Способ определения параметра водопроницаемости грунта Советский патент 1993 года по МПК E02D1/00 G01N15/08 

Изобретение относится к технике инженерно-геологических изысканий, в частности, определению фильтрационных характеристик грунтов в зоне аэрации, и может быть использовано перед проектированием зданий и сооружений, возводимых на глинистых грунтах.

Известен способ определения коэффициента влагопроводности лессовых проса- дочных грунтов, согласно которому в грунте вскрывают удлиненный шурф -длинную полосу достаточной ширины в виде канавы, в который наливают воду. Замачивание грунта происходит, при этом, в условиях одномерной фильтрации,которые обеспечиваются большими размерами шурфа. Измеряют количество воды, расходуемой на инфильтрацию в различные моменты

времени, и расчетным путем определяют коэффициент влагопроводности. При изменении литологического состава и плотности грунта по глубине необходимо закладывать новые шурфы до каждого слоя.

Недостатком этого способа является его трудоемкость, связанная с большим объемом земляных работ при выполнении шурфОВ.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ, вклю- чающий отрывку шурфа, устройство совмещенной с ним измерительной скважины, налив в скважину воды, измерение влажности грунта в процессе инфильтрации на различных глубинах во времени и расчет по полученным данным параметра водопроницаемости грунта.

XI

Ю

Os М

4 Недостатком способа является трудоемкость и длительность определения водопроницаемости, особенно, если появляется необходимость определения искомого параметра в пределах значительной толщи слоистых грунтов.

Цель изобретения - снижение трудоемкости и сокращение времени определения параметра, в частности, коэффициента вла- гопроводности, а также повышение точности определения.

Цель достигается тем, что в способе, включающем отрывку шурфа, устройство совмещенной с ним измерительной скважины, налив в скважину воды, измерение влажности грунта в процессе инфильтрации на различных глубинах во времени и расчет по полученным данным искомого параметра, согласно изобретению, измерение влажности на каждой глубине производят до момента ее увеличения, который принимают за момент прихода фронта влаги и замеряют время от начала налива воды до этого момента, при этом, глубины точек замера времени прихода фронта влаги равноудалены друг от друга, а коэффициент влагопро- водности рассчитывают по формуле: .

Az2(V-cos- - DOti -t-2

f , 2 П | + 1ч t|+2( t|+2 -d)-2t|-H

(1)

где AZ - расстояние между точками глубины, м;

ti-и, ti+2 - время переноса фронта влаги от забоя шурфа до соответствующей точки; d - коэффициент, определяемый предварительно по формуле:

п 2 + 1

Wo ( Wn - W0 ) COS

d

2Z

-(2)

W0 - ( Wn - W0 ) cos

где Wn - полная влагоемкость грунта;

Wo - природная (естественная) влажность грунта.

Zi. Zn-1, Zi+2 - глубины замера времени прихода фронта влаги, м, и кроме того, уровень воды в шурфе поддерживают постоянным в течение всего процесса измерений.

На фиг. 1 изображена схема осуществления способа; на фиг. 2 - представлена номограмма для расчета коэффициента d по глубине Z.

Способ осуществляют следующим образом.

На исследуемом конкретном участке Земли до кровли исследуемого слоя грунта открывают шурф 1 (фиг. 1), с забоя которого

на всю глубину исследуемого грунтового массива 2 пробуривают соосную шурфу измерительную скважину 3. В скважину задавливают обсадную трубу 4 с закрытым дном

и размещают в ней зонд 5 влагомера 6. При устройстве скважины необходимо исключить образование зазора между поверхностью трубы и стенкой скважины, по которому могла бы стекать вода, искажающая результаты измерения влажности. По этой же причине устье трубы должно возвышаться над устьем шурфа, В процессе бурения скважины отбирают пробы грунта для определения его плотности и природной

(естественной) влажности. Стенки скважины не должны быть уплотнены буровым инструментом, чтобы не ухудшилась их поглотительная способность. Для защиты от обрушения шурф заполняют дренажным

материалом, например гравием или щебнем с размером частиц не более 20 мм; дренажный материал засыпают после обустройства измерительной скважины. Затем в шурф заливают воду, время начала налива фиксируют, поддерживают уровень воды постоянным и близким поверхности Земли. При этом, в грунтовом массиве ниже забоя шурфа происходит движение свободной влаги вниз вдоль оси скважины. За движением влаги ведут наблюдение с помощью, например, нейтронного измерителя влажности НИВ-2, зонд 5 которого опускают на глубину ZL Скачкообразное увеличение влажности считают моментом прихода

фронта влаги на глубину Zi и фиксируют его ti. Затем зонд 5 опускают на следующую отметку - в точку 2.г и вновь, спустя какое-то время, фиксируют скачок влажности - приход фронта влаги уже на глубину 2.2 и время

t2. Вновь опускают зонд на глубину 2з и фиксируют t3 и т.д. по всей глубине грунтового массива через равные отрезки А.. Число точек измерения не должно быть меньше трех.

После завершения измерений определяют сначала коэффициент d по формуле (2), .Значение d подставляют в формулу (1) для расчета Do. При этом, определяют по справочникам Wp, a WQ измеряют в процессе

бурения измерительной скважины. Причем,

Zi+1, Z н-2 определяют как разность между

моментом скачкообразного увеличения

влажности и моментом начала налива воды.

Расчет коэффициента влагопроводности может быть значительно упрощен, если величину d определять по предварительно выполненной номограмме (фиг. 2), графически интерпретирующей зависимость между полной влагоемкостью, природной влажнотьюи глубиной, т.е. расчетную формулу для оэффициента d,

В процессе измерения времени прихоа влаги какой-либо из замеров может попаать на ночное время, что неудобно. Чтобы 5 этого избежать, можно изменить процесс, а именно: сначала произвольно выбирая точки Z и, соответственно, AZ, произвести измерения времени, построить график t f(Z) затем, выбрать такие значения AZ, равные 10 друг другу, которые бы соответствовали моментам времени, удобным для измерителя. После этой предварительной операции рабочие измерения производить уже через отрезки глубины AZ.15

Пример. Определение коэффициента влагопроводности осуществляли в грунтовых условиях Таджикистана. Основанием площадки для определения являлись пороы с плотностью в сухом состоянии 1,37- 20 1,50т/м38 пределах 15-метровой толщи при природной весовой влажности Wo 0,07, пористостью 0,44-0,49, На площадке с помощью шнека отрыли шурф диаметром 0,6 м и глубиной 2 м, с забоя которого затем 25 прорубили соосную измерительную скважину диаметром 50 м. Скважину обсадили ме; ;. - - . &

. . .

... . зо

таллической трубой диаметром 57 м. Верх трубы выступал над оголовком шурфа на 0,5 м, оголовок имел высоту 0,4 м. Глубина скважины 20 м, измерения проводили до глубины 15 м.. . . . .. .. .. .-.

Воду в шурф подавали непрерывно в течение 13 суток, поддерживая постоянным уровень воды в шурфе. Приход фронта влаги в точки .грунтового массива фиксировали нейтронным измерителем влажности НИВ- 2. Было выполнено шесть измерений, результаты определения приведены в. таблице.

Эффективность предложенного способа по сравнению с прототипом заключается в.повышении точности определения коэффициента влагопроводности, обусловленной более полным учетом условий продвижения влаги в грунте, в частности, действия капиллярных сил,

Кроме того, за один процесс измерений с помощью известных зависимостей могут быть определены, наряду с коэффициентом влагопроводности, и остальные три параметра водопроницаемости грунта - коэффициент фильтрации, водопроницаемости и капиллярности.

Использование; в области инженерно- геологических изысканий. Сущность: способ предусматривает следующие, последовательно выполняемые операции: отрыв шурфа, устройство совмещенной с ним измерительной скважины на всю глубину исследуемой толщи грунта, налив воды в шурф, измерение интервалов времени от начала налива до прихода фронта влаги в разные точки глубины грунта, построение графика зависимости интервалов времени от глубины и расчет коэффициента. Измерения интервалов времени ведут в точках глубины грунта, равноудаленных одна от другой, а для расчета используют формулу зависимости коэффициента влагопроводно- сти от времени прихода фронта влаги на различные отметки глубины, а также от полной влагоемкости и природной влажности грунта. Для упрощения расчетов и замеров времени возможно использование номограммы и графика соответственно. Точность измерений может быть повышена при условии поддержания постоянства уровня воды в шурфе. 1 з.п. ф-лы, 2 ил,, 1 табл. «ppi Ё

- -... : Формула и ,б рГе т е„н,и я

...-. -..jv- 1. Способ определения цара метра водопроницаемости грунта, включающий отрывку шурфа, устройство совмещенной с ним измерительной скважины, налив в скважину воды, измерение влажности грунта в процессе инфильтрации на различных глубинах во вре мени и расчет по полученным данным искомого параметра, отличаю- щ и и с я тем, что, снижения трудоемкости и сокращения времени опреде- ления параметра,1- в частности коэффициента вл зго прЪводности, измерение, влажности й ё: каждой глубине производят до момента ее увеличения, который принимают за момент прихода фронта- влаги, и измеряет время от начала налиЪа воды до этого момента, при этом глубины точек замера времени прихода фронта влаги равноудале ны одна от другой, а коэффициент Do влагопроводности рассчитывают по формуле:

DOAz2(i-

27tl -И П+2

ПЧ-2 (

27Tti + 1

-d)

Пtj-)r2

где AZ - расстояние между точками глубины, м,. .

ti+1, ti+2 - время от начала налива воды до прихода фронта влаги в соответствующую точку 1+1, t+2, мин;

d - коэффициент, определяемый по формуле-....

W0 (Wn-Wo)cos Я 2|+1 A2 Z,

W0 - ( Wn - W0 ) cos

n2. +2 2Z

где Wn - полная влагоемк ость грунта, %;

Wo - природная влажность грунта, %;

Zi, Zi+i, Zi+2 - глубины.замера времени прихода фронта влаги, м..

2, Способно п. 1,отл ича ющийся тем, что, с целью повышения точности определения, уровень зоды в шурфе поддерживают постоянным а течение всего процесса измерений.