Устройство для определения коэффициента фильтрации

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ, содержащее полую штангу с наконечнике, разделенньм на отдельные камеры, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерений и уменьшения их трудоемкости, в устройство дополнительно введены два мерных сосуда и вакуумметр, а наконечник разделен двумя радиальными перегородками на три рабочих камеры, средняя из которых отдельной трубкой через разделительный кран соединена с одним мерным сосудом, а нижняя и верхняя камеры сообщены внутренней 5 полостью штанги и через второй b распределительный кран - с другим мерньм сосудом и вакуумметром.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (! 1) 4 (g g) (01 N 15/08

ЯЙФ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ;;

Н ABT0PCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ (21) 3607937/24-25 (22) 23.06.83 (46) 15.04.85. Бюл. 9 14 (72) Н.В. Жданкус и А.А. Моркус (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса и Литовский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации (53) 543.2753 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельств СССР

9 590398, кл. Е 02 D 1/00, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 492617, кл. Е 02 D 1/00, 1978 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ, содержащее полую штангу с наконечником, разделенным на отдельные камеры, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности измерений и уменьшения их трудоемкости, в устройство дополнительно введены два мерных сосуда и вакуумиетр, а наконечник разделен двумя радиальньяи перегородками на три рабочих камеры, средняя из которых отдельной трубкой через разделительный кран соединена с одним мерным сосудом, а нижняя и верхняя камеры сообщены внутренней полостью штанги и через второй распределительный кран - с другим мерным сосудом и вакуумметром.

11505

Изобретение относится к устройствам для гндрогеологических исследований: грунта, в частности к устройствам для определения коэффициен- та фильтрации слабопроницаемых 5 органогенных грунтов в полевых условиях.

Известно устройство для определения коэффициента фильтрации грунта по горизонтальному направлению посредством истока и стока, выполненных в виде двух однополостных штанг, размещенных на расстоянии друг от друга и объединенных между собой в верхней части. Сток соединен с входом, а исток - с выходом насоса, при работе которого в грунте образуется фильтрационный поток 1 .

Недостатком этого устройства яв- >0 ляется невозможность его применения для определения коэффициента фильтрации грунта по вертикальному направлению, без которого нельзя решить вопросы консолидации и прочности оснований. Приходится проводить дополнительные измерения с целью определения коэффициента фильтрации по вертикальному направлению с применением других устройств,3Q что осложняет исследования, увеличивает их трудоемкость и связано с болыпими неудобствами, Устройство неудобно еще и тем, что для его применения требуется насос, для враще- 35 ния которого требуется двигатель и источник энергии. При измерениях этим устройством в слабопроницаемых грунтах возникают большие трудности точного измерения подачи насо- 4р са, поэтому значительные погрешности неизбежны.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для определения коэффициента фильтрации, содержащее полую штангу с наконечником, разделенным на отдельные камеры. Верхняя as камер соединена с входом, а нижняяс выходом насоса, создающего фильтра-у ционный поток воды в исследуемом пласте. грунта. Устройство предназна, чено для изучения фильтрации в вертикальном направлении (2)

Недостатком известного устройст- 55 ва является невозможность его применения для определения коэффициента фильтрации грунта по горизОнтально

21 2 му направлению. Поэтому возникают затруднения, присущие указанному устройству, предназначенному для определения коэффициента фильтрации грунта по горизонтальному направлению. 7очность этого устройства еще меньше, так как при измерениях к погрешностям измерения подачи насоса добавляются погрешности, вызванные неизбежной контактной фильтрацией воды по поверхности штанги между фильтрами верхней и нижней камер.

Цель изобретения - увеличение точности измерений и уменьшение их трудоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения коэффициента фильтрации, содержащем полую штангу с наконечником, разделенным на отдельные камеры, дополнительно введены два мерных сосуда и вакуумметр,а наконечник разделен двумя радиальными перегородками на три рабочих камеры, средняя из которых отдельной трубкой через разделительный кран соединена с одним мерным сосудом, а нижняя и верхняя камеры сообщены внутренней полостью штанги и через второй распределительный кран соединены с другим мерным сосудом и вакуумметром.

На фиг.1 показано предлагаемое устройство, общий вид; на фиг.2вертикальный разрез нижней части наконечника.

Устройство состоит из полой штанги 1 наконечника 2, двух мерных сосудов 3, вакуумметра 4,от- дельной трубки 5, распределительного крана 6, разделительного крана 7, выпускного крана 8, соединительных трубок 9 и панели 10. Наконечник 2 имеет две перегородки 11, разделяющие его внутренний объем на нижнюю камеру 12, среднюю камеру 13 и верхнюю камеру 14. Нижняя камера 12 соединена с верхней камерой 14 трубкой 15. Средняя камера 13 отдельной трубкой 5 соединена с одним, а внутренняя полость штанги 1 » с другим мерным сосудом

3. Стенки камер 12-14 наконечника

2 перфорированы и обмотаны фильт-. рующей сеткой 16.

1 150521

30 рассчитывают с применением шоомулы

w„,(< ô

13 é +Ъс

55 (11

Устройство работает следующим образом.

Наконечник 2 при помощи штанги 1 вдавливают в грунт до глубины, на которой определяется коэффициент 5 фильтрации. Внутреннюю полость штанги 1 заливают водой. К штанге герметически подключают распределитель. ный кран 6 посредством его входного патрубка. Отдельную трубку 5 подключают к разделительному крану 7.

Мерные сосуды заливают водой. Внутреннюю полость штанги 1 и отдельной трубки 5 заполняют водой и оттуда удаляют воздух включением распре- 15 делительного и разделительного кранов 6 и 7 в такие позиции, при которых оба мерные сосуды 3 соединяются с внутренней полостью штанги 1, отдельной трубкой 5 и межпу собой. 20

Кроме того, открывается выпускной кран 8. Когда весь воздух из внутренней полости штанги 1 и трубки удален через выпускной кран 8 и из него начинает течь вода непрерывной 25 струйкой, он закрывается. Напор измеряют вакуумметром 4. Для этого распределительный 6 и разделительный 7 краны переключают в положения, при которых мерные сосуды 3

-отключаются от внутренней полости штанги 1 и отдельной трубки 5 и соединяются между собой. Когда показание вакууметра 4 стабилизируется, записывают ве— личину вакуумногодавления.

Для измерения инфильтруемого в грунт расхода воды распределительный 6 и разделительный 7 краны переключают в положения, при которых мерные сосуды 3 соединяются между собой и с внутоенчей полостью штанги l и отдельной трубкой 5. Фиксируют время переключения кранов.

Для стабилизации фильтрационного потока до квазистационарного состоя.ния выжидают не менее 10 мин, после чего переключением разделительного крана ? разъединяют мерные сосуды 3 и измеряют объемы воды W и Wc,истекшие из одного и другого мерных сосудов 3 за определеннь и интервал времени.

Коэффициент фильтрации грунта, осредненный по всем направлениям, Коэффициент фильтрации грунта по горизонтальному направлению рассчитывают с применением формулы г с и

КГ= (Ц

nв Т сИ вЂ” +Ь -Ъ

Р - С Ц1

Коэффициент фильтрации грунта по вертикальному направлению рассчитывается с применением формулы i= (+ —.з) к- as — ° у к (!

1! / г

3 (1) и (2) формулах Н11в и Wc объемы воды, инфильтрированы в грунт через нижнюю плюс верхнюю камеры и среднюю камеру соответственно за время ; d — диаметр фильтров наконечника;, — вакуумное давление, измеренное вакуумметром,Па, р =

1000 кг/м плотность воды, с1, = 9,81 м/с — ускорение земного при" тяжения, b — вертикальное расстояние от выпускного крана 8 до уровня свободной поверхности воды в мерных сосудах 3 во время измерения расхода; Ъ„„- гидравлические потери напора в отдельной трубке 5, определяемые по расходу с применением характеристики трубы 5, составленной по данным тарировки; R — радиус фильтрационного потока в момент измерения расхода, определяемый с применением формулы

Ы

1= —,5 а, я где «„ — уровнепроводность, определяемая по типу грунта и коэффициенту фильтрации K из справочников; — время с момента переключения распределительного 6 и разделительного 7 кранов после измерения напора до середины интервала измерения расхода, Уровнепроводность a„ и радиус фильтрационного потока R определяются по предварительно заданной величине коэффициента фильтрации k. Эта величина уточняется несколько раз повтооом расчета с применением формул (1) и (4).

За базовые для сравнения с предлагаемым берутся устройства для определения коэффициента фильтрации грунта, принятые в качестве аналога и прототипа I.13 и (2). Для оп"

1150521

pvz t

Вщщцц Заказ. 2133/32 Тираж 897 Подписное филиал ППП "Патент", г.уж."ород, ул.Проектная, 4 редеавакя коэффициента фильтрации ио УФ®аеонтальному и вертикальному н4л9Мааниям необходимо исследовмъ Фиест укаэанным устройствами д4ЩЮфмм Один yas с одним устройст веев для определения коэффициента

4аМФФ@ации по горизонтальному на щ наананию и второй раэ с другим уст4ьейством для определения коэф4Фй неита Фильтрации по вертикальному направлению. Трудоемкость такого исследования очевидна. Базовые устройства уступают предлагаемому и по точности, так как значительные пограниости измерения подач насосов и контактная фильтрация обусловливаот низкую точность устройств для определения коэффициента фильтрации по одному направлению, особенно при определении коэффициента фильтрации слабопроницаемых грунтов.

Предлагаемое устройство может

5 быть. применено особенно эффективно для исследования органогенных грунтов, отличаюшихся высокой степенью анизотропности фильтрационных свойств по разным направлениям. В

10 таких грунтах коэффициент фильтрации по горизонтальному направлению может отличаться от коэффициента по вертикальному направлению до нескольких десятков или даже сотен

15 раэ. Выявление анизотропии фильтрационных свойств грунта имеет большое значение для консолидационных и прочностных расчетов.