Способ определения фильтрационных характеристик скального основания гидротехнического сооружения

 

Использование: в области исследования строительных скальных массивов - оснований гидротехнических сооружений. Сущность: в исследуемом основании бурят скважину и соосно с ней бетонируют штамп. Затем путем подачи воды в скважину под напором определяют фильтрационные характеристики массива в условиях естественного залегания, сжатия и растяжения. Параллельно определяют деформационные характеристики основания. При этом о характеристиках основания в зоне верхней грани сооружения судят по данным, полученным при растяжении, а в зоне низовой грани - по данным, полученным при растяжении, а в зоне низовой грани - по данным, полученным в условиях сжатия. 2 ил.

Изобретение относится к области исследований строительных свойств скальных массивов - оснований гидротехнических сооружений.

Известен способ определения водоупорных и механических свойств скальных грунтов, включающий обуривание целика, приложение к нему давления, нагнетание в целик воды через центральную скважину с замером расхода и деформации и определение искомых характеристик по измеренным данным.

Известен способ определения фильтрационных характеристик грунтов скального основания, включающий бурение центральной скважины на выбранной площадке, нагнетание в нее воды в опробуемый интервал и определение удельного водопоглащения.

Наиболее близким к изобретению техническим решением по сущности и достигаемому результату является способ определения фильтрационных характеристик скального основания гидротехнического сооружения, включающий бурение центральной скважины в исследуемом основании, установку соосно ей штампа, нагнетание в основание через скважину воды в естественных условиях и при приложении на штамп сжимающих нагрузок с замером расхода и деформаций и расчет по измеренным данным искомых характеристик.

Недостатками известного решения являются проведение испытаний в условиях только сжатия массива, а неучет возможного измерения проницаемости скального основания в условиях растяжения приводит к получению недостаточно достоверных эксплуатационных характеристик основания, что, как показывает анализ поведения современных бетонных плотин, приводит к авариям.

Цель изобретения - повышение достоверности определения и расширение информативности.

Цель достигается тем, что в способе определения фильтрационных характеристик скального основания гидротехнического сооружения, включающем бурение центральной скважины в исследуемом основании, установку соосно ей штампа, нагнетание в основание через скважину воды в естественных условиях и при приложении через штамп сжимающих нагрузок с замером расхода воды и деформаций основания и расчет по измеренным данным искомых характеристик, согласно изобретению, при установке штамп бетонируют, а после испытания основания при сжимающих нагрузках производят его нагружение через штамп ступенчато-возрастающими растягивающими нагрузками с нагнетанием воды через скважину, на каждой ступени нагружения после стабилизаций деформаций с замером последних и стабилизированных расходом воды, причем характеристики скального основания в верхнем бьефе сооружения рассчитывают по данным измерений при растягивающих нагрузках, а в нижнем - при сжимающих нагрузках.

На фиг. 1 изображена схема, поясняющая осуществление способа с устройством для его осуществления, на фиг. 2 - то же, разрез по А-А на фиг. 1.

Устройство содержит бетонный штамп 1, установленный путем бетонирования на основании подземной выработки 2, верхний бетонный упор 3, силовые системы для испытания на растяжение 4 и сжатие 5, упорную балку 6, напорную систему 7 для подачи воды в скважину 8, подбетонку 9, забетонированную в штампе 1 трубу 10 и оголовок 11 для подсоединения напорной системы 7.

Способ осуществляют следующим образом.

По центру испытываемой площадки основания на заданную глубину (обычно 0,5 м) устраивают скважину 8 для подачи воды в основание. Затем на основании соосно со скважиной известным способом бетонируют штамп 1. Ширина штампа принимается равной двойной длине скважины из условия, в соответствии с которым нагрузки растяжения могут распространяться на глубину, равную половине ширины штампа (таким образом, штамп имеет размеры 1х1х1 м). При бетонировании в штамп 1 закладывается труба 10 с оголовками 11, на нагружаемой поверхности устанавливают репера для измерения деформаций основания в процессе его испытания (на чертеже не показаны). Испытания проводят в следующем порядке.

Подачей воды в центральную скважину 8 под заданным напором определяют расход воды и удельное водопоглощение по формуле q=Q/h-l, где Q - установившийся расход, h - напор, l - длина нагнетательной скважины. Эта величина характеризует массив в естественном состоянии и используется при решении вопроса о необходимости проведения противофильтрационных мероприятий в скальном массиве. Далее на основание с помощью системы 5 передаются ступенчато-возрастающие нагрузки сжатия, не доводя основание до разрушения, и одновременно с этим в скважину под напором, имитирующим реально возможные напоры в условиях эксплуатации сооружения, нагнетается вода. Могут быть следующие схемы создания фильтрационной и статической нагрузок на основание: создается статическая нагрузка в основании, соответствующая массе обнаружения, после чего в скважину под возрастающими напорами, соответствующими реальным, нагнетается вода, (соответствует случаю наполнения водохранилища полностью возведенной плотины); статическая нагрузка в основании создается ступенями, соответствующими этапам возведения плотины, при этом напор воды в скважине соответствует напору при заполнении водохранилища при поэтапном его заполнении.

В процессе испытания производится замер деформаций основания и расходов воды и вычисляются соответствующие данным условиям удельное водопоглощение и модуль деформации массива.

На следующем этапе испытания с помощью системы 4 путем передачи нагрузки на основание через балки 6 и штамп 1 в основании создаются ступенчато-возрастающие нагрузки растяжения до наступления разрушения связи штампа 1 с основанием. В процессе создания нагрузок на каждой ступени нагружения после стабилизации деформаций основания в скважину 8 основания подается вода под напором, соответствующим реальному значению для основания сооружения с выдерживанием в течение времени до стабилизации расхода. На каждой ступени нагружения замеряются стабилизированные расход воды и деформации основания и по этим данным производят расчеты проницаемости и деформируемости.

Показатели, полученные в результате двух этапов испытаний, используют в фильтрационных расчетах основания проектируемого сооружения для обоснования, например, укрепительной цементации, дренажа. При этом, для зон основания, расположенных со стороны верховой грани плотины, используются показатели, полученные по результатам приложения растягивающей нагрузки.

Таким образом, преимущество предложенного способа, по сравнению с известным, заключается в том, что он позволяет получить фильтрационные показатели, соответствующие реальным условиям эксплуатации плотин на скальном основании, т. е. более достоверные сведения о поведении основания в будущей эксплуатации.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СКАЛЬНОГО ОСНОВАНИЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО СООРУЖЕНИЯ, включающий бурение центральной скважины в исследуемом основании, установку соосно с ней штампа, нагнетание в основание через скважину воды в естественных условиях и при приложении через штамп сжимающих нагрузок с замером расхода воды и деформации основания, расчет по измеренным данным искомых характеристик, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности определения и расширения информативности, при установке штамп бетонируют, а после испытания основания при сжимающих нагрузках производят его нагружение через штамп ступенчато возрастающими растягивающими нагрузками с нагнетанием воды в скважину на каждой ступени нагружения после стабилизации деформаций с замером последних и стабилизированных расходов воды, причем характеристики скального основания в верхнем бьефе сооружения рассчитывают по данным изменений при растягивающих нагрузках, а в нижнем - при сжимающих нагрузках.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2