СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ
Заявлено 1 июня 1940г. за Л 33503 в Комитет по делам геологии при Совнаркоме СССР
Изобретение относится к способам проведения гидрогеологических исследований по определению коэффициента фильтрации грунтового потока при соответствующих откачках воды и замеров ее поступления. Согласно предложенному способу откачку производят из нескольких (четырех) скважин, соединив скважины попарно сифонными трубками. Способ такого скоростного определения фильтрационных свойств грунтов применим в тех случаях, когда уровень грунтовых вод залегает на глубине до 8 л от поверхности или забоя открытой выработки.
На фиг. 1 и 2 изображены схемы фильтров; на фиг. 3 и 4 - диаг; раммы; на фиг. 5 - схема прибора для определения коэффициентов фильтрации по предлагае.мому способу.
В основу способа положены следующие теоретические предпосылки.
При ламинарном движении фильтрационного потока по формуле:
имеет место зависимость:
где Р2--Р - разность потенциалов на длине L в см;
q - расход воды, проходящей через сечение / в R - гидравлическое сопротивление грунта на длине L участка при сечении / и коэффициента фильтрации К, т. е.
Ввиду того, что поток распространяется от скважины радиально, площадь сечения его увеличивается быстрее, чем длина и величина гидравлического сопротивления среды грунта, окружающего фильтр, стремится к определенному пределу. Величину этого предела можно определить математически. Для этой цели представим себе сферический ИССЛЕДОВАНИЙ
()
P2-Pi gR .(2)
(3)
№ 62739
фильтр радиусом г (фиг. 1), находящийся в однородном грунте. Если путем налива воды в этот фильтр повысить его пьезометрический потенциал со статического уровня Pj до динамического уровня PZ, то вода, выходя через фильтр в окружающую его среду, будет преодолевать некоторое гидравлическое сопротивление У, (внутреннее). Гидравлическое сопротивление элементарного слоя грунта толщиной dr, окружающего сферический фильтр радиусом / и имеющего площадь 4яН будет по формуле (3):
dR,аJ1р
. --1 - (5)
Jr r:k J Г
В действительности обычно имеется цилиндрический фильтр (фиг. 2) длиною / сантиметров и диаметром d санти.метров с нлощадью, равной яй/.
При равенстве площади определяется радиус фильтра:
---Jl/ (6)
откуда при замене г в формуле (5) через его значение, получается:
К,---,-(7)
Р,-Р,Я Таким образом, коэффициент фильтрации равен:
К -- см/сек(8)
/-/ 2i/rf/
пли, обозначая через А постоянный коэффициент,
А ; , получим -- см/сек(9)
2T7j/rf/Н
Практически для определения К. достаточно забить в грунт по типу абиссинского колодца щтекфильтр, представляющий собою щтангу диа етром d сантиметров, имеющую в нижнем конце перфорацию на длине / сантиметров и затянутую сеткой. Для облегчения забивания штекфильтра в грунт конец его снабжается острием. Такой щтекфильтр может быть забит в зернистый грунт с помощью полой бабы на глубину 5-6 м. В этот штекфильтр производится налив воды из бачка, помещенного на высоте 1,5-2 м над устьем щтекфильтра, через резиновую трубку, снабженную для регулирования краником или винтовым зажимом.
Динамический уровень, т. е. величина Я определяется с помощью пневмобарометрического указателя, представляющего собою V-образную стеклянную трубку, заполненную подкращенной водой. Питаяие воздухом такого указателя Г1рои33одится из баллона, например, резиновой камеры или подушки При сравнительно небольшом расходе динамический уровень устанавливается очень быстро (2-3 мин). Когда уровень стабилизировался (Я 10-20 см), расход q может быть определен, если струю воды, которая подавалась в щтекфильтр, направить в мензурку и замерить время по секундомеру. (4)
4-А г
2-/Cj-,7r
определения в одной точке должно затрачиваться времени не более 10 мин, что позволяет получить данные о коэффициенте фильтрации в нескольких точках исследуемой толщи. Постепенным углублением штекфильтра в грунт можно определить К в песках до глубины 5-8 мВ ряде случаев при гидрогеологических изысканиях необходимо скоростное определение элементов грунтового потока по открытым выработкам. В этом случае может быть применен метод четырех штекбильтров или скважин, имеющих одинаковые приемные поверхности и расположенных по углам квадрата. Штекфильтры (скважины) нумеруются по часовой стрелке /, 2, 3 к 4 и соединяются попарно (по диагоналям квадрата) сифонными трубками (резиновыми), обладающими одинаковым гидравлическим сопротивлением. Расход воды q, протекающей по сифонным трубкам от штекфильтра, расположенного выще по потоку, к щтекфильтру, находящемуся ниже (по потоку), измеряется с максимальной точностью. Для больших расходов может быть применен водомер, а для малых расходов метод запуска индикатора (краски или электролита) с последующим замером времени прохождения пндикатором мерного участка.
Для вычисления азимута определяется азимут р направления линии 1-3 на месте (фиг. 3).
При этомU 90°- т - f,(10)
где .(И)
И - расход воды в сифонных трубках (индекс означает направление, 3 котором двигалась вода во время опыта).
Для определения гидравлического уклона / штекфильтры (скважины) соединяют другой парой сифонных трубок, обладающих гидравлическим сопротивлением К, отличным от гидравлического сопротивления R, которым обладали трубки в первом опыте.
При этом по трубкам потечет новый расход q. Деля расходы qi и q, протекавшие по одному из направлений (1-3 или 2-4), на cos. получим расходы воды, которые протекали бы по сифонным трубкам, если бы их направление совпадало с направлением грунтового потока:
Далее по оси абсцисс (фиг. 4) откладываются в масштабе расходы 7 и 1 и из концов отрезков- q и qi восстанавливаются ординаты, соответствующие в масщтабе произведениям qR и qiRi. Соединяя концы этих ординат прямой линией, продолженной до пересечения с осями координат, мы отсечем на оси ординат отрезок х, выражающий в масштабе разность напоров в двух штекфильтрах, расположенных на расстоянии L сантиметров один от другого.
Отсюда/ - .(14)
причем величина L замеряется во время опыта.
Абсцисса qo соответствует расходу воды в сифонной трубке при ее гидравлическом сопротивлении 0. Из диаграммы видно, что, если сопротивление трубки будет равно двойному сопротивлению грунта, окружающего щтекфильтр Ry , то по трубе потечет расход ,
- 3 -№ 62739
(12)
cos 7
№ 62739- 4 т. е. 2R,(15)
Величина гидравлического сопротивления грунта, выражение которой представлено формулой (7), берется удвоенной ввиду того, что дважды преодолевает сопротивление грунта, входя в один штекфильтр и выходя из другого.
По формуле (15) представляется возможным определить численное значение величины 7 и, подставив его :s формулу (7), получить выражение
,,,r («)
илил---- -:- с Ml се К(17}
Численные значения гидравлического уклона и коэффициента фильтрации могут быть определены и без графических построений на основании замеров расходов q и q по следующим формулам, которые легко выводятся из подобия треугольников диаграммы
/ -q.JR.(18
L (q-q,)
2A(q-{7,.,..
иК см/сек(19)
q,R,qR
Прибор, предназначаемый для работ на открытых выработках (фиг. 5), представляет собою панель, на которой размещены две пары сифонных трубок, имеющих попарно одинаковые гидравлические сопротивления R и RI. Открытием или закрытием краников представляется воздтожным направлять воду по той или иной паре сифонных трубок. Сифонные трубки оканчиваются улавливателями воздуха, присоединенными к резиновым шлангам, которые и опускаются в щтекфильтры до уровня грунтовой воды. После заполнения всей системы вода будет двигаться по сифонным трубкам от высшего потенциала к низшему.
Сифонные трубки в верхней части снабжены пипетками, лри нажатии которых в струю воды впрыскивается краска-индикатор, что и дает возможность, зная сечение трубок, определять расход д по скорости движения краски.
Предмет изобретения
Способ проведения гидрогеологических исследований путем откачки из ряда скважин, отличающийся тем, что означенную откачку осуществляют попарным соединением скважин сифонными трубками.
. фиН lГ-ГГ . Ф to
фиг2 г/фигЗ
фиг5
