Файл: Климентов П.П. Динамика подземных вод учеб. для геологоразведоч. техникумов.pdf

Пренебрегая капиллярным давлением и принимая, что в процес­ се длительной инфильтрации напорный градиент будет близким к единице, коэффициент фильтрации из формулы (XI,73) можно оп­ ределить при известном расходе потока Q как скорость фильтра­ ции при напорном градиенте, равном единице:

где Q — стабилизировавшийся в процессе опыта расход воды.

—

Рис. 161. Схема установки для опытов по инфильтрации из шурфа по способѵ Н. С. Нестерова

При определении коэффициента фильтрации по формуле (XI,74) действительно можно принимать напорный градиент близким к еди­

ных сил, а также боковое растекание потока. Учитывая изложен­ ное, способом Болдырева допустимо пользоваться для приближен­ ного определения коэффициента фильтрации в песчаных и трещиноватых породах, где влияние капиллярных сил и бокового растекания невелико.

Способ Н. С. Нестерова. Для того, чтобы уменьшить влияние бокового растекания, Н. С. Нестеров предложил на спланирован­ ное дно шурфа устанавливать концентрично два стальных цилинд­

ра разного диаметра, вдавливая их на глубину 5—10 см (рис. 161). В оба цилиндра наливается вода (высота слоя 2=10 см) и в про­ цессе всего опыта поддерживается на одном и том же уровне с по­ мощью двух сосудов Мариетта, наполненных водой (см. рис. 161). Опыт ведется до стабилизации расхода воды через внутреннее кольцо прибора во времени.

Допускается, что вода из кольцевого промежутка, образован­ ного внешним и внутренним цилиндрическим кольцами, расходует­ ся на просачивание, боковое растекание и капиллярное всасывание. Вода же, заполняющая внутренний цилиндр, расходуется главным образом на инфильтрацию в вертикальном направлении, что позво­ ляет приближенно принимать поперечное сечение инфильтрационного потока равным поперечному сечению внутреннего цилиндра. Следовательно, этот метод значительно упрощает определение по­ перечного сечения потока.

Для определения глубины просачивания бурятся две скважины небольшого диаметра: одна — на расстоянии 3—4 ж от стенки шур­ фа до опыта и другая, закладываемая в центре внутреннего коль­ ца,— по окончании опыта. Глубина просачивания устанавливается по величине влажности породы.

Вычисление коэффициента фильтрации ведется по формуле:

Значение капиллярного давления /гк, равное примерно 50% мак­ симальной высоты капиллярного поднятия, рекомендуется прини­ мать по данным, приведенным ниже.

Способ Нестерова дает лучшие результаты в слабопроницаемых породах, особенно в покровных суглинках и лёссах. К недостаткам способа относятся приближенный учет капиллярного растекания и длительность проведения опытов.

Способ Н. К. Гиринского. Способ учитывает растекание инфильтрационного потока, силы капиллярного всасывания и влияние за­ щемленного воздуха, остающегося в порах пород, насыщаемых при инфильтрации. В шурф, пройденный на необходимую глубину, через п о л ы й цилиндр, вдавливаемый в его дно на 1 —2 см, прово­

дят налив воды. Диаметр цилиндра принимается от 35 до 50 см, что упрощает последующие расчеты. Подача воды в цилиндр и под­ держание в нем постоянного уровня осуществляется с помощью предложенного Е. В. Симоновым автоматического регулятора

Рис. 162. Установка Е. В. Симонова для опытных нали­ вов в шурф по способу Н. К. Гиринского:

(рис. 162). В процессе опыта ведется учет расхода воды на инфиль­ трацию (для контроля опыта строится график Q — По дости­ жении стабилизации расхода (отклонение от среднего расхода не более 10% в течение 2—3 ч опыта) опыт прекращается. Длитель­ ность опыта в мелкозернистых песках и супесях 5—10 ч, в глинис­ тых породах — больше.

фициент, величина которого зависит от значения hK+ z и диаметра кольца (здесь 2 — слой воды в кольце в см).

Способ H. Н. Биндемана. Для определения коэффициента филь­ трации при инфильтрации из шурфов по способу Н. С. Нестерова H. Н. Биндеман предложил обрабатывать результаты опыта по формулам неустановившейся фильтрации.

Расчет коэффициента фильтрации проводится по формуле:

нимается промежуток времени от начала опыта, за который объем поды, пошедший на инфильтрацию Pt,, составляет половину объе­ ма воды, израсходованной на инфильтрацию за время t (время м легко устанавливается по кривой израсходованного объема воды

Метод Биндемана удобен, прост и не требует длительного про­ ведения опыта (стабилизация расхода воды во времени не обяза-

тельна); он дает возможность неоднократно определять параметры по результатам одного опыта (определение осуществляется для разных значений t и /і); он показывает достаточно точные резуль­ таты и особенно эффективен при проведении опытов в слабопрони­ цаемых породах.

Наряду с определением коэффициента фильтрации пород по ме­ тоду Биндемана можно определять величину капиллярного давле-

I

Рис. 163. Вспомогательный

для прогноза неустановившейся фильтрации. Для этого, вычислив

ределяется значение капиллярного давления Ак (для этого надо знать глубину просачивания воды /), или при известном hK опреде­ ляется 1.

Значение недостатка насыщения, определяемого в данном слу­ чае как отношение общего объема воды V, поступившей в породы из внутреннего кольца от момента начала опыта, к объему увлаж­ ненных ею горных пород со/, т. е.:

где со — площадь сечения внутреннего кольца.

Опытные наливы и нагнетания в скважины

Опытные наливы и нагнетания воды в скважины прово­ дят для определения коэффициентов фильтрации и водопоглощаю­ щей способности ненасыщенных и слабоводообильных трещинова­ тых и реже обломочных пород.