидкости для заполнителя трешин породы; ЦЯ вЂ” плотности жидкости и водонасыщенного заполнителя трешин породы, т/м ;

734540

Составитель В.Латушкин

Редактор Q.Êoëåñíèêîâà Техред Ж.Кастелевич Корректор Вигула

Заказ 2216/8 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная,4

С С вЂ” скорость распространения продольных сейсмических волн в жидкости и заполнителе, м/с;

V — скорость фильтрационного потока в момент начала вымыва заполнителя трещин породы, м/с; ф — коэффициент Пуассона заполнителя трещин породы.

2.Способ по п.l о т л и ч а юшийся тем, что период повторения циклов упругих колебаний определяют по скорости потока установивщейся фильтрации жидкостиiчерез испытуемый целик породы.

З.Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с,я тем, что в каждом последующем цикле упругих колебаний увеличивают их частоту.

Источники информации, принятые во внимание IIDH экспертизе

1. Геология и плотины. Я.-Л., Госэнергоиздат, т.3, 1968, с.88-89.

2. Молоков Л.A. Вымыв заполнителя карстовых полостей и его изучение.

Труды Гидропроект Раслаиренные тези.сы докладов и сообщений научно-технической конференции, секция инженерно-геологическая. К., 1969, с.94 (прототип) .