Способ определения коэффициента фильтрации пород
Патент 871042
Авторы
Способ определения коэффициента фильтрации пород
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ
I)))871042 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 213.279 (21) 2859328/29-33 с присоединением заявки Мо (23) Приоритет
Опубликовано 071081. Бюллетень Йх 37
Дата опубликования описания 0710.81 (5!)М. Кл з
G 01 и 15/08
E 02 0 1/02
Тосударствеииый комитет
СССР ио делам изобретеии)) и открытий (53) УДК 624.131.. 433 (088. 8) (72) Авторы изобретения к м
Ю.С.Шевлягин,.lO.М.Бударин, С.И.Скибки и С:.НьГОльцОв, I ) Всесоюзный ордена Ленина проектно-изыскательский. и научно-исследовательский институт "Гидропроект" им. С.Я. Жука (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ
ПОРОД
Изобретение относится к области инженерно-геологических изысканий и может быть использовано для определения фильтрационных свойств пород.
Известен способ определения водо проницаемости ненасыщенных грунтов с помощью инфильтрации воды из шурфа,, заключающийся в наливе воды через дно эумпфа, ограниченного кольцевой обоймой 13 . К основным недостаткам данного способа относятся неопределенность фигуры растекания воды в слабопроницаемых породах, фильтрация под действием капиллярных сил, в связи с чем применение этого мето- 15.да ограничено и возможно в тех случаях, когда требуется лишь приближенное определение коэффициента фильтрации в песчаных и трещиноватых 1Iopo дах. 20
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаеи)ому изобретению является способ определения фильтрационных параметров, носящий название метода
Нестерова, который является усовершенствованием ранее описанного способа и предназначается для использования s слабопроницаемых породах, особенно в покровных суглинках и лессах 30 со столбчатой структурой, когда преобладает вертикальная составляющая фильтрации Г2).
Прн проведении опыта по методу
Нестерова в спланированное дно шурфа концентрично вдавливают два стальных цилиндра высотой около 20 см, один вдвое меньше другого по диаметру. В оба цилиндра наливают воду слоем
10 см и поддерживают на одном уровне в течение всего опыта с помощью двух опрокинутых сосудов Мариэтта или другим способом. По снижению уровней в сосудах Мариэтта производится регистрация объемов (расхода) просочившей— ся воды во времени . Опыт продолжается до стабилизации расхода воды. Предполагается, что вода иэ внешнего кольца расходуется на просачивание, боковое растекание и капиллярное всасывание. Вода из внутреннего цилиндра идет главным образом на инфильтрацию в вертикальном Направлении, что позволяет принять поперечное сечение инфильтрационного потока равным поперечному сечению внутреннего цилиндра.
Коэффициент фильтрации рассчитывают по формуле к,=
Я
М
)1 (1) 871042 где K.ф - коэффициент фильтрации,м/сут;
8 — расход воды, просочившейся из внутреннего цилиндра,м7 сут, +„т+м
1й — 1
z э — градиент напора>
Ь„ — капиллярное давление, м вод. ст.; - глубина просачивания, м; 1р
Н вЂ” высота слоя воды над поверхностью грунта, м, u3 — площадь поперечного сече ния внутреннего цилиндра,ьР.
Недостатками известного способа являются непрерывное заиление поверхности породы с нестабильной структурой (например, лессов), и формирование экранирующего слоя (наилка) с резко заниженными фильтрационными свойствами по отношению к массиву по- 20 род.
Следствием накопления наилка является плавное снижение инфильтрационного расхода, принимаемое за проявление неустановившегося режима инфильт- 25 рации. Поэтому длительность опыта возрастает, а точность определения коэффициента фильтрации снижается, так как установившийся расход определяется не свойствами массива, а сопротивлением экранирующего слоя (наилка). Начальный период опыта,когда влияние наилка незначительно, не может считаться представительным, так как нет доказательств, что стационарный режим инфильтрации наступил.
Целью предлагаемого изобретения является повышение точности исследования.
Цель достигается тем, что в способе определения водопроницаемости 40 пород, заключаищийся в наливе воды в концентрические инфильтрометры и измерении стабилизировавшегося расхода и напора просочившейся воды, после . стабилизации расхода, налив воДы rIpe- 4 кращают и удаляют поверхностный экранирующий слой породы, затем налив продолжают до начала устойчивого снижения расхода, а коэффициент фильтрации определяют по данным опыта, полу" о ченным после удаления экранирующего слоя и до наступления устойчивого снижения расхода воды.
Реализация способа заключается в следующем.
Организуют опытный на,ив в урфе 55 по методу Нестерова и производят наблюдения за расходом воды, просочившейся в породу при постоянном слое воды на площади внутреннего цилиндра. После стабилизации расхода произ- Щ водят кратковременное прекращение налива-и удаляют поверхностный слой породы вместе с гравийно-галечным .защитным слоем. Затем присыпку вос" станавливают и продолжают налив до устойчивого снижения расхода, связанного с формированием очередного экранирующего слоя. Расчет коэффициента фильтрации производят по соотношению расхода, градиента напоров и площади сечения внутреннего цилиндра на ста/ дии опыта после остановки и до наступления устойчивого снижения расхода по формуле (2) где .8. — установившийся расход просочившейся воды после остановки налива и удаления экранирующего слоя, / Ьу+2 +Н
3- °
2 глубина просачивания за весь период опыта, включающий стадии до остановки и после нее, м.
Другие обозначения те же, что и в формуле (1), Мощность удаляемого экранирующего слоя зависит от многих факторов (например, минералогического состава, характера структурных связей, соотношения легкорастворимых и труднорастворимых солей и др.) и для каждого генетического типа породы должна определяться опытным путем на ключевых участках.
Примером, иллюстрирующим влияния наилка на результаты опыта, может служить опытный налив в шурФ по методу Нестерова, организованный в лессовидных верхнечетвертичных суглинках на. участке Курпского водохранилища на р.Терек в 1978 г. Основные материалы опытного налива приведены на фиг. 1.
Медленное снижение расхода в течение первых 59-60 ч налива указывает на увеличение фильтрационного сопротивления поверхностного экранирующего слоя, формирующегося за счет размокания лессов на контакте водагрунт.
После удаления экранирующего слоя пород мощностью 3-4 см расход воды восстанавливается от 0,14 м /сут. (0,1 л/мии) до величины 0,36 м /сут.
При этом коэффициент фильтрации увеличился от 0,7 до 1,8 м/сут.,т.е. почти в 2,5 раза.
Наблюдение за расходами до и после устранения зкранирующего слоя в частности указывает на то, что просадочного уплотнения лессов за время опыта не произошло. Результаты физикохимического анализа показывают, что пористость, объемный вес скелета и др. показатели практически не изменились.
Для расчета была применена упрощенная формула
К = — > О.
871042
Формула изобретения
Составитель В.Латушкин.
Редактор Т Кузнецова Техред А.Савка Корректор Г. ОгаР
Заказ 8425/15 Тираж 910 Подписное
ВНИИПИ 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 в которой градиейт напора принят равным единице ввиду того, что Z W A
Н (см. обозначения к формулам 1, 2),.
Эффективность способа заключается в повышении точности определения ао.-..
;допроницаемости пород, с нестабильной при увлажнении структурой, которая позволит обеспечить большую надежность работы проектируемых гидротехнических сооружений и в ряде случаев -снизит затраты на их стррительство.
Способ определения коэффициента фильтрации пород, включающий налив воды в концентрические инфильтрометры и измерение стабилизирующего расхода и напора просочившейся воды, отличающийся тем, что, с целью повышения точности исследований, после стабилизации расхода, налив прекращают и удаляют поверхностный экранирующий слой породы,затем налив продолжают до начала устойчивого снижения расхода, а коэффициент фильтрации рассчитывают по данным опыта, полученным после удаления экранирующего слоя и до наступления устойчивого снижения расхода воды.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Бочевер Ф.M. и др. Основы гидрогеологических расчетов. Изд. Недра, 35 М., 1969, с. 294-295.
2. Бочевер Ф.М. и др. Основы гидрогеологических расчетов". Изд. Недра, М., 1969, с. 295-297 (прототип).