Способ определения коэффициента фильтрации грунтов зоны аэрации Советский патент 1991 года по МПК E21B49/00 

Изобретение относится к области гидрогеологии.

Цель изобретения - повышение точности определения.

На чертеже приведена схема для осуще ствления способа.

На чертеже приняты обозначения: грунты 1 зоны аэрации, шурф 2, внутреннее кольцо 3, наружное кольцо 4, быстросъемный оголовок 5 кольцевой с патрубком для присоединения водоподающих труб 6, дебито- мер 7, устройство 8 для замера величины напора (давления) воды, направление 9 движения воды под возрастающим давлением, направление 10 движения вод под дном внутреннего кольца под действием капиллярного подсоса.

Для осуществления способа в шурф 2 концентрически устанавливается два разного диаметра кольца 3 и 4 путем задавлива- ния их на определенную глубину в дно шурфа 2. К верхней части внутреннего 3 и

нар/жного 4 колец первоначально присое диняется на герметичной основе быстро сьемный кольцевой оголовок 5. имеющей вверху патрубок с резьбой, к которому присоединяется водоподающая труба 6 дтя подвода под возрастающим давлением воды с последующим фильтрационным просачиванием ее в грунты зоны аэрации и боковым растеканием. Поддействием капиллярного подсоса, усиливаемого возрастающим во времени напором фильтрующейся вниз воды, при наличии с глубиной постепенного сближения диаметрально противоположных точек кольцевого потока поровые воды вытесняют воздух из перового пространства снизу вверх, что обеспечивает полное вытеснение пузырьков воздуха из пор грунтов После появления полного замачивания на поверхности дна шурфа 2, под внутренним кольцом 3, нагнетание воды в водоподводя- щую трубу 6 прекращают и дожидаются

О CJ СА

О

стока воды из нее и оголовка 5 затем снимают оголовок 5 и приступают к проведению опыта по известной технологии с раздельной подачей воды на один и тот же уровень в пространство между внешним и внутренним кольцами и во внутреннее кольцо 3. По окончании опыта расчетным путем определяют коэффициент фильтрации Кф, с использованием значения площади поперечного сечения внутреннего кольца 3 и де- бита воды, проходящей через это сечение.

При наличии сильно высушенных грунтов зоны аэрации и возникновения при этом в них (на поверхности песчаных зеоен) во- доотталкивающих свойств, вызванных эффектом, обуславливающим гистерезис смачивания, дополнительно в дно шурфа 2 заглубляют третье кольцо большего диаметра, чем кольцо 4, присоединяют к верху ко- лец нового и кольца 4 герметично быстросъемный оголовок, аналогичный по конструкции оголовку 5, и подают по присоединенным к обеим оголовкам трубкам воду со всевозрастающим давлением, с более высокими темпами этого возрастания по сравнению с оголовком 5 и в оголовок дополнительный. После полного замачивания дна шурфа под пнутренним кольцом переходят к операциям, описанным выше.

В случае наличия в верхней части фунтов 1 зоны аэрации возможных мелких аномалий фильтрационных свойств этих грунтов, например водоотталкивающих cry- стков песчаноглинистых пород, микротре- щиноватости и т.п., для установления имеются ли такие аномалии заглубляют оба (или три) кольца на глубину пересечения не менее двух разностей грунтов. Затем произ- водят последовательно все операции и приемы, обеспечивающие замачивание грунтов под внутренним кольцом, до начала опыта. После чего снимают оголовок (оголовки) и углубляют дно шурфаа по всей поверхности до достижения нормальной глубины над дном основания колец, отбирают образцы грунта на водно-фильтрационные визуальные и лабораторные наблюдения и исследования, после того проводят по установленной методике опыт по определению необходимых для расчета Кф основных параметров, параллельно определяя по отобранным образцам визуально и лабораторным путем дополнительные данные. По результатам определения вносят необходимые расчетные поправки в определение Кф или же проводят повторные опыты по определению основных гидрогеологических параметров.

Пример Рассмотрим выполнение изобретения с применением третьего дополнительного кольца. За основу берем два стандартных кольца диаметром 500 и 250 мм, высотой 200 мм конструкции Н.С. Нестерова. Третье кольцо может быть расположено снаружи большего по диаметру кольца, между большим и меньшим и внутри меньшего.

Выбираем последний случай из расчета сравнительно небольшой мощности горных пород зоны аэрации, предстатенных супесями и суглинками

Значение коэффициентов фильтрации для этих пород составляет соответственно 0,1-0.5 и 0,01-0,1 м/сут, скорость подъема (продвижения) капиллярных вод при высоте 30-40 см равняется 17-14 и 16 12 см/ч, а при высоте 50- 100см - 9-3,1 и 5 0 2.8 см/ч, наибольшая скорость подъема отмечена при высоте 20-30 гм и составляет 31 17 и 26-16 см/ч.

Внутреннее кольцо рассматриваемого в качестве примера устройства равняется 200 мм среднего 250 мм наружного 500 мм; высота каждого из трех колец 200 мм. Кольца перед началом опыта снабжаются съемным оголовком, разделяющим про- сгранстпо между внутренним и средним кольцами средним и внутренним на две изолированные камеры открытые внизу и содор-мщие в верху патрубки для присоединения подо подающих трубок

Кольца снабженные оголовком задав- ливают в дно специально подготовленного для опыта шурфа на глубину более половины высоты колец для примера 175 мм. За- гем обе камеры заполняются водой, включая присоединяемые к патрубкам водо- подпющиетрубки, соединяемые, в свою очередь с двумя самостоятельными насосными системами, снабженные регуляторами и датчиками напора и дебита

При одинаковой величине напора дебит воды, проходящей через кольцевой зазор между наружным и средним кольцами, в 7,3 раза превышает таковой чере чазор между средним и внутренним При увеличении относительно внутреннего КОЛЬЦРВГО зазора величины напора наружного кольцевого зазора, например, в два раза дебит во внешнем зазоре также увеличивается в два раза и превышает 1,6 раза дебит во внутреннем зазоре; кинетическая энергия первого потока в 29,2 раза превышает кинетическую энергию второго Благодаря этому граница между внутренним и внешним потоками отклоняется в осевом няпраппгш-и Величина отклонения в угловом пнрижгиии достигает полной величины угла ,иш 6° На

внутренней границе внутреннего кольцевого потока этот угол достигнет 9°.

Исходя из последнего, противоположные струи потока (в диаметральном разрезе) сомкнутся согласно расчета на глубине 0,63 м,

С учетом принятых конкретных значений диаметров внутреннего и среднего кольца (200и 250 мм, зазор на сторону 25 мм) и величины заглубления колец (175 мм) максимальная длина капиллярного канала до поверхности земли составляет 200 мм Время полного прохождения капиллярной воды по пути этой длины должно быть несколько больше времени фильтрации воды во внутреннем кольцевом зазоре до полного смыкания противоположных струй (глубина 0,63 м).

Берем в качестве примера фильтрацию воды в суглинках - Кф 0 1 м/сут (фракции 0,01-0,005 мм). Расчетное время фильтра ции для этого случая должно быть (скорость капиллярного движения 0,125 см/ч) не более 5 ч. При гидравлическом уклоне, равном 1, время, необходимое для фильтрации на глубину 0,63 м, составляет не менее 6 сут. Для обеспечения величины не более 5 ч необходимо создать гидравлический уклон соответственно равный Kin м избыточного столба воды Избыточное/пвч f п. поди г зазоре между Hapv-кным и вну кольцами должно пр .вь Шс.ть Т КООР- ни внутреннем зазоре в 1 7 3 ,г пот, полностью исключить в/к1 жи , м,, II еа потока на его границу с uiieimuv; i orot Это соответствует во внешн -т ч- р HI чине избыточного даолени i .

Наращивание давления , , ода поды во внешнем и внутренне - зазс ,j ведут одновременно в нарпст,,,ои4сг-. ге- пе,одо- стижения указанных значен in и 0ыточного столбя воды в первом и втором кгпчце пм зазорах, не допуская резких ко .-баний ,г бита и его увеличения или спадг. и видер «и вая преобладание напора по внеи:ч;м зазоре

После появления замачизл тя по гсой поверхности пнутренкего кольца 01клю ют подачу воды в обе камеры сиг-ловка пе- монтируют водоподающио .рубки л оголовок, открывая тем слмым доступ к дну шурфа между внутренним и наружным ops цами;. углубляют дно шурф внутри вн/i реннего кольца и между вн гренним и средним, а также при большой изменчиво сти литологического состава суглинков по площади между средним и большим остал, ной площади дна шурфа (для изучения характера изменчивости состав а по вертикали) на глубину 0 75 м для изучения

литологической неоднородности пород, степени замачивания и (идрофильности отбирают по меридиональному разрезу образцы пород и направляют их в лабораторию для соответствующих исследований, количество образцов и место их отбора выбирают, исходя из конкретных условий; оборудуют пространство внутрг внутреннего кольца и между внутренним и средним кольцами двумя регуляторами для подачи воды, например, сосудами Мариотта, дно среднего и внутреннего колец покрывают песком или мелким гравием слоем 1-2 см, включают регуляторы и поддерживают во внутреннем кольце и между внутренним и средним высоту слоя воды 10 см; опыт ведут до стабилизации расхода воды через внутреннее кольцо; для повышения точности расчетов рекомендуется осуществлять замеры скорости просачивания по скорости падения уровня в шурфе при отключенном питании на время замеров, для каждого такого замера достаточно снижение уровня на 2-4 см. Существует несколько способов обработки данных наливов в шурфы,основанных на законе Дарси Пренебрегая капиллярным давлением, которое вносит погрешность в определение Кф менее 20%, и принимая в процессе длительной инфильтрации напорный гр Плизкнм к единице коэффициент фильгрэрп можно onptT- пи i ь при известном пас с- потока ипи скорое i и питона по формул ;

Q

Кф

W

где v CKPC -CTL, т -дчиьчнин воды но внутреннем кольче

W площади внутренншс К1л&ца (ппс- щчдь фильтг.ции1

Г1 - стьси зироравшийсн i троцессе HIT на расход оци

Так, в рчс(,г- чтривйемом гоимер-з при

0- 0,003 м3/су; К ь ГПСТР-ИТ 0,095 м/сут.

Формула изобретения Способ оп деленич i o -ффицие.нта Чшьтрации грунтов эо.чь1 аэрации включа- юций фильтрац к, воды с пост: .иным напором через аглубленгые в грунт t онцентрическг расположеннь с- до;) кольца равного диаметра замер расхода воды по внутреннему кольцу и г.тредетение поданным исследования коэффициента фильтрации, отличающийся тем. что, с целью повышения точности определения, перед

1ачалом исследования ведут налив воды с возрастающим во времени нг-поромв зазор между внутренним и внешним кольцами до полного замачивания поверхности грунта ia площади внутреннего ю ibua

Изобретение относится к гидрогеологии. Цель изобретения - повышение точности определения коэффициента фильтрации. Перед началом исследования ведут налив воды с возрастающим во времени напором в зазор между внутренним и внешним кольцами, заглубленными в грунт и концентрично расположенными, до полного замачивания поверхности грунта на площади внутреннего кольца. Осуществляют фильтрацию воды с постоянным напором через оба кольца, замеряют расход воды по внутреннему кольцу и определяют коэффициент фильтрации 1 ил