Устройство для определения коэффициента фильтрации Советский патент 1985 года по МПК G01N15/08 

г Изобретение относится к устройствам для гидрогеологических исследований Грунта, в частности к устройствам для определения коэффициен та фильтрации слабопроницаемых органогенных грунтов в полевых усло виях. Известно устройство для опреде ления коэффициента фильтрации грунта по горизонтальному направлению посредством истока и стока, выполненных в виде двух однополостных штанг, размещенных на расстоянии друг от друга и объединенных собой в верхней части. Сток соединен с входом, а исток - с выходом насоса, при работе которого в грунте образуется фильтрационный поток СОНедостатком этого устройства является невозмсзшость его применения для определения коэффициента фильтрации грунта по вертикальному направлению, без которого нельзя решить вопросы консолидации и прочности оснований. Приходится про водить дополнительные измерения с цель определения коэффициента фильтрации по вертикальному направлению с применением других устройст что осложняет исследования, увеличи вает их трудоемкость и связано с большими неудобствами. Устройство неудобно еще и тем, что для его при менения требуется насос, для вращения которого требуется двигатель и источник энергии. При измерениях этим устройством в слабопроницаемых грунтах возникают большие трудности точного измерения подачи насо са, поэтому значительные погрешност неизбежны. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для определения коэффициента фильтрации, содержащее полую штангу с наконечником, разделенным на отдельные камеры. Верхняя из камер соединена с входом, а нижйяя с выходом насоса, создакяцего фильтр ционный поток воды в исследуемом пласте.грунта. Устройство предназна чено для изучения фильтрация в вертикальном направлении 2. Недостатком изнecтнoгoi ycтpoйcтэа является невозможность его приме нения для определения коэффициента фильтрации грунта по горизонтально1му направлению. Поэтому возникают затруднения, присущие указаннсгму устройству, предназначенному для определения коэффициента фильтрации грунта по горизонтальному направлению. Точность этого устройства еще меньше, так как при измерениях к погрешностям измерения подачи насоса добавляются погрешности, вызванные неизбежной контактной фильтрацией воды lie поверхности штанги между фильтрами верхней и нижней камер. Цель изобретения - увеличение точности измерений и уменьшение их трудоемкости. . 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 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 соединены с другим мерньв4 сосудом и вакуумметром. На фиг.1 показано предлагаемое устройство,общий вид; на фиг.2 вертикальный разрез нижней части наконечника. Устройство состоит из полой штанги 1, наконечника 2, двух мергных сосудов 3, вакуумметра 4,отдрльной трубки 5, распределительного крана 6, разделительного кра«а 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 фильт11 ующей сеткой 16. Устройство работает следующим образом, Наконечник 2 при помопщ штанги 1 вдавливают в грунт до глубины, на которой определяется коэффициент фильтрации. Внутреннюю полость штан ги 1 заливают водой, К гатанге герметически подключают распределитель ный кран 6 посредством его входного патрубка. Отдельную трубку 5 подключают к разделительному крану 7. Мерные сосуды заливают водой. Внутреннюю полость штанги 1 и отдельной трубки 5 заполняют водой и оттуда удаляют 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 между собой. Кроме того, открывается выпускной кран 8. Когда весь воздух из внутренней полости штанги 1 и трубки 3 удален через вьтускной кран 8 и из него начинает течь вода непрерывной струйкой, он закрывается. Напор измеряют вакуумметром 4. Для этого распределительный 6 и разделительный 7 краны переключают в положения, при которых мерные сосуды 3 отключаются от внутренней полости штанги I и отдельной трубки 5 и соединя ются между собой. Когда показание ваку уметра 4 стабилизируется,записывают в личину вакуумного давления. Для измерения инфильтруемогр в грунт расхода воды распределительный 6 и разделительный 7 краны пере ключают в положения, при которых мерные сосуды 3 соединяются между собой и с внутренней полостью штанги 1 и отдельной трубкой 5. Фик сируют время переключения кранов. Для стабилизации фильтрационного по тока до квазистационарного состоя,ния выжидают не менее 10 мин, после чего переключением разделительного крана 7 разъединяют мерные сосуды 3 и измеряют объемы воды W и W. текшие из одного и другого мерных сосу дов Зза определенный интервал времен Коэффициент фильтрации грунта, осредненный по всем направлениям, рассчитывают с применением Аоомулы ь(1-т) Коэффициент Фильтрации грунта по горизонтальному направлению рассчитывают с применением формулы ) Коэффициент фильтрации грунта по вертикальному направлению рассчитывается с применением формулы ч44-)-(.4-ф. 3 (1) и (2) формулах W,|g и Ц. объемы воды, инфильтрированы в грунт через нижнюю плюс верхнюю камеры и средннио камеру соответственно за время t i d - диаметр фильтров наконечника j Гд - вакуумное давление, измеренное вакуумметром,Па, р 1000 кг/м плотность воды, , 9,81 м/с - ускорение земного притяжения, Ьс - вертикальное расстояние от выпускного крана 8 до уровня свободной поверхности воды в мгрных сосудах 3 во время измерения расхода; ti(jj- гидравлические потери напора в отдельной трубке 5, определяемые по расходу с применением характеристики трубы 5, составленной по данным тарировкиJ R - радиус фильтрационного потока в момент измерения расхода, определяемый с применением формулы где cty - уровнепроводность, определяемая по типу грунта и коэффициенту фильтрации К из справочников, t - время с момента переключения распределительного 6 и разделительного 7 кранов после измерения напора до середины интервала измерения расхода. Уровнепроводность а и радиус фильтрационного потока R определяются по предварительно заданной величине коэффициента фильтрации К. Эта величина уточняется несколько раз повтором расчета с применением формул (1) и (4). За базовые для сравнения с предлагаемым берутся устройства для определения коэффициента фильтрации грунта, принятые в качестве аналога и прототипа lj и 2. Для опредвя«яия коэффициента фильтрации ю 1 й1М зонтальному и вертикальному нАя НМшея1гам необходимо исследов« Лааст указанным устройствами да1ШВ|М один раз с одним устройствам для определения коэффициента iMttilitpa tH по горизонтальному наa №a&ntao я второй раз с другим устдаэйстаом для определения коэф$||в01еята фильтрации по вертикаль№в№у нвщ авленюо. Трудоемкость такого исследования очевидна. Базовые устройства уступшот предлагаемому и по точности, так как значительные погрешности измерения подач насосов и контактная фильтрация обусловливают низкую точность устройств для определения коэффи1:р1ента фильтрации

по одному направлению, особенно при определении коэффициента фильтрации слабопроницаемых грунтов.

Предлагаемое устройство может быть применено особенно эффективно для исследования органогенных грунтов, отличаки1р1хся высокой степенью анизотропности фильтрационных свойств по разным направлениям, В таких грунтах коэффициент фильтрации по горизонтальному направлению может отличаться от коэффициента по вертикальному направлению до нескольких десятков или даже сотен раз. Выявление анизотропии фильтрационных свойств грунта имеет большое значение для консолидационных и прочностных расчетов.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ, содержащее полую штангу с наконечнике, разделенньм на отдельные камеры, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерений и уменьшения их трудоемкости, в устройство дополнительно введены два мерных сосуда и вакуумметр, а наконечник разделен двумя радиальными 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 5 полостью штанги и через второй b распределительный кран - с другим мерньм сосудом и вакуумметром.