Способ определения фильтрационных характеристик грунта Советский патент 1992 года по МПК G01N15/08 

ч

Ё

Использование: инженерно-геологические исследования грунтов, в частности, при сооружении насыпных плотин. Сущность изобретения: способ включает бурение скважин, установку в них на различных уровнях датчиков порового давления и осадочных марок, нагружение поверхности грунта насыпью, измерение порового давления и послойных осадок грунта. При бурении скважин отбирают пробы грунта, по которым в лабораторных условиях определяют его пористость и коэффициент сжимаемости поровой воды, а коэф- фициент фильтрации определяют по конечно-разностной формуле. 1 ил.

Изобретение относится к инженерно- геологическим исследованиям, в частности к определению фильтрационных характеристик грунтов при сооружении насыпных плотин.

Известен способ определения коэффициента фильтрации, включающий бурение скважины, установку стакана на забое скважины при помощи штанги, которая противо- положным концом присоединяется к домкрату. Через домкрат на стакан подают давление, внедряют стакан в массив грунта. После уплотнения грунта в стакане к нему прикладывают гидростатическое давление, при этом фиксируют.изменение приложенного гидростатического давления датчиками порового давления и по скорости его изменения определяют коэффициент фильтрации грунта.

Известен также способ определения фильтрационных характеристик грунта под

насыпями, основанный на замерах порового давления посадок. Датчики порового давления и осадок помещены в предварительно пробуренные скважины. Нагрузка на грунт увеличивается с земной поверхности ступенчато. Расчет коэффициента фильтрации производится по разностной формуле.

Недостатком этого способа является низкая точность определения коэффициента фильтрации грунта, обусловленная неучетом коэффициента сжимаемости поровой воды, что особенно сказывается при значительном газонасыщении поровых вод.

Целью изобретения является повышение точности определения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения фильтрационных характеристик грунта, включающем бурение скважин, установку в них на различных уровнях датчиков порового давления и осадочных марок, нагружение поверхности

VI VI V|

1

грунта насыпью, измерение перового давления и послойных осадок грунта, при бурении скважин отбирают пробы грунта, по которым в лабораторных условиях определяют его пористость и коэффициент сжимаемости поровой воды, а коэффициент фильтрации определяют по формуле

t, -Н(«Я + 1 -Sgjt-Qi-jfru + i -Зч.)-1}K(h. -l-hj-f i).Л -Ч- - - -i Цц-и.1.|-1

cr-r:h, j

где Kj.t2 - коэффициент фильтрации грунта в j-й точке в момент времени ts; у- удельный вес воды;

St2,j - осадка грунта в j-й точке в момент времени t2,

Ut2,j - поровое давление в j-й точке в момент времени t2;

hj - расстояние между осадочными марками j-й и )-й;

m - коэффициент сжимаемости поровой воды;

п - пористость грунта;

j - индекс, обозначающий положение измерительного устройства;

ti,t2 - время;

At - разность времени между измерениями.

На чертеже изображено размещение основных элементов способа определения фильтрационных характеристик грунта: 1 - датчики порового давления; 2 - регистрирующая аппаратура; 3 - скважины; 4 - глубинные марки; 5 - датчик регистрации положения глубинных марок; 6 - диэлектрическая трубка; 7 - мерная лента; 8 - шкала-нониус для определения положения глубинной марки; 9 - нагрузка в виде насыпи.

Способ состоит в выполнении следующих операций:

М п + 2,

где N - количество датчиков порового давления;

п - количество точек, в которых определяют коэффициент фильтрации.

сжимаемости поровой воды.

5 Устанавливают глубинные марки по высоте снизу вверх при помощи устройства установки марок. Количество устанавливаемых марок равно числу датчиков порового

0 давления. Глубина установки глубинных марок равна глубине установки датчиков порового давления.

5 близкий к модулю деформации исследуемого грунта. Это обеспечивает одинаковые деформации исследуемого грунта и раствора, заполняющего скважину, что уменьшает погрешность измерения деформации грунтов

0 основания.

0 9. По глубинным маркам определяют осадки каждого слоя грунта при каждой ступени нагрузки в те же моменты времени, в которые производили измерение порового давления.

давления, фиксируемого по датчикам порового давления, и по скорости нарастания осадки слоя грунта, фиксируемой по глубинным маркам, определяют коэффициент фильтрации в

0 j-x точках грунта по формуле (1),

5 изменение по глубине и во времени для каждой ступени нагрузки.

Бурение первой скважины (для датчиков порового давления) проводилось на глубину 18 м. Исходя из геологии основания

0 сооружена .датчики порового давления были установлены на глубинах 6,45 м; 7,44 м;

м; 14,5 м; 15,8 м: 18,5 м. Обе скважинм тампонировались вынутым при бурении скважин грунтом. Пригрузка была выполнена в виде песчаной насыпи. Отсыпка пригру- зочной насыпи велась в три этапа: 0,015

МПа; 0,053 МПа; 0,073 МПа. По датчикам норового давления замерялось поровое давление до отсыпки пригрузочной насыпи и в процессе нагружения. По глубинным маркам определялись осадки грунтов в различ- ных точках основания, При этом принималось, что нижняя марка находится в несжимаемом слое и не перемещается. Величина осадки в каждой точке определялась относительно положения нижней мар- ки по перемещениям глубинных марок. При исследовании вынутого при бурении грунта было обнаружено, что пористость в относительных единицах составляет 0,435, а коэффициент относительной сжимаемости воды равен 4 10 А . Результаты испытаний по определению фильтрационных характеристик грунта в качестве примера приведены для одной точки в моменты приложения разных ступеней нагрузки в таблице.

Формула изобретения Способ определения фильтрационных характеристик грунта, включающий бурение скважин, установку в них на различных уровнях датчиков порового давления и оса- дочных марок, нагружение поверхности грунта насыпью, измерение порового давления и послойных осадок грунта, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности определения, при бурении скважин отбирают пробы грунта, по которым в лабораторных условиях определяют его пористость и коэффициент сжимаемости поро- вой воды, а коэффициент фильтрации определяют по формуле

к, ч . H(saj + + ) -(SMJ +1 - Snj - i)Khi + ьи О L-ЬОН

ij +1 - Ui,j DHJ - Unj-Vj

(4 + 1

hi

- ™(U;j - Ui,j)n OVMii + 0 1

где Kj,t2 коэффициент фильтрации грунта 8 j-й точке в момент времени t2;

у- удельный вес воды;

St2,j - осадка грунта в J-й точке в момент времени т.2:

Ut2,j - поровое давление в j-й точке в момент времени t2;

hj - расстояние между осадочными марками J-1 и (j-1)-n;

m - коэффициент сжимаемости поровой воды;

п - пористость грунта;

j - индекс, обозначающий положение измерительного устройства;

ti,t2 - время;

Ас - разность времени между измерениями.