Способ определения фильтрационных характеристик горных пород Советский патент 1993 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к способам определения фильтрационных характеристик горных пород и может быть использовано преимущественно в гидрогеологии, экологии, гидротехнике и мелиорации для оценки величины влагопотоков и питания грунтовых вод через зону аэрации.

Цель изобретения - повышение представительности зависимости коэффициента влагопроводности (КВл) от влажности ( W) неполно водонасыщенных горных пород - Квл f(W)

На фиг. 1 показана схема расположения приборов; на фиг.2 - кривые зависимости влажности образца от продолжительности опыта при различных режимах оборотов ротора центрифуги, кривые изменения объема воды, подаваемого в единицу времени в образец: на фиг.З - результаты определений в виде графика зависимости коэффициента влагопроводности от влажности образца.

На роторе 1 центрифуги в патроне-держателе 2, изготовленном из диэлектрического материала, размещается образец породы 3.

В исследуемое сечение образца (на определенном расстоянии от оси ротора) введены штыревые датчики 4, соединенные посредством проводов 5 через токосъемник 6 с влагомером-самописцем 7 с диаграммной записью информации. В патроне-держателе 2, со стороны оси ротора,

00

о о

(А

установлен фильтр 8, примыкающий к образцу породы и сообщенный с центральным каналом 9 вала центрифуги посредством гибкой трубки 10. На верхнем конце вала центрифуги укреплен полый наконечник 11, сопряженный подвижно с центральным каналом дозатора подачи жидкости 12, снабженного мерной трубкой 13. Изменение подачи жидкости дозатором осуществляется иглой 14, перекрывающей центральный канал дозатора и соединенной с корпусом дозатора посредством резьбы. Центрифуга снабжена тахометром самописцем (не показан).

Способ реализуется в следующей последовательности операций.

Для определения режимов числа оборотов ротора центрифуги в.зависимости от типа грунта, глубина его естественного залегания, мощности изучаемой толщи пород зоны аэрации, положения уровня грунтовых вод, задаются величины значений капиллярно-пленочного потенциала ($, необходимые для построения кривой зависимости 1р f (W), например 100; 200; 300 см. и т.д. Из известной формулы

Rf2hЗОО2

h

0-А)

о)

где R - расстояние от оси вращения центрифуги до внешнего края центрифугируемого образца, см;

f - число оборотов ротора центрифуги в минуту; .

h - расстояние пробы грунта центрифугируемого образца от его внешнего края, см;

определяются числа оборотов ротора, при которых производят центрифугирование образца:

f 30oOЈ

h(R-J)

(2)

При R 16 см, h 6 см для указанных значений t/ центрифугирование производят при оборотах ротора центрифуги 338, 480 и 558 об/мин.

При центрифугировании на каждом режиме обороты ротора поддерживают на заданном уровне.

После включения центрифуги поворотом иглы 14 включают подачу воды с минимальным расходом. В процессе центрифугирования ведут наблюдения за влажностью образца по влагомеру 7 и засекают время и уровень воды в мерной трубке

13 в момент начала повышения влажности, в момент наступления постоянной влажности в конце опыта, т.е. в точках а, б, в (см. фиг.2). Продолжительность опыта междуточками б и в принимают равной продолжительности опыта между точками а и б. В конце опыта, т.е. в точке в, поворотом илы 14 увеличивают подачу воды и следующий опыт проводят аналогично вышеописанному. Серию опытов с последующим ступенчатым увлажнением образца завершаютполным насыщением грунта. Последующую серию опытов на том же режиме оборотов ротора осуществляют ступенчатым обезвоживанием полностью насыщенного грунта, сокращая расход подаваемой воды в образец на каждой последующей ступени установившейся влажности образца (Wi; W2;...Wn).

Наступление влажности полного насыщения образца в первой серии опытов (увлажнение) определяют по равенству влажностей в образце в предшествующем и последующем опытах. Во второй серии опытов (обезвоживание) после последовательного уменьшения водоподачи до ступени ее полного прекращения закрытием иглы 14 (q 0) центрифугирование образца завершают после наступления постоянства влажности в образце. Эта постоянная влажность соответствует капиллярно-пленочному потенциалу Щ величина которого определяется числом оборотов данного режима (см. формулы 1,2). Далее центрифугирвоание проводят аналогично

вышеизложенному на следующих выбранных режимах числа оборотов (в нашем примере 480 и 558 об/мин).

Коэффициент влагопроводности (К) оп- 50 ределяется по известной формуле:

Использование: изобретение относится к способам определения фильтрационных характеристик горных пород и может быть использовано преимущественно, в гидрогеологии, гидротехнике, мелиорации для оценки питания грунтовых вод через зону аэрации. Сущность: при центрифугировании на каждом режиме числа оборотов ротора центрифуги проводят серию опытов с различной по величине и постоянной во времени в пределах каждого опыта подачей жидкости в образец породы. Производят замер расхода жидкости при каждом опыте. Первую серию опытов проводят увеличивая в каждом последующем опыте подачу жидкости в образец, до полного насыщения образца жидкостью. Вторую серию проводят, уменьшая в каждом последующем опыте подачу жидкости в образец до достижения в сечении образца влажности, минимальной для данного режима числа ротора центрифуги. 3 ил. ел С

Перед центрифугированием для привязки показаний влагомера определяется влажность образца термостатно-весовым методом. Для этого используется часть ис- пытуемого образца, другая часть образца грунта устанавливается в патрон-держатель 2.

Центрифугирование начинают на режиме минимальных оборотов (338 об/мин).

АР

-S R -f

300Z

(1Пп+1

V

о.-.-Ґ

; (3)

где V - объем воды, подаваемый к образцу в течение времени при постоянной влажности образца, см3;

At - продолжительность поступления воды объема V при постоянной влажности образца, мин;

S - площадь поперечного сечения образца породы, см2;

hi - расстояние от внешнего края центрифугируемого образца до ближайшего электрода, см;

Ah- расстояние между электродами, вводимыми в образец, см;

R - расстояние от оси вращения центрифуги до внешнего края центрифугируемого образца, см.

Вычисленное значение К по результатам опыта привязывают к влажности, зафиксированной в конце опыта.

Фактическую скорость потока влаги V определяется по формуле

-&

(4)

Полученную величину V привязывают к влажности образца в конце опыта W. По полученным значениям строят кривую зависимости V f (W)

Формула изобретения Способ определения фильтрационных характеристик горных пород, включающий центрифугирование образца породы на различных режимах оборотов ротора центрифуги при непрерывном замере влажности в поперечном сечении образца, числа оборотов ротора центрифуги и продолжительностью до наступления постоянной влажности

в поперечном сечении образца при постоянном числе оборотов ротора, отличающийся тем, что, с целью повышения представительности зависимости коэффициента влагопроводности от влажности неполно

водонасыщенной горной породы, при центрифугировании на каждом режиме числа оборотов ротора центрифуги проводят серию опытов с различной по величине и постоянной во времени, в пределах каждого

опыта, подачей жидкости в образец породы и производят замер расхода жидкости при каждом опыте, причем первую серию опытов проводят, увеличивая в каждом последующем опыте подачу жидкости в образец, до

полного насыщения образца жидкостью, а вторую серию проводят, уменьшая в каждом последующем опыте подачу жидкости в образец, до достижения в сечении образца влажности, минимальной для данного режима числа ротора центрифуги.

v -f w