Способ определения коэффициента фильтрации грунтов зоны аэрации

 

Изобретение относится к гидрогеологии . Цель изобретения - повышение точности определения коэффициента фильтрации. Перед началом исследования ведут налив воды с возрастающим во времени напором в зазор между внутренним и внешним кольцами, заглубленными в грунт и концентрично расположенными, до полного замачивания поверхности грунта на площади внутреннего кольца. Осуществляют фильтрацию воды с постоянным напором через оба кольца, замеряют расход воды по внутреннему кольцу и определяют коэффициент фильтрации 1 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)s Е 21 В 49/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ © (гд ,(д (21) 4641936/03 (22) 29,11.88 (46) 07.03.91, Бюл. ¹ 9 (71) Пермский государственный университет им. А.М, Горького (72) Ю.В, Архидьяконских, В.В.Молчанова, Е.А. Кондрашина и Г.А. Гостева (53) 553.98(088.8) (56) Клименов П.П., Конопов В.M. Методика гидрогеологических исследований, — М.; Высшая школа, 1978. с, 140 — 142. (54) С П О С О Б ОПРЕДЕЛЕНИЯ К О Э Ф Ф ИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ГРУНТОВ ЗОНЫ

АЭРАЦИИ

Изобретение относится к области гидрогеологии.

Цель изобретения — повышение точности определения.

На чертеже приведена схема для осуществления способа.

На чертеже приняты обозначения: грунты 1 эоны аэрации, шурф 2, внутреннее кольцо 3, наружное кольцо 4, быстросъемный оголовок 5 кольцевой с патрубком для присоединения водоподающих труб 6, дебитомер 7, устройство 8 для замера величины напора (давления) воды, направление 9 движения воды под возрастающим давлением, направление 10 движения вод под дном внутреннего кольца под действием капиллярного подсоса.

Для осуществления способа в шурф 2 концентрически устанавливается два разного диаметра кольца 3 и 4 путем задавливания их на определенную глубину в дно шурфа 2. К верхней части внутреннего 3 и

„„. Ж„„1633107 А1 (57) Изобретение относится к гидрогеологии. Цель изобретения — повышение точности определения коэффициента фильтрации, Перед началом исследования ведут налив воды с возрастающим во времени напором в зазор между внутренним и внешним кольцами, эаглубленными в грунт и концентрично расположенными, до полного эамачивания поверхности грунта на площади внутреннего кольца. Осуществляют фильтрацию воды с постоянным напором через оба кольца. замеряют расход воды по внутреннему кольцу и определяют коэффициент фильтрации. 1 ил. наружного 4 колец первоначально присоединяется на герметичной основе быстросьемный кольцевой оголовок 5, имеющ и вверху патрубок с резьбой, к которому присоединяется водоподэющая труба 6 для подвода под возрастающим давлением воды с последующим фильтрационным просачиванием ее в грунты эоны аэрации и боковым растеканием. Поддействием капиллярного подсоса, усиливаемого возрастающим во времени напором фильтрующейся вниз воды, при наличии с глубиной постепенного сближения диаметрально противоположных точек кольцевого потока поровые воды вытесняют воздух иэ порового пространства снизу вверх, что обеспечивает полное вытеснение пузырьков воздуха из пор грунтов

После появления полного замачивания на поверхности дна шурфа 2, под внутренним кольцом 3, нагнетание воды в водоподводящую трубу 6 прекращают и дожидаются

163310 i

10

55 стока воды из нее и оголовка 5, затем снимают оголовок 5 и приступают к проведению опыта по известной технологии с раздельной подачей воды на один и тот же уровень в пространство между внешним и внутренним кольцами и во внутреннее кольцо 3. По окончании опыта расчетным путем определяют коэффициент фильтрации Кф, с использованием значения площади поперечного сечения внутреннего кольца 3 и дебита воды, проходящей через это сечение.

При наличии сильно высушенных грунтов зоны аэрации и возникновения при этом в них (на поверхности песчаных зерен) водоотталкивающих свойств, вызванных эффектом, обуславливающим гистерезис смачивания, дополнительно в дно шурфа 2 заглубляют третье кольцо большего диаметра, чем кольцо 4, присоединяют к верху колец нового и кольца 4 герметично быстросьемный оголовок, аналогичный по конструкции оголовку 5, и подают по присоединенным к обеим оголовкам трубкам воду со всевозрастающим давлением, с более высокими темпами этого возрастания по сравнению с оголовком 5 и в оголовок дополнительный, После полного замачивания дна шурфа под внутренним кольцом переходят к операциям, описанным выше, В случае наличия B верхней части iрунтов 1 зоны аэрации возможных мелких аномалий фильтрационных свойств этих грунтов, например водоотталкивающих сгустков песчаноглинистых пород, микротрещиноватости и т.п., для установления имеются ли такие аномалии заглубляют оба (или три) кольца на глубину пересечения не менее двух разностей грунтов. Затем производят последовательно все операции и приемы, обеспечивающие замачивание грунтов под внутренним кольцом, до начала опыта, После чего снимают оголовок (оголовки) и угт1убляют дно шурфаа по всей поверхности до достижения нормальной глубины над дном основания колец, отбирают образцы грунта на водно-фильтрационные визуальные и лабораторные наблюдения и исследования, после того проводят по установленной методике опыт по определению необходимых для расчета Кф основных параметров, параллельно определяя по отобранным образцам визуально и лабораторным путем дополнительные данные. По результатам определения вносят необходимые расчетные поправки в определение К > или же проводят повторные опыты по определению основных гидрогеоло ических параметров, П р и м е p . Рассмотрим выполнение изобретения с применением третьего дополнительного кольца. 3а основу берем два стандартных кольца диаметром 500 и 250 мм, высотой 200 мм конструкции

Н.С, Нестерова. Третье кольцо может быть расположено снаружи большего по диаметру кольца, между большим и меньшим и внутри меньшего.

Выбираем последний случай иэ расчета сравнительно небольшой мощности горных пород эоны аэрации, представленных супесями и суглинками, Значение коэффициентов фильтрации для этих пород составляет соответственно

0,1-0.5 и 0,01-0,1 м/сут; скорость подьема (продвижения) капиллярных вод при высоте

30-40 см равняется 17 — 14 и 16 12 см/ч, а при высоте 50-100 см — 9-3,1 и 5,0-2,8 см/ч; наибольшая скорость подьема отмечена при высоте 20-30 rì и составляет 31-17 и

26-16 см/ч.

Внутреннее кольцо рассмат риваемого в качестве примера устройства равняется 200 мм. средне(о 250 мм, наружного 500 мм, высота каждого из трех колец 200 мм. Кольца перед началом опыта снабжаются сьемн ытл оголовком, раздел я ющим и ространство между внутренним 11 средним кольнами. средни л и внутренним на две изолирован11ые каплеры, открытые внизу и содер;л1цие в верху патрубки для присоединения водоподающих трубок.

Кольца, снабженные оголовком. задавливают в дно специально подготовленного для опыта шурфа на глубину более половины высоты колец, для примера 175 мм, 3атем обе камеры заполняются водой, включая присоединяемые к патрубкам водоподающие трубки, соединяемые, в свою очередь, с двумя самостоятельными насосными системами, снабженные регуляторами и датчиками напора и дебита.

При одинаковой величине напора дебит воды, проходящей через кольцевой зазор между наружным и средним кольцами, в 7,3 раза превышает таковой через .-азор между средним и внутренним. При увеличении относительно внутреннего кольцев.-о зазора величины напора наружного кольцевого зазора, например, в два раза дебит во внешнем зазоре также увеличивае1ся в два раза и превышает 1,6 раза дебит во внутреннем зазоре; кинетическая энергия первого потока в 29,2 раза превышает кинетическую энергию второго. Благодаря этому граница между внутренним и внешним 1отоками QTклоняется в осевом направлении. Величина отклонения в угловл11 г раженни достигает пОлнай вЕличины угла III t:ô,1ии 6, На

1633107 внутренней границе внутреннего кольцевого потока этот угол достигнет 9".

Исходя из последнего, противоположные струи потока (в диаметральном разрезе) сомкнутся согласно расчета на глубине 5

0,63 м, С учетом принятых конкретных значений диаметров внутреннего и среднего кольца (200и 250 мм, зазор на сторону 25 мм) и величины заглубления колец (175 мм) 10 максимальная длина капиллярного канала до поверхности земли составляет 200 мм, Время полного прохождения капиллярной воды по пути этой длины должно быть несколько больше времени фильтрации воды 15 во внутреннем кольцевом зазоре до полного смыкания противоположных струй (глубина 0,63 м).

Берем в качестве примера фильтрацию воды в суглинках — Кф = 0 1 м/сут (фракции 20

0,01 — 0,005 мм). Расчетное время фильтрации для этого случая должно быть (скорость капиллярного движения 0,125 см/ч) не более 5 ч. При гидравлическом уклоне, равном

1, время, необходимое для фильтрации на 25 глубину 0,63 м, составляет не менее 6 сут.

Для обеспечения величины не более 5 ч необходимо создать гидравлический уклон соответственно равный 1 6 м избыточного столба воды, Избыточные,пв l . 1: годы в зазоРе межДУ наРУжны, и с3,1yr1 ".ннил, кольцами должно f113 . Bbllllг 1L, Toêîà.ic !cc внутреннем зазоре в 1;7.3, з; ..:r . 1о1н,. полностью исключить вл. IH. I янгу г::Il- —.Cl. потока на его границу с в1 с111нi;; f.. 1«or.;

Это соответствуе3 во внеш .r : з 1,. с, .1 1 чине избыточного давлени. >

Наращивание давлени»; ра:.3да ведь во внешнем и вчутрен11е.. за,;,. ч. ведут одновременно в нарос-,. з., ",.:;е -е,:,о qcf- 11 стижения указанных значен I,l II:363ь то IHoco столба воды в пером и второл1 к л.це:ом зазорах, не допуская резких ко., збаний дебита и его увеличения или спад;. и BLIäB «ивая преоблада1:ие напора во BHeшнем 15 зазоре, После появлсния замачива:1;1я по всей поверхности внутреннего кольца о -клю "; ют подачу воды в обе vBìf pf! г1г;.-ловка е— мон 3ируют водопода1ощilo i рубки .: 5 1 оголовок, открывая 3ем cB;1ы;1доступ к дну шурфа между BHутре11ни . и наружны;1 ол1-цами;. углубляют дно шурф. . внутри :нут реннего кольца и между чн треннил1 и средним, а также при большой изменчиво 5 . сти литологического состава суглинков по площади между срг дним и большим остал1,— ной площади дна шурфа (для изучения характера изменчивости состава по вертикали) на гг убину 0.75 м; для изучения литологической неоднородности пород, степени замачивания и I идрофильности отбирают по меридиональному разрезу образцы пород и направляют их в лабораторию для соответствующих исследований. количество образцов и место их отбора выбирают, исходя иэ конкретных условий; оборудуют пространство внутри внутреннего кольца и между внутренним и средним кольцами двумя регуляторами для подачи воды, например, сосудами Мариотта; дно среднего и внутреннего колец покрывают песком или мелким гравием слоем 1 — 2 см; включают регуляторы и поддерживают во внутреннем кольце и между внутренним и средним высоту слоя воды 10 см; опыт ведут до стабилизации расхода воды через внутреннее кольцо; для повышения точности расчетов рекомендуется осуществлять замеры скорости просачивания по скорости падения уровня в шурфе при отключенном питании на время замеров, для каждого такого замера достаточно снижение уровня на 2 — 4 см.

Существует несколько способов обработки данных наливов в шурфы, основанных на законе Дарси. Пренебрегая капиллярным давлением, которое вносит погрешность в определение Кф менее 20;, и принимая в процессе длительной инфильтрации напорный гр:3 .ион; близкиrl к единице коэффи»иo,нiт фил,грац;1. можно

Oil (lb + CË Ить П РИ 13 !3s. l., HOr> O;3C. . ПОтОКа "-». C

Кф -= v

ГДЕ l СКОР С1 . c .. «ЧИВаНИЧ ЧОДЫ HO BHУт реннем кольев.

Я вЂ” площад внутреннеl о к,,lbqa (lrlcLLI,Bäb фильтр;-.Ill" и);

à — с .и-.. зиГ3;ваг3ш11 1с..— I:процессе

ОП .IT l PBСXО jl .<О Qi I., Так, в p;Icc;r.".,IòpLIBBå;.los; г рил1ер ° при

Д вЂ” 0 003 rë icy; К,т; coc3-;;-ит ОЯ95 м/сут, Оорл1ула изобретения

C ooñoá ог11 еделения ко-ффициента фильтрации грун3ов ".о, Ib, аэрац11и, включаю1 1i1й фильтрац,к, "оды с пост ..-,HHbli HB пором через аглyáëåír ые (3 грунт г он цен Tpè÷åcvн расположен нь1е дв .1 кольца раllloco диаме1ра. замер раслода воды по внутреннему ко3lb!,у!1,;ределение по данныл1 исследования коэффициеHта фильтрации, отличающийся тем. что, с целью

11овь шения точности определения, перед, ачалом исследования ведут налив воды с возрастающим Во времени H;поромв зазор

r ежду внутренним и внешним кольцами до полного заманивания поверхности грунта на площади внутреннего ко fbLiB, 1633107

Составитель М.Тупысев

Редактор А.Шандор Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Заказ 603 Тираж 362 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1О1