СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ И ВОДООТДАЧИ ГРУНТА В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ Российский патент 1994 года по МПК G01N15/08 E02D1/00 

Изобретение относится к гидромелиоративному строительству для исследования фильтрационных свойств грунтов и может быть использовано для инженерно-геологических изысканий.

Известен способ определения фильтрационных характеристик грунтов, включающий бурение скважин, производство откачек с последующим замером подъема уровня воды в скважинах и расчет коэффициента фильтрации /1/.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ определения фильтрационных характеристик анизотропных грунтов, включающий бурение скважин, производство откачки воды из них с последующим измерением уровня фильтрационного потока. После дополнительно осуществляют откачку воды из этой же скважины с последующим измерением уровня воды фильтрационного потока, поступающего через стенку и дно скважин /2/.

Недостатками известных способов являются слабая теоретическая обоснованность, значительная трудоемкость и низкая точность из-за необходимости длительной для достижения стационарного режима откачки воды из скважины. Это приводит к увеличению времени проведения изысканий.

Цель изобретения - повышение надежности и точности определения.

Цель достигается тем, что в способе определения коэффициента фильтрации и водоотдачи грунта в полевых условиях, включающем бурение скважины, откачку воды из нее с последующим периодическим измерением расхода фильтрационного потока, согласно изобретению, перед откачкой воды в скважину с зазором устанавливают набранную из колец цилиндрическую обойму с глухим дном на глубину ниже уровня грунтовых вод, а искомые параметры рассчитываются по формулам
K = , (1)
μ = · · (2) где К - коэффициент фильтрации грунта; μ - коэффициент водоотдачи грунта; Q₁Q₂ - расход воды соответственно при времени измерения t₁, t₂; h_ср - средняя глубина потока за скважиной; S_o - понижение уровня воды в скважине; r_о - радиус скважины.

На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 - график зависимости расхода воды от времени Q= f(t).

Устройство содержит цилиндрическую обойму 1, набранную из колец и имеющую глухое дно 2, насос, уровнемер, например, рейку на поплавке 4.

Способ осуществляют следующим образом.

В исследуемом массиве пробуривается скважина 5 радиусом r_o на глубину Н_скв. до водоупора, фиксируется уровень грунтовых вод Н_угв. В скважину ниже УГВ на глубину S_o опускается с зазором цилиндрическая емкость-обойма из колец высотой Н_тр с глухим дном. После быстрой (мгновенной) откачки воды из цилиндра и скважины насосом осуществляется приток воды к скважине при S_o= const. Расход воды Q_t определяются по скорости подъема уровня в цилиндре при отключенном насосе. При заполнении водой цилиндра снова включается насос. Периодически измеряется поток. Общая продолжительность откачки с измерениями Q может быть ограничена временем, когда приток в скважину уменьшится в 1,5-2 раза против начального. Наполнение водой цилиндрической обоймы 1 осуществляется через ее верхний край. К моменту окончания откачки уровень воды начинает подниматься за счет притока воды. В промежутке времени между началом и концом подъема воды в цилиндре различные промежутки времени t замеряют промежуточные уровни (глубины) воды h₁, h₂, h₃, строят график Q= f(t).

По результатам испытаний определяется h_ср.

h_cp= (3)
H_c= H_скв-H_упв (4)
После этого рассчитывают для каждого подъема h₁, h₂ , . . . , h_n, расход Q₁, Q₂, . . . Q_n по формуле
Q_n= , где Q_n - расход воды при h_n; W_n - приращение объема воды в обойме при h_nи t_n.

Эти данные записываются в таблицу и затем по ним строится график Q= f(t) для нахождения t₂ по известному Q₂(Q₂= Q₁/2). Окончательно коэффициенты фильтрации и водоотдачи определяют по формулам (1) и (2).

Данный способ за счет поддержания напора постоянным, для чего служит обойма из колец, значительно повышает надежность и точность исследования и позволяет определять коэффициенты фильтрации и водоотдачи одновременно.

П р и м е р 1. Известны: r_o= 0,069 м; h_ср= 0,66 м; S_o= 0,32 м; H_скв= 2,1 м; Н_угв= 1,28 м; Н_тр= 0,5 м.

По опытным данным строится график Q= f(t) и рассчитывают коэффициенты фильтрации и водоотдачи по формулам (1) и (2): Q₁= 0,00538 м³/сут; t₁ = 0,416 сут. ; Q₂ = 0,0269 м³/сут; t₂= 0,666 сут. ; α Q₁/Q₂= 2; К= 5,50 ˙10^-3 м/сут; μ = 0,32.

П р и м е р 2. Определение Кф по (1):
Способ включает бурение скважины. По бокам скважины на расстоянии 0,5-1,0 м забивается рейка, являющаяся нулем наблюдения скважины; определяли уровень воды в скважине. Затем откачивали воду и делали повременной замер уровня воды. Затем рассчитывали коэффициент фильтрации по формуле:
K = lg, где К - коэффициент фильтрации; r - радиус скважины; d - диаметр скважины; H, Y_o, Y - расстояния от начального уровня в скважине соответственно до ее дна, до начального уровня откачки, до переменного уровня в период восстановления; t - промежуток времени от начала опыта до момента измерения восстанавливающегося уровня в скважине Y.

По всем отсчетам t и Y вычисляли lg/Y_o/Y/ и строили график связи lg/Y_o/Y/= f(t).

По этому способу рассчитывали (определяли) коэффициент фильтрации.

Известны; d= 0,14 м; Y_o= H_{послеоткачки} - Н_{дооткачки}= 1,47 м˙K= 4,08 ˙10^-3 м/сут.

Этот метод дает более низкую точность, чем способ изобретения, поскольку определение коэффициента фильтрации ведется при различных уровнях воды в скважине и в области, прилегающей к ней, что не учтено при теоретическом обосновании данного метода. (56) 1. Эркин Г. Д. Водопроницаемость болот. Тр. института болотного хозяйства, 1940.

2. Авторское свидетельство СССР N 734538, кл. G 01 N 15/08, 1977.

Использование: в гидротехническом строительстве для исследования фильтрационных свойств грунта. Сущность: в скважину с зазором устанавливают цилиндрическую обойму, набранную из колец и имеющую глухое дно, на глубину ниже уровня грунтовых вод и определяют коэффициент фильтрации и водоотдачи по формулам. 2 ил.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ И ВОДООТДАЧИ ГРУНТА В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ, включающий бурение скважины, откачку воды из нее с последующим периодическим измерением расхода фильтрационного потока и расчет по измеренным данным искомых характеристик, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности определения, перед откачкой воды в скважину с зазором устанавливают набранную из колец цилиндрическую обойму с глухим дном на глубину ниже уровня грунтовых вод, а искомые параметры рассчитывают по формулам
K= ;
μ= ,
где K - коэффициент фильтрации грунта;
μ - коэффициент водоотдачи грунта;
Q₁, Q₂ - расход воды соответственно при времени измерения t₁, t₂;
α= ;
h_ср - средняя глубина потока за скважиной;
S₀ - понижение уровня воды в скважине;
r₀ - радиус скважины.