Методы и технические средства опытно-фультрационных работ
Среди полевых методов изучения грунтов опытно-фильтрационные занимают одно из важнейших мест. Они предназначены для определения водопроницаемости грунтов, которая характеризуется коэффициентом фильтрации. Коэффициент фильтрации используется при гидрогеологических расчетах фильтрационных потерь из каналов и водохранилищ, притока воды в строительные выработки, кривых подпора, фильтрационного давления на сооружения, запасов подземных вод и т.д.
Фильтрационные расчеты выполняются методами теории фильтрации, в основе которой лежит закон Дарси:
где Q - расход воды, протекающей в водопроницаемом пласте, м3/сут;
W-площадь сечения пласта, через которую проходит расход Q , м2;
Кф - коэффициент фильтрации, м/сут;
Y - гидравлический уклон потока или напорный градиент;
Здесь h1 и k2 - абсолютные отметки уровня подземных вод в двух точках потока, расположенных вдоль вектора скорости;
l - расстояние меоду точками 1 и 2.
Коэффициент фильтрации представляет собой скорость движения воды в напорном градиенте, равном единице. Значения его определяются структурно-текстурными особенностями пород: размерами слагающих их частиц, соотношением отдельных фракций, пористостью, а для скальных пород также кавернозностыо и трещиноватостью.
Методы определения коэффициента фильтрации основаны на измерении расходов воды Q , пропускаемых грунтом через заданное сечение и при заданном градиенте У . Зная Q , W и Y, по закону Дарси вычисляют коэффициент фильтрации. Методы определения Кф подразделяются по месту проведения на лабораторные и полевые, причем последние дают более достоверные результаты.
К полевым методам относятся одиночные и кустовые опытные откач¬ки, нагнетания и наливы, а также способы определения направления и скорости фильтрации подземных вод. Полевые опытно-фильтрационные работы по сравнению с фильтрационными.лабораторными испытаниями более трудоемки, дорогостоящи и требуют довольно сложного оборудования и приборов. Достоверность результатов обеспечивается моделированием по- дупроиэводственных условий, которые не нарушают структурные связи, природное напряженное состояние и температуру, а также учитывают не- однородность грунтов в массиве и химический состав подземных вод.
Выбор долевого метода определения водопроницаемости грунтов зависит от гидрогеологических условий участка и задач исследований. Для определения коэффициента фильтрации любых водоносных грунтов широко используется на всех стадиях изысканий методы опытных откачек. Причем на начальных этапах изысканий они выполняются в процессе бурения инженерно-геологических скважин, позволящих производить одиночные от¬качки по экспресс-методике. Для этих же целей могут использоваться экспресс - наливы в скважину. На заключительных этапах изысканий, когда требуются более надежные сведения о коэффициенте фильтрации грунтов и удельном дебите скважины (дебит при понижении воды в скважине на 1 м), осуществляются одиночные и кустовые опытные .откачки с помощью специально оборудованных гидрогеологических скважин.
Для характеристики водопроницаемости скальных, грунтов по зонам могут применяться опытные нагнетания с избыточным давлением выше устья скважины. Нагнетания, а также некоторые другие опытно-фильтра- ционные работы ( резистивиметричеекий каротаж, расходометрия, метод "меченых” атомов заряженного тела и др.) на инженерно-геологических изысканиях используются редко, в основном при специальных гидрогеоло- гических исследованиях. При определении направления движения подземных вещ необходимы прямые и единовременные наблюдения за уровнем воды с пен мощью бурения скважин. Параллельное изучение коэффициента фильтрации водонасыценных грунтов позволяет определить действительную скорость фильтрации грунтового потока.
Для характеристики водопроницаемости "сухих" грунтов, залегающих выше уровня подземных врд, применяются опытные даливы воды в скважины и щурфв.