УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОДОЕМА Российский патент 1994 года по МПК G01N15/08 E02D1/00 

Изобретение относится к инженерно-геологическим изысканиям, в частности к устройствам для определения коэффициента фильтрации донных отложений водоема в полевых условиях.

Известен прибор Дарси для определения коэффициента фильтрации грунта, содержащий цилиндр с сеткой, на которую укладывается испытуемый грунт, пьезометры, измеряющие напор воды в определенных сечениях цилиндра, приспособление для подачи воды в цилиндр под напором и для замера объема воды, профилировавшей в цилиндре через грунт [1].

Недостатком такого лабораторного устройства для определения коэффициента фильтрации грунта является то, что при исследовании нарушается естественная структура грунта; что приводит к существенному снижению точности определения.

Известно устройство для полевого определения водопроницаемости грунтов, содержащее цилиндр с заостренным нижним торцом, полость которого сообщена с атмосферой и соединена с приспособлением для налива воды и пьезометрами [2] ..

Наиболее близким к изобретению является устройство для определения коэффициента фильтрации грунта поверхностного слоя в полевых условиях, применимого и в случае водонасыщенного основания (дно водоема), включающее вертикальный полый цилиндр, нижний торец которого заострен, а верхний - сообщен с атмосферой, и приспособление для измерения пьезометрического уровня воды, находящейся в наземной части цилиндра [3].

Недостатками известного устройства являются сложность определения коэффициента фильтрации и недостаточная точность определения, поскольку теоретически сложно учесть растекание воды, особенно в анизотропных по водопроницаемости условиях. При этом для оставления расчетной схемы фильтрации, близкой к действительной, необходимы знания о прилегающих к цилиндру грунтах. Также существенную погрешность может внести фильтрация воды вдоль стенок цилиндра.

Цель изобретения - повышение точности и упрощение определения.

Цель достигается тем, что устройство для определения коэффициента фильтрации донных отложений водоема, включающее вертикальный полый цилиндр с верхним, сообщенным с атмосферой и нижним заостренным торцом и приспособление для измерения пьезометрического уровня воды, снабжено водоприемником в виде водопроницаемого кольца и эластичной оболочкой, а полый цилиндр выполнен с уменьшенным в нижней части поперечным сечением с образованием уступа, на котором установлено кольцо водоприемника, при этом эластичной оболочкой покрыта внутренняя поверхность стенки цилиндра выше уступа с образованием герметизированного зазора, сообщенного с источником давления, а в стенке цилиндра в месте примыкания кольца водоприемника выполнено отверстие для сообщения полости цилиндра с водоемом. Кроме того поверхность эластичной оболочки, обращенная во внутрь цилиндра, покрыта слоем консистентной смазки.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, поперечный разрез; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1.

Устройство включает вертикально установленный полый цилиндр 1, водоприемник в виде водопроницаемого полого кольца 2, расположенного горизонтально внутри цилиндра 1, эластичную оболочку 3 и сосуды: напорный 4 и мерный 5.

Цилиндр 1 снабжен пьезометром 6 и ограничителями 7 погружения в грунт основания 8, его нижний торец заострен, а верхний - выполнен открытым, а поперечный размер полости в нижней части цилиндра 1 уменьшен с образованием уступа 9 кольцевой формы.

Полое кольцо 2 выполнено из водопроницаемого пористого камня 10, заключенного в корпус 11 коробчатой формы, примыкает непосредственно к уступу 9 и расположено над ним, а полость 12 кольца 2 водоемом, выполненным в виде закрепленной на стенке цилиндра полутрубки 13, и отверстием 14 сообщена с водоемом 15.

Эластичная оболочка 3 расположена внутри цилиндра 1 выше уступа 9, закреплена на стенке цилиндра 1 посредством корпуса 11 внизу и посредством элемента 16 вверху и покрывает внутреннюю поверхность стенки погружаемой в грунт части цилиндра 1 с образованием герметизированного зазора 17, который посредством трубки 18 с краном 19 и шлангом 20 сообщен с напорным сосудом 4. Поверхность оболочки 3, обращенная во внутрь цилиндра 1, покрыта слоем консистентной смазки (не показан).

Устройство работает следующим образом.

Эластичная оболочка 3 покрывается слоем консистентной смазки, после чего с плавсредств (не показаны) или без них в грунт основания 8 вдавливается цилиндр 1 до опорных ограничителей 7. При этом от повреждения оболочка 3 предохраняется уступом 9. Сосуд 5 с водой устанвливается на заданную высоту так, что он во время исследования всегда находится выше уровня воды в цилиндре 1 на ограниченную высоту, шлангом 20 подсоединяется к трубке 18 и заполняется водой герметизировнный зазор 17, в результате чего осуществляется прижатие эластичной оболочки 3, покрытой консистентной смазкой, к грунту, находящемуся в цилиндре 1. После чего уровень воды в цилиндре 1 поднимается на заданную величину превышения Δ Н над уровнем воды в водоеме 15 и посредством мерного сосуда 5 определяется фильтрационный расход Q при постоянном уровне воды в цилиндре 1, а коэффициент фильтрации K определяется по формуле
k = , где ω - площадь поперечного сечения полости цилиндра;
l - расстояние между плоскостями опорных ограничителей и водопроницаемого кольца;
λ - коэффициент, учитывающий искривление линий тока внутри цилиндра, выходящих за пределы цилиндра.

При приближенных определениях принимается λ = 1, а при уточненных - по теоретическим исследованиям.

Использование изобретения упрощает определение коэффициента фильтрации грунта поверхностного слоя донных отложений водоема в полевых условиях и повышает его точность.

Использование: при инженерно-геологических изысканиях для определения коэффициента фильтрации донных отложений водоема в полевых условиях. Сущность: устройство включает вертикально установленный полый цилиндр, водоприемник в виде водоприемного кольца, расположенного горизонтально внутри цилиндра, эластичную оболочку и сосуды: напорный и мерный. Цилиндр снабжен пьезометром , ограничителями и уступом, его нижний торец заострен, а верхний - выполнен открытым. Кольцо из водопроницаемого пористого камня расположено над уступом, а его полость сообщена с водоемом. Эластичная оболочка закреплена на внутренней стенке цилиндра выше уступа с зазором, сообщенным с напорным сосудом. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОДОЕМА, включающее вертикальный полый цилиндр с верхним торцом, сообщенным с атмосферой и нижним заостренным торцом и приспособление для измерения пьезометрического уровня воды, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса определения, оно снабжено водоприемником в виде водопроницаемого кольца и эластичной оболочкой, а полый цилиндр выполнен с уменьшенным в нижней части поперечным сечением с образованием уступа, на котором установлено кольцо водоприемника, при этом эластичной оболочкой покрыта внутренняя поверхность стенки цилиндра выше уступа с образованием герметизированного зазора, сообщенного с источником давления, а в стенке цилиндра в месте примыкания кольца водоприемника выполнено отверстие для сообщения полости цилиндра с водоемом. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхность эластичной оболочки, обращенная во внутрь цилиндра, покрыта слоем консистентной смазки.