Способ определения коэффициента фильтрации грунтового противофильтрационного экрана

 

Изобретение предназначено для исследования водопроницаемости сооружаемых грунтовых противофильтрацион- . ных экранов. Цель изобретения - повышение точности определения начальюго градиента напора и коэффициента фильтрации грунтового экрана, а также уменьшение трудоемкости проведения опытов. На горизонтально спланированной площадке сооружается дренажный слой . На слой I укладывают

СОЮЗ СОВЕТСКИХ соцИАлистичесних

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1625922

Ai щ)5 Е 02 В 3/16 ИЯ 4 Щ .14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A STOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изОБРетениям и ОтнРытиям

ПРИ fHHT СССР (21) 4649024/15 (22) 13,02.89 (46) 07.02.91, Бюл. У 5 (71) Ленинградский пжтитехнический институт им. М.И.Калинина (72) В.А.Чернявский и А.М.Ярославцев (53) 624.01(088.8) (56) Биндеман Н.Н. Определение коэффициента фильтрации горных пород методом инфильтрации из шурфов ° Госэнергоиздат, 1947, с. 48.

Бочевар Ф.К., Гармонов И.В. и др, Основы гидрогеологических расчетов.

М.: Недра, 1965, с. 15-20.

2 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ФИЛЬТРАЦИИ ГРУНТОВОГО ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННОГО ЭКРАНА (57) Изобретение предназначено для исследования водопроницаемости сооружаемых грунтовых противофильтрационых экранов. Цель изобретения — поышение точности определения началього градиента напора и коэффициента фильтрации грунтового экрана, а также уменьшение трудоемкости проведения опытов, На горизонтально спланированной площадке сооружае. ся дрензжный слой !. На слой укл. дывают

1625922 грунт 2 для экрана. Из грунта 2 вырезают вертикальные цилиндры 3, сначала выкапывая круговую траншею 4, Затем на тросе 5, закреплнным эа треногу 6, подвешивается обсадная

Изобретение относится к исследованию водонепроницаемости сооружаемых грунтовых противофильтрационных экранов (из естественных или техногенных грунтов).

Цель изобретения — повышение точности определения начального градиента напора и коэффициента фильтрации грунтового экрана, а также уменьшение трудоемкости проведения опытов.

На фиг.1 показана технология вырезки целиков грунтового экрана; на фиг.2 — схема установки по определению коэффициента фильтруемого грунтового экрана.

Способ осуществляют в следующем порядке.

На горизонтально спланированной площадке сооружается дренажный слой

1 толщиной 10-20 см. Грунт, используемый для дренажа, должен иметь значение коэффициента фильтрации минимум на порядок больше, чем у грун1 та экрана и грансостав, исключающий:

35 большую степень кольматации грунтов экрана в дренажный грунт (возможен вариант и двухслойного дренажа).

При сооружении экрана на дренажном слое изготавливать специальную пло40 щадку нет необходимости. В этом случае определение коэффициента фильтрации производится на любом фрагменте экрана с последующей статистической обработкой полученных реэуль45 татов.

На дренажный слой 1 площадки укладывается грунт 2 для экрана по технологии, идентичной с проектной технологией сооружения экрана. Затем на площадке иэ экранного грунта 2 выре50 заются вертикальные цилиндры-целики 3 диаметром, равным внутреннему диаметру обсадных фильтрационных труб-пьезометров. Технология вырезки цилиндров целиков следующая (фиг.l) .

Выкапывается круговая траншея 4 до дренажного слоя. Траншея выкапывается таким образом, чтобы в центре ее труба-пьеэометр 7, По мере вырезания ципиндра 3 труба-пьезометр 7 опускается. Цилиндр 3 заливается жидкостью. Скорость фильтрации определяется аналитическим путем. 2 ил. остался целик грунта экрана в форме усеченного конуса, диаметр верхнего основания которОго больше внутреннего диаметра обсадной трубы на 3-5см а диаметр нижнего основания — на 20P

30 см.

Затем над целиком на тросе 5, закрепленным за треногу 6, подвешивается обсадная труба-пьеэометр 7 (фиг.1), Вертикальность ее подвески контролируется с помощью двух уровней, установленных на специальных площадках, перпендикулярных к оси трубы, Труба выполняет роль шаблона, с помощью которого аккуратно вырезается маленькими пилками-ножовками грунтовый цилиндр. По мере вырезания цилиндра 3 труба 7 опускает. я на него (по принципу опускного колодца), Вырезка грунтового цилиндра

7 продолжается до тех пор, пока нижний торец трубы 7 треугольной формы не опустится на поверхность дренажного слоя 1.

Затем крышка трубы снимается, уточняется высота грунтового цилиндра (1).

Производится герметизация пристенного пространства трубы с помощью заливки по внутренней стенке трубы суспензии из более мелкодисперсного грунта, чем грунт экрана, При окончании герметизации горизонтальная поверхность целика очищается от суспенэии и покрывается слоем крупнозернистого песка толщиной I см для защиты от кольматажа взвешенными в фильтрующей жидкости частицами. Изготавливаются три целика раиных диаметров для насадки разных по диаметру фильтрационных труб-пьеэометров (41, 30 и 25 см).

Впоследствии определение коэффициента фильтрации проводится параллельно на трех трубах, чтобы зафиксировать качество герметизации пристенного пространства и наличие большого количества защемленного воздуха. Далее в трубу тонкой струей с небольшой высоты (для предотвращения от размыва поверхности экрана) наливается

)625922 слой реально фильтрующей жидкости до уровня фланцев. Далее на трубу надевается крышка 8 конусного сечения (конусная форма дает уменьшение скапливания под крышкой воздуха), которая герметически стыкуется с фланцами трубы через резиновую прокладку

9 и закрепляется болтами 10. На крышку через герметичный переходник монтируется стеклянная трубка-пьезометр

11 диаметром 0,6 см с металлической линейкой (фиг.2), Затем уровень жидкости поднимается путем налива ее через воронку 12 в пьезометр 11. Воздух выпускается через кран 13, который занрывается при достижении максимального уровня в пьезометрической трубке.

Труба тщательно термоиэолируется с помощью оболочки (например,поролоновой), изготовленной из материалов незначительной теплопроводности, для поддержания стабильной температуры фильтрующей жидкости, так как изменение температуры жидкости изменяет ее объем, что может исказить эамеряемые напоры и расходы.

Для контроля за температурой жидкости в крышку трубы герметиче ки монтируется термометр 14, опущенный в фильтрующую жидкость. Сам термометр также термоиэолируется.

С момента заливки целика жидкостью начинаются процессы впитывания и фильтрации жидкости в грунтовый целик. Для регистрации окончания процесса впитывания (с сохранением лишь одного процесса фильтрации) определяется скорость движения жидкости в грунтовом целике. При стабилизации скорости проникновения жидкости через грунтовый экран при одних и тех же уровнях жидкости в пьеэометре можно считать, что процесс впитывания жидкости в грунт закончился и продолжается лишь один процесс — процесс фильтрации — движения воды в порах грунта под действием гравитационных сил.

Скорость фильтрации (V) определяется по формуле

di

V=- — — — -(Ь-h)

< )пг. 1 2

2 где Й вЂ” внутренний диаме гр трубкипьезометра;

D " внутренний диаметр обсадной трубы;

Н вЂ” высота столба жидкости от

1 основания целика до уровня жидкости в пьезометре в мо5 мент времени

h — высота столба жидкости соот2 ветствующая уровню жидкости в пьезометре в момент вреени tã

При опускании уровня до h жидкость снова наливается в трубку до уровня

h, фиксируется время t< и t>. Данные по вычисленным скоростям проникновения жидкости в грунтовый цилиндр записываются в журнал и анализируются.

Параллельно проводятся аналогичные измерения и вычисления скорости проникновения жидкости в грунт в труб20 ках-пьезометрах других диаметров.

Нри качественном кольматаже пристенного пространства скорости проникновения жидкости в целиках разных диаметров должны быть близки по значе25 нию (отличаться не более, чем на

10/) .

При стабилизации скорости проникновения жидкости в грунтовый целик приступают к замерам, по которым вы3Q числяется ко ффици нт фильтрации. 3амеры ведутся при разных градиентах напора. Наличие дрен,жного слоя в нижней плоскости грунтового и . чикацилиндра дает точное значение давле35 ния на уровне контакта экрана-дренажа, близкое по значе.чию к атно-Верному давлению, что позволяет точно вычислить напоры и напорные град, енты, так как направление фильтрации, пло4г щадь, через которую происходит фильтрация, также точно известны.

Замеряются уровни воды в трубкепьеэометре h1 в момент времени t, и

h в момент времени t <, температура

45 фильтрующей жидкости Т. Коэффициент фильтрации, приведенный к температуре жидкости + 1 0 С, определяется по формуле

А пг

К 1n ----

50 1О Qt с, h< ,г.

Q где А = --1 (1 — высо;.а грантового

g2. цилиндра-целика I

t1-tg, 55 л температурная поправка, ь =

0,7+0,03 Т, Вычисленные значения К о для целиков разного диаметра и при разных

l625922 где Q

6t s

h (объем жидкости, прошедшей через ресивер в интервал времени между t< и t<» см ; 35

t»-tg» внутренний диаметр трубы-обсадки, см; напор, зафиксированный на манометре ресивера н момент 40 времени ti, см. вод.ст.; напор, зафиксированный в моградиентах напора не должны значительно отличаться друг от друга, При определении водопроницаемости очень мелкодисперсных грунтовых экранов (типа жирных глин) значение

5 стабилизированной скорости проникновения жидкости через грунт может быть близкой к нулю, что характеризует для данного грунта наличие на- 10 чального градиента напора (вследствие значительных по величине внутренних сил в грунте, превосходящих гравитационные силы для данного веса столба жидкости). Поэтому н этом

15 случае необходимо перейти к монтажу устройства, обеспечивающего более значительные градиенты напора, Это устройство (фиг.2 ) состоит из рас° ° ределительного бачка l5 с жидкостью ресивера-волюметра)», соединенного с баллоном l6 со сжатым воздухом.

Напор регистрируется с помощью манометра 17, вмонтированного в ресинер, а объем профильтровавшейся жидкос- 25 ти — при помощи стеклянного сектора со шкалой» вмонтированного в стенку ресивера„. Коэффициент фильтрации в этом случае определяется по формуле

30 мент t 2» л

6 — температурная поправка, Для определения плотности экранного грунта по окончании опыта производится распилинание целика по плоскости его соприкосновения с дренажным слоем, Труба вместе с экранным грунтом взвешивается на весах (типа почтово-багажных). Вес трубы без грунта определяется до опыта, Объем грунта известен. Средняя нлажность определяется путем отбора проб по нысоте цилиндра-целика, Плотность сухого грунта определяется по известной зависимости. По значениям влажности и пористости грунта можно судить о степени заполнения пор грунта защемленным воздухом.

Формула изобретения

Способ определения коэффициента фильтрации грунтового противофильтрационного экрана, включающий налив на поверхность грунта ненарушенной структуры натурной фильтрующей жидкости и определение ее стабилизированного расхода и градиентов напора, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения начального градиента напора и коэффициента фильтрации грунтового экрана, а также уменьшения трудоемкости проведения опытов, под экраном сооружают дренажный слой, налив фильтрующей жидкости производят на поверхность изготавливаемого из экранного слоя цилиндрического целика, герметизированного с помощью надетой на него трубы-пьезометра, а определение градиента напора производят путем прямого замера напора на понерхности целиком.

) 625922

Составитель С.Лобарев

Редактор Л,Зайцева Техред Л.Олийнык

Корректор С ШекмаР

Заказ 262 Тираж 378 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101