Способ определения коэффициента фильтрации пород Советский патент 1981 года по МПК G01N15/08 E02D1/02 

t

Изобретение относится к области инженерно-геологических изысканий и может быть использовано для определения фильтрационных свойств пород.

Известен способ определения водо-1 проницаемости ненасыщенных грунтов с помощью инфильтрации воды из шурфа . заключающийся в наливе воды через дно зумпфа, ограниченного кольцевой обоймой 13. К основным недостаткам данного способа относятся неопределенность фигуры растекания воды в слабопроницаемых породах, фильтра- ция под действием капиллярных сил, в связи с чем применение этого метода ограничено и возможно в тех случаях , когда требуется лишь приближенное определение коэффициента фильтраЦ1 и в песчаных и трещиноватых породах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагае1Яому изобретению является способ определения фильтргщионных napaNieTpOB, носящий название метода Нестерова, который является усовершенствованием ранее описанного способа и предназначается для использования в слабопроницаемых породах, особенно в покровных суглинках и лессах

со столбчатой структурой, когда преобладает вертикальная составляющая фильтрации 2.

При проведении опыта по методу Нестерова в спланированное дно шурфа, концентрично вдавливают два стальных цилиндра высотой около 20 см, один вдвое меньше другого по диаметру. В оба цилиндра наливают воду слоем

10 10 см и поддерживают на одном уровне в течение всего опыта с помощью двух опрокинутых сосудов Маризтта или другим способом. По снижению уровней в сосудах Мариэтта производится регист15рация объемов (расхода) просочившей- ся воды во времени. Опыт продолжается до стабилизации расхода воды. Предполагается, что вода из внешнего кольца расходуется на просачивание, боко20вое растекание и капиллярное всасывание. Вода из внутреннего цилиндра идет главным образом на инфильтрацию в вертикальном направлении, что позволяет принять поперечное сечение ин25фильтрационного потока равным поперечному сечению внутреннего цилиндра.

Коэффициент фильтрации рассчитывают по формуле

(1)

30 где li ф - коэффициент фильтрации,м/сут ft - расход вод/а, просочившейся из внутреннего цилиндра, мусут, iiu -f2 + H градиент напора капиллярное давление, м вод. ст.; глубина просачивания, м; И - высота слоя воды над поверхностью грунта, м; . (х) - площадь поперечного сечения внутреннего цилиндра,м Недостатками известного способа являются непрерывное заиление поверх ности породы с нестабильной структурой (например, лессов); и формирование экранирующего слоя (наилка) с резко заниженными фильтрационными свойствами по отношению к массиву по род. Следствием накопления наилка явля ется плавное снижение инфильтрационного расхода, принимаемое за проявле ние неустановившегося режима инфильт рации. Поэтому длительность опыта возрастает, а точность определения коэффициента фильтрации снижается, так установившийся расход опреде ляется не свойствами массива, а сопротивлением экранирующего слоя (наилка). Начальный период опыта,ког да влияние наилка незначительно, не может считаться представительным,так как нет доказательств, что стационар ный режим инфильтрации наступил. Целью предлагаемого изобретения является повышение точности исследования. Цель достигается тем, что в спосо бе определения водопроницаемости пород, заключаю;дийся в наливе воды в концентрические инфильтрометры и измерении стабилизировавшегося расхода и напора просочившейся воды, после стабилизации расхода, налив воды пре кращают и удаляют поверхностный экра нирующий слой породы, затем налив продолжают до начала устойчивого сни жения расхода, а коэффициент фильтра ции определяют по данным опыта, полу ченным после удаления экранирующего слоя и до наступления устойчивого снижения расхода воды. Реализация способа заключается в следующем. Организуют опытный налив в шурфе по методу Нестерова и производят на блюдения за расходом воды, просочив шейся в породу при постоянном слое воды на площйди внутреннего цилиндра. После стабилизации расхода прои водят кратковременное прекращение налива и удаляют поверхностный слой породы вместе с гравийно-галечным .защитным слоем. Затем присыпку восстанавливают и продолжают налив до стойчивого снижения расхода, связаного с формированием очередного экраирующего слоя. Расчет коэффициента ильтрации производят по соотношению асхода, градиента напоров и площади ечения внутреннего цилиндра на стаии опыта после остановки и до натупления устойчивого снижения расхоа по формуле .. 2) де -3. - установившийся расход просочившейся воды после остановки налива и удаления экранирующего слоя. 5 15:11 Z- глубина просачивания за весь период опыта, включающий стадии до остановки и после нее, м. Другие обозначения те же, что и в формуле (1). Мощность удаляемого экранирующего слоя зависит от многих факторов (например, минералогического состава, характера структурных связей, соотношения легкорастворимьох и труднорастворимых солей и др.) и для каждого ; генетического типа породы должна определяться опытным путем на ключевых участках. Примером, иллюстрирующим влияния наилка на результаты опыта, может служить опытный налив в шур(Ъ по методу Нестерова, организованный в лессовидных верхнечетвертичных суглинках на. участке Курпского водохранилища на р.Терек в 1978 г. Основные материалы опытного нашива приведены на фиг. 1. Медленное снижение расхода в течение первых 59-60 ч налива указывает на увеличение фильтрационного сопротивления поверхностного экранирующего слоя, формирующегося за счет размокания лессов на контакте водагрунт . После удаления экранирующего слоя пород мощностью 3-4 см расход воды восстанавливается от 0,14 м/сут (0,1 л/мин) до величины 0,36 . -При этом коэффициент фильтрации увеличился от 0,7 до 1,8 м/сут., т.е. почти в 2,5 раза. Наблюдение за расходами до и после устранения экранирующего слоя в частности указывает на то, что просадочного уплотнения лессов за время опыта не произошло. Результаты физикохимического анализа йоказывают, что пористость, объемный вес скелета и др. показатели практически не изменились. Для расчета бьала применена упрощенная формула К --тигв которой градиент напора принят равным единице ввиду того, что 2. i( ; Ч (см. обозначения к формулам 1, 2),. Эффективность способа заключается в повышении точности определения во;допроницаёмости пород, с нестабильной при увлажнении структурой, которая позволит обеспечить большую надежность работы проектируемых гидротехнических сооружений и в ряде случаев снизит затраты на их стррительство.

Формула изобретения

Способ определения коэффициента фильтрации пород, включающий налив воды в концентрические инфильтрометры и измерение стабилизирующего

расхода и напора просочившейся воды, отличающийся тем, что, с целью повьвиения точности исследований, после стабилизации расхода, налив прекращают и удаляют поверхностный экранирующий слой порода),затем налив продолжают до начала устойчивого снижения расхода а коэффициент фильтрации рассчитывают по данным опыта, полученным после удаления экранирующего слоя и до наступления

0 устойчивого снижения расхода воды.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Бочевер Ф.М. и др. Основы гидрогеологических расчетов. Изд. Недра,

5 М., 1969, с, 294-295.

2.Бочевер Ф.М. и др. Основы гидрогеологических расчетов. Изд. Недра, М., 1969, с. 295-297 (прототип).