Способ определения коэффициента фильтрации грунта

(51)5 Е 02 О 1/00 ЕТЕНИЯ кажд ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Таджикский политехнический институт и Государственный головной территориальный институт инженерно-технических изысканий Госстроя ТаджССР(53) 624.131.433:624.131.6.001.5 (088.8) (56) Грунты, Методы полевых испытаний проницаемости, ГОСТ 23278/78, М.: Госстрой СССР, 1979, с, 61.Ведерников В.В. Определение коэффициента фильтрации почвогрунтов при неполном их насыщении, - "Изв, высш. учеб. заведений, Геология и разведка", изд, М ГРИ, 1973, М 8, с. 86-89. Изобретение относится к определению фильтрационных характеристик грунтов, в частности лессовых просадочных грунтов в зоне аэрации, и может быть использовано при проведении инженерно-геологических изысканий в строительстве,) Известен способ определения скорости впи ывания воды и коэффициента фильтрации грунта, включающий отбор образца грун а, установку его в обойму, заливку воды с ерху, поддерживание ее постоянного напоа 2 см, периодическое измерение филь ационного расхода воды, фиксацию време и прихода границы фронта к низу образ а грунта,Та,ой способ определения коэффициента ф льтрации требует отбора монолитов го инженерно-геологического эле) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИИ Е Н ТА Ф ИЛ ЬТРАЦИ И ГРУНТА(57) Использование: определение фильтрационных характеристик грунта при проведении инженерно-геологических изысканий в строительстве. Сущность изобретения: устраивают совмещенную с шурфом скважину, в которую устанавливают измеритель влажности и наливают воду. В процессе инфильтрации измеряют влажность на различных глубинах (и) во времени (т) до момента ее увеличения. Замеряют время от начала налива воды до этого момента и строят график зависимости 1 прихода фронта влаги от и, определяя скорость его продвижения Чф, Я по значению которого определяют коэффициент фильтрации. 2 ил. У) мента. Точность определения коэффициента невысока из-за малости размеров образца и неизбежных изменений в структуре грунта при его отборе в связи с изменением напряженно-деформированного состояния грунта.Известен также способ Нестерова для определения коэффициента фильтрации грунта в зоне аэрации, применяемый для глинистых грунтов в полевых условиях,По этому способу на дне открытого шурфа врезают в грунт два стальных кольца: внешнее и внутреннее, Затем в оба кольца наливают воду, уровень которой поддерживают постоянным, и измеряют ее расход во времени. Вода из внешнего кольца расходуется на просачивание, боковое растекание и капиллярное всасывание. Вода из внутреннего кольца идет только на фильтрацию по вертикали вниз, Далее в забое шурфа пробуривают скважину с отбором образцов грунта для определения влажности грунтового массива по глубине, Расчет коэффици ента фильтрации ведут по формуле для случая одномерной фильтрации воды вниз. Согласно этому способу шурфы следуют выполнять в однородных по литологическому составу и плотности грунтах. 10 Наиболее близким к предлагаемому является способ, предусматривающий отры вку шурфа, устройство совмещенной с ним измерительной скважины для определения расхода во времени, налив в нее воды, наблюдение за распределение влаги по глубине массива при ее инфильтрации в различные моменты времени и измерение влажности. По данным измерений определяют влажность зоны увлажнения при уста 15 20 новившейся скорости впитывания и строят график зависимости расхода воды и скорости впитывания во времени, а по ним с помощью формулы Аверьянова рассчитывают коэффициент фильтрации для грунта верх 25 ней зоны с постоянной максимальной влажностью.Недостатками известного способа является трудоемкость и высокая стоимость,особенно если появляется необходимость 30определения коэффициента фильтрации впределах значительной толщи слоистыхгрунтов при наличии различных инженерногеологических элементов. В этом случае приходится закладывать шурфы или скважины на 35различных глубинах, что увеличивает стоимость и трудоемкость определения фильтрационных свойств,Цель изобретения - снижение трудоемкости, сокращение времени определения и 40увеличение толщи, в том числе слоистыхгрунтов, в пределах которой определяют искомый коэффициент.Для достижения поставленной цели вспособе определения коэффициента фильтрации грунта, включающем отрывку шурфа,устройство совмещенной с ним измерительной скважины, налив в скважину воды, наблюдение за влажностью грунта в процессеинфильтрации на различных глубинах во 50времени и расчет по полученным даннымкоэффициента фильтрации, наблюдение завлажностью на каждой заданной глубинепроизводят до момента ее увеличения, который принимают за момент прихода фронта 55влаги, замеряют время от начала наливаводы до этого момента, по полученным данным строят график зависимости времениприхода фронта влаги от глубины измерения, по прямолинейному участку которого в пределах каждого однородного слоя грунта рассчитывают коэффициент фильтрации по формулеКф=Чф Игде Кф - коэффициент фильтрации, м/сут,;Чф- скорость продвижения фронта влаги, м/сут.;И- максимальное значение свободной влажности данного слоя грунта, д.ед., причемЯ= и-Оп,где и, Оп - соответственно пористость и максимальная влагоемкость данного слоя грунта, д.ед.На фиг, 1 дана схема осуществления способа; на фиг. 2 - график зависимости времени прихода фронта влаги от глубины.Способ реализуют следующим способом,С помощью любого бурильного оборудования отрывают шурф (фиг.1) достаточных размеров до соответствующей глубины. С забоя шурфа пробуривают измерительную скважину 2 на всю исследуемую глуби-. ну грунтового массива, т,е, для всех инженерно-геологических элементов в пределах рассматриваемой толщи, Шурф оборудуют оголовкам 3. Затем в скважину 2 опускают обсадную трубу с заваренным дном такого диаметра, который обеспечивает надежный контакт между ее внешней боковой поверхностью, и внутренней поверхностью скважины. Это необходимо для исключения попадания воды в зазор между трубой и скважиной. Затем шурф заполняют дренирующим материалом 4, например гравийно-галечниковой смесью с диаметром частиц 5-20 мм, и наливают воду, уровень которой И. . поддерживают постоянным на отметке поверхности грунта. При этом в грунтовом массиве ниже забоя шурфа происходит движение свободной влаги вниз по оси измерительной скважины.Влажность измеряют с помощью известных приборов, например нейтронного измерителя влаги (НИВ) 5, зонд б которого спускают в металлическую обсадную трубу в исследуемую точку а 1 на глубину Е 1. Моментом прихода фронта влаги считают тот момент, когда прибор отмечает резкое скачкообразное увеличение влажности, Замеряют время т 1 от начала налива воды до этого момента, Таким образом производят ряд замеров времени прихода фронта влаги в различные точки по глубине грунтового массива Ъ,22,Ъи строят график зависимости времени от глубины (фиг.2).1733559 45 50 55 По прямолинейному участку графика вычисляют скорость продвижения фронта влаги Чф, равную отношению ЬЕ и Лт. Подставляя значения скорости Чф, пористости и и максимальной влагоемкости О данного слоя грунта в формулуКф = Чф Ю = Чф(п - Оо),вычисляют искомый коэффициент фильтрации Кф,На опытной площадке, основанием которой служила лессовая порода с плотностью в сухом состоянии 1,37-1,50 т/м, вз пределах 15-метровой толщи при природной весовой влажности 0,07 и пористостью 0,440-0,490 отрывали шурф диаметром 500 мм и глубиной 3 м. В забое шурфа выполняли измерительную скважину диаметром 60 мм, обсаженную металлической трубой диаметром 57 мм, Шурф заполняли щебнем фракцией 5-20 мм и устье оборудовали оголовком высотой 0,4 м для защиты от обрушения. Воду в скважину подавали непрерывно по водораспределительной системе в течение 3 сут.; уровень воды поддерживали постоянным. Наблюдение за движением фронта свободной влаги под забоем скважины вели с помощью нейтронного измерителя влажности НИВ. По результатам эксперимента вычисляли коэффициент фильтрации, который составил 0,0157 м/ч или 0,577 м/сут.Предлагаемый способ в отличие от известных исключает операции определения расхода воды во времени, установления размеров зоны увлажнения в плане для определения скорости впитывания и многократного определения влажности этой зоны по всей глубине, так как он не предусматривает измерение влажности, а согласно ему измеряют время. Сокращение числа операций способа снижает длительность и трудоемкость способа, что обусловливает егоэкономическую эффективность.5 Формула изобретенияСпособ определения коэффициентафильтрации грунта, включающий отрывкушурфа, устройство совмещенной с ним измерительной скважины, налив в скважину во 10 ды, измерение влажности грунта в процессеинфильтрации на различных глубинах вовремени и расчет по полученным даннымкоэффициента фильтрации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения трудоемкости,15 сокращения времени определения и увеличения толщи, в том числе слоистых грунтов,в пределах которой определяют искомыйкоэффициент, измерение влажности на каждой заданной глубине производят де мо 20 мента ее увеличения, который принимаютза момент прихода фронта влаги, замеряютвремя от начала налива воды до этого момента, по полученным данным строят график зависимости времени прихода фронта25 влаги от глубины измерения, по прямолинейному участку которого в пределах каждого однородного слоя грунта рассчитываюткоэффициент фильтрации по формулеКф=/ф30 где Кф - коэффициент фильтрации, м/сут.;Чф - скорость продвижения фронта влаги, м/сутИ - максимальное значение свободной влажности данного слоя грунта, д,ед35 причемЧЧ= п -О,где и, Ог - соответственно пористость имаксимальная влагоемкость данного слоягрунта, д.ед.40173355940Составитель А. Абдуллаев Редактор А. Лежнина Техред М.Моргентал Корректор Н. Ревска аказ 1644 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101