Устройство для определения коэффициента фильтрации

(19) ( 1) 51)С 01 Н 15/08 ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ(72) Н.В. Жданкус и А,А. Моркус (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса и Литовский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации.(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 590398, кл. Е 02 Р 1/00, 1978.2. Авторское свидетельство СССР В 492617, кл. Е 02 Э 1/00, 1978 (прототип).(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ, содержащее полую штангу с наконечником, разделенным на отдельные камеры, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности измерений и уменьшения их трудоемкости, в устройство дополнительно введены два мерных сосуда и вакуумметр, а наконечник разделен двумя радиальньяи перегородками на три рабочих камеры, средняя из которых отдельной трубкой через разделительный кран соединена с одним мерным сосудом, а нижняя и верхняя камеры сообщены внутренней полостью штанги и через второй распределительный кран - с другим мерным сосудом и вакуумметром.11505 Изобретение относится к устройствам для гндрогеологических исследований: грунта, в частности к устройствам для определения коэффициен-та фильтрации слабопроницаемых 5органогенных грунтов в полевых условиях,Известно устройство для определения коэффициента фильтрации грунта по горизонтальному направлениюпосредством истока и стока, выполненных в виде двух однополостныхштанг, размещенных на расстояниидруг от друга и объединенных междусобой в верхней части. Сток соединен с входом, а исток - с выходомнасоса, при работе которого в грун-те образуется фильтрационный поток 1 1,Недостатком этого устройства является невозможность его применения для определения коэффициентафильтрации грунта по вертикальномунаправлению, без которого нельзярешить вопросы консолидации и 25прочности оснований. Приходится проводить дополнительные измерения сцелью определения коэффициентафильтрации по вертикальному направлению с применением других устройств,30что осложняет исследования, увеличивает их трудоемкость и связано сболыпими неудобствами, Устройствонеудобно еще и тем, что для его применения требуется насос, для вращения которого требуется двигатель иисточник энергии. При измеренияхэтим устройством в слабопроницаемых грунтах возникают большие трудности точного измерения подачи насоса, поэтому значительные погрешностинеизбежны.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяустройство для определения коэффициента Фильтрации, содержащее полуюштангу с наконечником, разделеннымна отдельные камеры. Верхняя из камер соединена с входом, а нижняя "с выходом насоса, создающего фильтра ционный поток воды в исследуемомпласте. грунта. Устройство предназна, чено для изучения фильтрации в вертикальном направлении 21.Недостатком известного устройст" 55ва является невозможность его применения для определения коэффициентафильтрации грунта по гориэонтально 21 2му направлению. Поэтому возникаютзатруднения, присущие указанномуустройству, предназначенному дляопределения коэффициента фильтрациигрунта по горизонтальному направлению. 7 очность этого устройства ещеменьше, так как при измерениях кпогрешностям измерения подачи насоса добавляются погрешности, вызванные неизбежной контактной фильтрацией воды по поверхности штанги между фильтрами верхней и нижней камер. Цель изобретения - увеличениеточности измерений и уменьшение ихтрудоемкости. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения коэффициента фильтрации, содержащем полую штангу с наконечником, разделенным на отдельные камеры, дополнительно введены два мерных сосуда и вакуумметр,а наконечник разделен двумя радиальными перегородками на три рабочих камеры, средняя нз которых отдельной трубкой через разделительный кран соединена с одним мерным сосудом, а нижняя и верхняя камеры сообщены внутренней полостью штанги и через второй распределительный кран соединены с другим мерным сосудом и вакуумметром.На фиг.1 показано предлагаемое устройство, общий вид; на фиг.2- вертикальный разрез нижней части наконечника. Устройство состоит из полойштанги 1, наконечника 2, двух мерных сосудов 3, вакуумметра 4,от- дельной трубки 5, распределительного крана 6, разделительного крана 7, выпускного крана 8, соединительных трубок 9 и панели 10. Наконечник 2 имеет две перегородки 11, разделяющие его внутренний объем на нижнюю камеру 12, среднюю камеру 13 и верхнюю камеру 14. Нижняя камера 12 соединена с верхней камерой 14 трубкой 15. Средняя камера 13 отдельной трубкой 5 соединена с одним, а внутренняя полость штанги 1 - с другим мерным сосудом 3. Стенки камер 12"14 наконечника 2 перфорированы и обмотаны фильт-. рующей сеткой 16(11 Устройство работает следующимобразом.Наконечник 2 при помощи штанги 1вдавливают в грунт до глубины, накоторой определяется коэффициент 5Фильтрации. Внутреннюю полость штанги 1 заливают водой. К штанге герметически подключают распределитель. ный кран 6 посредством его входногопатрубка. Отдельную трубку 5 подключают к разделительному крану 7.Мерные сосуды заливают водой. Внутреннюю полость штанги 1 и отдельнойтрубки 5 заполняют водой и оттудаудаляют воздух включением распределительного и разделительного кранов 6 и 7 в такие позиции, при которых оба мерные сосуды 3 соединяются с внутренней полостью штанги 1,отдельной трубкой 5 и меяду собой. 20Кроме того, открывается выпускнойкран 8, Когда весь воздух из внутренней полости штанги 1 и трубкиудален через выпускной кран 8 и изнего начинает течь вода непрерывной 25струйкой, он закрывается. Напор измеряют вакуумметром 4, Для этогораспределительный 6 и разделительный 7 краны переключают в положения, при которых мерные сосуды 3-отключаются от внутренней полостиштанги 1 и отдельной трубки 5 и соединяются между собой, Когда показание вакууметра 4 стабилизируется, записывают ве -личину вакуумногодавления. 35Для измерения инфильтруемого вгрунт расхода воды распределительный 6 и разделительный 7 краны переключают в положения, при которыхмерные сосуды 3 соединяются междусобой и с внутренчей полостьюштанги 1 и отдельной трубкой 5. Фиксируют время переключения кранов.Для стабилизации фильтрационного потока до квазистационарного состояния выжидают не менее 10 мин, послечего переключением разделительногокранаразъединяют мерные сосуды 3и измеряют объемы воды 1 к и Ис,истекшие из одного и другого мерных сосудов 3 за определеннь й интервал времени,Коэффициент фильтрации грунта,осредненный по всем направлениям,Коэффициент фильтрации грунта по горизонтальному направлению рассчитывают с применением формулыгс к(цв,1, 1,р с к 1Коэффициент фильтрации грунта по вертикальному направлению рассчитывается с применением формулы3 (1) и (2) формулах Н 11 и 1 кс объемы воды, инфильтрированы в грунт через нижнюю плюс верхнюю камеры и среднюю камеру соответственно за времяд - диаметр фильтров наконечника; к., - вакуумное давление, измеренное вакуумметром,Па, р =1000 кг/м плотность воды, с 1, = 9,81 м/с - ускорение земного при" тяжения, Ь - вертикальное расстояние от выпускного крана 8 до уровня свободной поверхности воды в мгрных сосудах 3 во время измерения расхода; 1- гидравлические потери напора в отдельной трубке 5, определяе" мые по расходу с применением характеристики трубы 5, составленной по данным тарировки; К - радиус фильтрационного потока в момент измерения расхода, определяемый с применением формулыЫКа-.,к 1/а ( агде а - уровнепроводность, определяемая по типу грунта и коэффициенту фильтрации К из справочников;- время с момента переключения распределительного 6 и разделительного 7 кранов после измерения напора до середины интервала измерения расхода, Уровнепроводность а и радиус фильтрационного потока К определяются по предварительно заданной величине коэффициента фильтрации К. Эта величина уточняется несколько раз повтооом расчета с при" менением формул (1) и (4).За базовые для сравнения с предлагаемым берутся устройства для определения коэффициента фильтрации грунта, принятые в качестве аналога и прототипа Г 1 и (.23 Для оп"1150521 Внищци Заказ. 2133/32 Тираж 897 Подпнсно Филиал ППП "Патент", г.уж."ород, ул.Проектная, 4 редеавакя коэффициента фильтрацииио йбуаеонтальному и вертикальномун 4 л 9 Мааниям необходимо исследоваеь Фааст укаэанным устройствамиФНФВМ 4 один Раэ с одним уетройствев для определения коэффициентафэММРации по горизонтальному на щаапанив и второй раэ с другимуслФейством для определения коэф 4 ФйЮееита Фильтрации по вертикальиевунаправлению. Трудоемкость такого исследования очевидна. Базовыеустройствауступают предлагаемомуи по точности, так как значительныепогреаиости измерения подач насосови контактная фильтрация обусловливаот низкую точность устройств дляопределения коэффициента Фильтрации по одному направлению, особеннопри определении коэффициента фильтрации слабопроницаемых грунтов.Предлагаемое .устройство может 5 быть применено особенно эффективнодля исследования органогенных грунтов, отличающихся высокой степеньюанизотропности фильтрационныхсвойств по разным направлениям. В 1 О таких грунтах коэффициент фильтрации по горизонтальному направлениюможет отличаться от коэффициента повертикальному направлению донескольких десятков или даже сотен 15 раэ. Выявление анизотропии фильтрационных свойств грунта имеет большое значение для консолидационныхи прочностных расчетов.