Способ определения коэффициента фильтрации грунтового противофильтрационного экрана Советский патент 1991 года по МПК E02B3/16 

Изобретение относится к исследованию водонепроницаемости сооружаемых грунтовых противофильтрационных экранов (из естественных или техногенных грунтов).

Цель изобретения - повышение точности определения начального градиента напора и коэффициента фильтрации грунтового экрана, а также уменьшение трудоемкости проведения опытов.

На фиг.1 показана технология вырезки целиков грунтового экрана; на фиг.2 - схема установки по определению коэффициента фильтруемого грунтового экрана.

Способ осуществляют н следующем порядке.

На горизонтально спланированной площадке сооружается дренажный слой 1 толщиной 10-20 см. Грунт, используемый для дренажа дсГлжен иметь значение коэффициента фильтрации минимум на порядок больше, -чем у грунта экрана,и грансостав, исключающий большую степень кольматацйи грунтов экрана в дренажный грунт (возможен вариант и двухслойного дренажа). При сооружении экрана на дренажном слое изготавливать специальную площадку нет необходимости. В этом случае определение коэффициента фильтрации производится на любом фрагменте экрана с последующей статистической обработкой полученных результатов.

На дренажный слой 1 площадки укладывается грунт 2 для экрана по технологии, идентичной с проектной технологией сооружения экрана. Затем на площадке из экранного грунта 2 вырезаются вертикальные цилиндры-целики 3 диаметром, равным внутреннему диаметру обсадных фильтрационных труб-пьезометров. Технология вырезки цилиндров целиков следующая (фиг.I). Выкапывается круговая трантея А до дренажного слоя. Трантея выкапывается таким образом, чтобы в центре ее

5

0

5

0

5

0

5

0

5

остался целик грунта экрана в форме усеченного конуса, диаметр верхнего основания которого больше внутреннего диаметра обсадной трубы на 3-5 CMfl а диаметр нижнего основания - на 20- 30 см.

Затем над целиком на тросе 5, закрепленным за треногу 6, подвешивается обсадная труба-пьезометр 7 (фиг.1). Вертикальность ее подвески контролируется с помощью двух уровней, установленных на специальных площадках, перпендикулярных к оси трубы. Труба выполняет роль пабло- на, с помощью которого аккуратно вырезается маленькими пилками-ножовками грунтовый цилиндр. По мере вырезания цилиндра 3 труба 7 опускается на него (по принципу опускного колодца) . Вырезка грунтового цилиндра 7 продолжается до тех пор, пока нижний терец трубы 7 треугольной формы не опустьтся на поверхность дренажного слоя 1.

Затем крышка трубы снимается, уточняется высота грунтового цилиндра (1). Производится герметизация пристенного пространства трубы с помощью заливки по внутренней стенке трубы суспензии из более мелкодисперсного грунта, чем грунт экрана. При окончании герметизации горизонтальная поверхность целика очищается от суспензии и покрывается слоем крупнозернистого песка толщиной I см для защиты от хольмата- жа взвешенными в фильтрующей жидкости частицами. Изготавливаются три целика разных диаметров для насадки разных по диаметру фильтрационных труб-пьезометров (41 30 и 25 см). Впоследствии определение коэффициента фильтрации проводится параллель- но на трех трубах, чтобы зафиксировать качество герметизации пристенного пространства и наличие большого количества защемленного воздуха. Далее в трубу тонкой струей с небольшой высоты (для предотвращения от размыва поверхности экрана) наливается

слой реально фильтрующей жидкости до уровня фланцев. Далее на трубу надевается крышка 8 конусного сечения (конусная форма дает уменьшение скапливания под крышкой воздуха), которая герметически стыкуется с фланцами трубы через резиновую прокладку 9 и закрепляется болтами 10. На крышку через герметичный переходник монтируется стеклянная трубка-пьезометр 11 диаметром 0,6 см с металлической линейкой (фиг.2). Затем уровень жидкости поднимается путем налива ее через воронку 12 в пьезометр 11. Возду выпускается через кран 13, который закрывается при достижении максимального уровня в пьезометрической трубке.

Труба тщательно термоизолируется помощью оболочки (например,поролоновой) , изготовленной из материалов незначительной теплопроводности, для поддержания стабильной температуры фильтрующей жидкости, так как изменение температуры жидкости изменяет ее объем, что может исказить замеряемые напоры и расходы.

Для контроля за температурой жидкости в крышку трубы герметически монтируется термометр 14, опущенный в фильтрующую жидкость. Сам термометр также термоиэолируется.

С момента заливки целика жидкостью начинаются процессы впитывания и фильтрации жидкости в грунтовый целик. Для регистрации окончания процесса впитывания (с сохранением лишь одного процесса фильтрации) определяется скорость движения жидкости в грунтовом целике. При стабилизации скорости проникновения жидкости чере грунтовый экран при одних и тех же уровнях жидкости в пьезометре можно считать, что процесс впитывания жидкости в грунт закончился и продолжается лишь один процесс - процесс фильтрации - движения воды в порах грунта под действием гравитационных сил.

Скорость фильтрации (V) определяется по формуле

v ()5l(VV.

где d - внутренний диаметр трубки- пьезометра;

D - внутренний диаметр обсадной трубы;

0

h - высота столба жидкости от основания целика до уровня жидкости в пьезометре в момент времени t,;

h - высота столба жидкости, соответствующая уровню жидкости в пьезометре в момент времени t.

При опускании уровня до h, жидкость

снова наливается в трубку до уровня h , фиксируется время t и t-« Данные по вычисленным скоростям проникновения жидкости в грунтовый цилиндр записываются в журнал и анализируются.

Параллельно проводятся аналогичные измерения и вычисления скорости проникновения жидкости в грунт в трубках-пьезометрах других диаметров. При качественном кольматаже пристенного пространства скорости проникновения жидкости в целиках разных диаметров должны быть близки по значе5 нию (отличаться не более, чем На 10%).

При стабилизации скорости проникновения жидкости в грунтовый целик приступают к замерам, по которым вы0 числяется кочффидирнт фильтрации. Замеры ведутся при разных градиентах г напора. Наличие дренажного елся в нижней плоскости грунтового ц лнка- цилиндра дает точное значение давления на уровне контакта экрана-дренажа, близкое по значению к атмосферному давлению, что позволяет точно вычислить напоры и напорные град енты так как направление фильтрации, плоЈ щадь, через которую происходит фильтрация, также точно известны.

Замеряются уровни воды в трубке - пьезометре h, в момент времени t, и hj в момент -времени t температура

5 фильтрующей жидкости Т. Коэффициент фильтрации, приведенный к температуре жидкости 410 С, определяется по формуле

5

К

о

&tЈ

ln

h i

;

где А -Е1

(1 - высота грантового

5

it

Јцилиндра-целика;

л температурная поправка,

0,7+0,03 Т.

К

Вычисленные значения К 0 для целиков разного диаметра и при разных

градиентах напора не должны значительно отличаться друг от друга.

При определении водопроницаемости очень мелкодисперсных грунтовых экранов (типа жирных глин) значение стабилизированной скорости проникновения жидкости через грунт может быть близкой к нулю, что характеризует для данного грунта наличие начального градиента напора (вследствие значительных по величине внутренних сил в грунте, превосходящих гравитационные силы для данного веса столба жидкости). Поэтому в этом случае необходимо перейти к монтажу устройства, обеспечивающего более , значительные градиенты напора. Это устройство фиг.2) состоит из распределительного бачка 15 с жидкостью (ресивера-волюметра), соединенного с баллоном 16 со сжа-гым воздухом. Напор регистрируется с помощью манометра 17, вмонтированного в ресивер, а объем профильтровавшейся жидкости - при помощи стеклянного сектора со шкалой, вмонтированного в стенку ресивера,.. Коэффициент фильтрации в этом случае определяется по формуле

„40 h-7

. к.

где Q - объем жидкости, прошедшей через ресивер в интервал времени между t и t2, см ; At - t,-ta;

D - внутренний диаметр трубы-обсадки, см;

h - напор, зафиксированный на

манометре ресивера в момент времени t4, см. вод.ст.;

Ьг - напор, зафиксированный в моЛ

мент t г;

С - температурная поправка, Для определения плотности экранного грунта по окончании опыта произ- водится распиливание целика по плоскости его соприкосновения с дренажным слоем. Труба вместе с экранным грунтом взвешивается на весах (типа почтово-багажных). Вес трубы без грунта определяется до опыта. Объем грунта известен. Средняя влажность определяется путем отбора проб по высоте цилиндра-целика. Плотность су- хого грунта определяется по известной зависимости. По значениям влажности и пористости грунта можно судить о степени заполнения пор грунта защемленным воздухом.

20

Формула изобретения

Способ определения коэффициента фильтрации грунтового противофильтрационного экрана, включающий налив на поверхность грунта ненарушенной структуры натурной фильтрующей жидкости и определение ее стабилизированного расхода и градиентов напора, о т л и чающийся тем, что, с целью

повышения точности определения начального градиента напора и коэффициента фильтрации грунтового экрана, а также уменьшения трудоемкости проведения опытов, под экраном сооружают дренажный слой, налив фильтрующей жидкости производят на поверхность изготавливаемого из экранного слоя цилиндрического целика, герметизированного с

помощью надетой на него трубы-пьезо-

метра, а определение градиента напора производят путем прямого замера напора на поверхности целика.

Изобретение предназначено для исследования водопроницаемости сооружаемых грунтовых противофильтрацион- . ных экранов. Цель изобретения - по- вышение точности определения начальюго градиента напора и коэффициента фильтрации грунтового экрана, а также уменьшение трудоемкости проведения опытов. На горизонтально спланированной площадке сооружается дренажный слой . На слой I укладывают

Составитель С.Лобарев Редактор Л.Зайцева Техред Л.Олийнык Корректор С.Шекмар

Заказ 262

Тираж 378

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Фиг. 2

Подписное