Способ определения коэффициента фильтрации грунтов зоны аэрации

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1633107 19 Ящ 53)5 Е 21 В 49/00 БРЕТЕНИ ОПИСАН И ДЕТЕЛЬСТВ АВТОРСКО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Пермский государственный университет им. А.М, Горького(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ГРУНТОВ ЗОНЫАЭРАЦИИ Изобретение относится к области гидрогеологии,Цель изобретения - повышение точности определения,На чертеже приведена схема для осуществления способа.На чертеже приняты обозначения: грунты 1 эоны аэрации, шурф 2, внутреннее кольцо 3, наружное кольцо 4, быстросъемный оголовок 5 кольцевой с патрубком для присоединения водоподающих труб 6, дебитомер 7, устройство 8 для замера величины напора (давления) воды, направление 9 движения воды под возрастающим давлением, направление 10 движения вод под дном внутреннего кольца под действием капиллярного подсоса,Для осуществления способа в шурф 2 концентрически устанавливается два разного диаметра кольца 3 и 4 путем задавливания их на определенную глубину в дно шурфа 2, К верхней части внутреннего 3 и(57) Изобретение относится к гидрогеологии. Цель изобретения - повышение точности определения коэффициента фильтрации, Перед началом исследования ведут налив воды с возрастающим во времени напором в зазор между внутренним и внешним кольцами, эаглубленными в грунт и концентрично расположенными, до полного эамачивания поверхности грунта на площади внутреннего кольца. Осуществляют фильтрацию воды с постоянным напором через оба кольца, замеряют расход воды по внутреннему кольцу и определяют коэффициент фильтрации 1 ил наружного 4 колец первоначально присое диняется на герметичной основе быстросьемный кольцевой оголовок 5, имеющй вверху патрубок с резьбой, к которому присоединяется водоподэющая труба б для подвода под возрастающим давлением во-О ды с последующим фильтрационным проса- Ы чиванием ее в грунты эоны аэрации и,Сд боковым растеканием. Поддействием ка- -пиллярного подсоса, усиливаемого воз- С) растающим во времени напором фильтрующейся вниз воды, при наличии с глубиной постепенного сближения диаметрально противоположных точек кольцевого потока поровые воды вытесняют воздух иэ порового пространства снизу вверх, что обеспечивает полное вытеснение пузырьков воздуха из пор грунтов После появления полного замачивания на поверхности дна шурфа 2, под внутренним кольцом 3, нагнетание воды в водоподводящую трубу 6 прекращают и дожидаются5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 стока воды из нее и оголовка 5, затем снимают оголовок 5 и приступают к проведению опыта по известной технологии с раздельной подачей воды на один и тот же уровень в пространство между внешним и внутренним кольцами и во внутреннее кольцо 3. По окончании опыта расчетным путем определяют коэффициент фильтрации Кф, с использованием значения площади поперечного сечения внутреннего кольца 3 и дебита воды, проходящей через это сечение,При наличии сильно высушенных грунтов зоны аэрации и возникновения при этом в них (на поверхности песчаных зерен) водоотталкивающих свойств, вызванных эффектом, обуславливающим гистерезис смачивания, дополнительно в дно шурфа 2 заглубляют третье кольцо большего диаметра, чем кольцо 4, присоединяот к верху колец нового и кольца 4 герметично быстросьемный оголовок, аналогичный по конструкции оголовку 5, и подают по присоединенным к обеим оголовкам трубкам воду со всевозрастающим давлением, с более высокими темпами этого возрастания по сравнению с оголовком 5 и в оголовок дополнительный, После полного замачивания дна шурфа под внутренним кольцом переходят к операциям, описанным выше,В случае наличия в верхней частирунтов 1 зоны аэрации возможных мелких аномалий фильтрационных свойств этих грунтов, например водооттдлкивающих сгустков песчаноглинистых пород, микротрещиноватости и т,п для установления имеются ли такие аномалии здглубляют обд (или три) кольца на глубину пересечения не менее двух разностей грунтов, Затем производят последовательно все операции и приемы, обеспечивающие замачивание грунтов под внутренним кольцом, до начала опыта, После чего снимают оголовок (оголовки) и углубляют дно шурфаа по всей поверхности до достижения нормальной глубины над дном основания колец, отбирают образцы грунта на водно-фильтрационные визуальные и лабораторные наблюдения и исследования, после того проводят по установленной методике опыт по определению необходимых для расчета Кф основных параметров, параллельно определяя по отобранным образцам визуально и лабораторным путем дополнительные данные, По результатам определения вносят необходимые расчетные поправки в определение К 4 или же проводят повторные опыты по определению основных гидрогеолоических параметров,П р и м е р Рассмотрим выполнение изобретения с применением третьего дополнительного кольца, За основу берем два стандартных кольца диаметром 500 и 250 мм, высотой 200 мм конструкции Н,С, Нестерова, Третье кольцо может быть расположено снаружи большего по диаметру кольца, между большим и меньшим и внутри меньшего,Выбираем последний случай иэ расчета сравнительно небольшой мощности горных пород эоны аэрации, представленных супесями и суглинками,Значение коэффициентов фильтрации для этих пород составляет соответственно 0,1-0,5 и 0,01-0,1 м/сут; скорость подьема (продвижения) капиллярных вод при высоте 30-40 см равняется 17 - 14 и 16 12 см/ч, а при высоте 50-100 см - 9-3,1 и 5,0-2,8 см/ч; наибольшая скорость подьема отмечена при высоте 20-30 см и составляет 31-17 и 26-16 см/ч,Внутреннее кольцо рассмат риваемого в качестве примера устройства равняется 200 мм. среднего 250 мм, наружного 500 мм, высота каждого из трех колец 200 мм, Кольца перед началом опыта снабжаются сьемн ытл оголовком, раздел я ющим и рострднство между внутренним и средним колыали сроднил и внутренним на две изолированные кдлерьь открытые внизу и содер;1 щие в верху патрубки для присоединения водоподающих трубокКольца, снабженные оголовком задавливают в дно специально подготовленного для опыта шурфа на глубину более половины высоты колец, для примера 175 мм, Затем обе камеры заполняются водой, включая присоединяемые к пдтрубкам водоподдющие трубки, соединяемые, в свою очередь, с двумя самостоятельными насосными системами, снабженные регулятордми и датчиками напора и дебитаПри одинаковой величине напора дебит воды, проходящей через кольцевой зазор между наружным и средним кольцами, в 7,3 раза превышает таковой через зазор между средним и внутренним При увеличении относительно внутреннего кольцев;о зазора величины напора наружного кольцевого зазора, например, в два раза дебит во внешнем зазоре также увеличивде 1 сл в два раза и превышает 1,6 раза дебит во внутреннем зазоре; кинетическая энергия первого потока в 29,2 раза превышает кинетическую энергию второго Благодаря этому граница между внутренним и внешним потоками отклоняется в осевол ндпрдвтпли Величина отклонения в угловом гражел достигает полной величины угла ди И, ии 6. Навнутренней границе внутреннего кольцевого потока этот угол достигнет 9",Исходя из последнего, противоположные струи потока (в диаметральном разрезе) сомкнутся согласно расчета на глубине 50,63 м,С учетом принятых конкретных значений диаметров внутреннего и среднегокольца (200 и 250 мм, зазоо на сторону 25 лм)и величины заглубления колец (175 мм) 1 Омаксимальная длина капиллярного каналадо поверхности земли составляет 200 мм,Время полного прохождения капиллярнойводы по пути этой длины должно быть несколько больше времени фильтрации воды 15во внутреннем кольцевом зазоре до полного смыкания противоположных струй (глубина 0,63 м),Берем в качестве примера фильтрациюводы в суглинках - Кф = 0 1 м Сут (фракции 200,01 - 0,005 мм), Расчетное время фильтрации для этого случая должно быть (скоростькапиллярного движения 0,125 см/ч) не более 5 ч. При гидравлическом уклоне, равном1, время, необходимое для фильтрации на 25глубину 0,63 м, составляет не менее 6 сут,Для обеспечения величины не более 5 ч необходимо создать гидравлический уклон соответственно равный 1 6 мзбыточногостолба воры, Избтогое,гпвл . годы е ",Озазоре между наружныл и ,т 1".илкольцами должор;вьаь тако. е вовнутреннем зазоре в 1.7 3,.з;, .; о,полностью исключит, вгни, е; ,;егопотока на его границу с вс о.;Это соответствуе во внеш е : з 1,вчине избыточного давлени.Наращиваие давлени; пас ода вгдьво внешнсм иутреел за.,;,-. еедутодновременно в нарасто, ",.;е че,:,о достижения указанных значенй изб,точногостолба воды в первом и втором ксв.це"омзазорах, не допуская резких кс,збаний рсбита и его увеличения или спада и еьдес ивая преоблада ие напора во внешнем 15зазоре,После появлсния замачива;я по всейповерхности внутреннего ксчьца оклю ";ют подачу воды в обе камгг сгэовка ге - монируот водоподаощп рубки,; 59 оголовок, открывая гем сал,ц доступ к дну шурфа между внутреним и наружны;ол. - цами;. углубляют дно шурф,. внутри ут реннего кольца и между чнтреннил и средним, а также при большой изменчиво 5; сти литологического состава суглинков по площади между срг дним и большим остал, - ной площади дна шурфа (для изучения характера изменчивости состава по вертикали) на ггубину 0.75 м; для изучения литологической неоднородности пород, степени замачивания и идрофильности отбирают по меридиональному разрезу образцы пород и направляют их в лабораторию для соответствующих исследований, количество образцов и место их отбора выбирают, исходя иэ конкретных условий; оборудуют пространство внутри внутреннего кольца и между внутренним и средним кольцами двумя регуляторами для подачи воды, например, сосудами Мариотта, дно среднего и внутреннего колец покрывают песком или мелким гравием слоем 1 - 2 см; включают регуляторы и поддерживают во внутреннем кольце и между внутренним и средним высоту слоя воды 10 см; опыт ведут до стабилизации расхода воды через внутреннее кольцо; для повышения точности расчетов рекомендуется осуществлять замеры скорости просачивания по скорости падения уровня в шурфе при отключенном питании на время замеров, для каждого такого замера достаточно снижение уровня на 2 - 4 см.Существует несколько способов обработки данных наливов в шурфы, основанных на законе Дарси. Пренебрегая капиллярным давлением, которое вносит погрешность в определение Кф менее 20;, и принимая в процессе длительной инфильтрации апорный грзон г Глизким к единице коэфф" ис;,т фил,граци. можно ог 1 едслит при извесгнсл оас. е потока " и скороеи пптока по форлул;ДКфГде/ скорсс 1 ь г "чиваич воды но внутреннем кальво:Я - пгоцад внутренне огьца 1 гощадь фи,т(,-.ий),Г - ст .и-,зГпвавийся процессе сг а ра"хорп рТак, в расом;трив емом гримере при Я - О,ОО 3 м /су К, составит 0,095 мlсут,с 1 ормула изобретения Способ оп 1;деления:о-ффициента игьтраци грунов вонь аэрации, вклюаю.1 й фильтраци, соды с пост .,нным напором через заглубленные в грунтонцентрическн расположенньс дв: кольца разого диаме ра замер расхода воды по внутреннему кол ь.;у и - и ределение по даньл исследования коэффициента фильтрации, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью овышения точности определения, перед , ачалом исследования ведут налив воды с возрастаощим во времени нлпоромв зазорежду внутренним и внешним кольцами до полного заманивания поверхности грунта ,а площади внутреннего ко ьоа1633107Составитель М.Тупысев Редактор А.Шандор Техред М. Морге нтал Корректор Н. Ревская Заказ 603 Тираж 362 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 О 1