Вопрос 80. Опытно-фильтрационные исследования

Важнейшей составной частью гидрогеологических работ являются опытно-фильтрационные исследования. С их помощью определяют удельные дебиты скважин, водопроницаемость горных пород, взаимосвязь водоносных горизонтов, направление и скорость движения подземных вод. В состав опытных работ входят откачки, нагнетания в скважины, наливы в шурфы, определения направления и скорости движения подземных вод.

Полевые опытно-фильтрационные работы дают наиболее достоверные результаты (в сравнении с лабораторными), так как приток или отток воды изучается непосредственно в массиве горных пород, в условиях их естественного залегания.

Откачку воды из скважин (шурфов, колодцев и др.) проводят для определения их дебита, зависимости дебита от понижения, фильтрационных характеристик водоносных пород, радиуса влияния и др.

Откачка воды из скважин - наиболее распространенный вид опытно-фильтрационных работ. В зависимости от целевого назначения откачки воды из скважин подразделяются на пробные, опытные и опытно-эксплу­атационные.

Пробные откачки воды служат для предварительной оценки водо­носности вскрытого горизонта. Продолжительность пробных откачек – 1-2 смены на одно максимально возможное понижение. Проводятся только из одиночной скважины.

Опытные откачки проводят при одной-трех понижениях уровня в течение нескольких суток. Продолжительность откачки зависит от состава водоносных пород, гидравлического характера водоносного горизонта и других факторов. Величина понижения уровня должна быть не более 0.5-0.75 мощности водоносного горизонта и не менее 1 м. Нес колько понижений уровня при откачке дают возможность построить график зависимости Q = f(S).

Опытная откачка моды педется как из одной скважины или шурфа (одиночная откачка), гак и при наличии наблюдательных скважин (кустовая откачка).

В однородных водоносных породах достаточно одного луча наблюдательных скважин по направлению потока подземных вод. В неодно­родных породах закладывают несколько лучей с 2-3 и более наблюдатель­ными скважинами на каждом луче. С помощью кустовых откачек полу­чают более достоверные данные о фильтрационных параметрах водонос­ных пород и радиусов влияния.

Для изучения взаимодействия скважин откачку воды производят одновременно из двух или нескольких скважин. Такая откачка называется групповой.

Опытные откачки проводят как при установившемся режиме фильтрации, так и при неустановившемся.

Для изучения водопроницаемости пород зоны аэрации, т.е. неводоносных пород, проводят опытные наливы воды в шурфы. Эти ме­тоды применяют при изысканиях под поля фильтрации, водохранилища и т.д. Наиболее часто используют методы Болдырева и Несте­рова.

Метод Бол­дырева. В дне шур­фа, пройденного на необходимую глу­бину, устанавлива­ют приямок диа­метром до 0.5 м и глубиной 0.2-0.3 м. В приямок, стенки которого обычно закрепля­ют металличес­ким кольцом, зали­вается вода слоем 10 см. Уровень во­ды в кольце в те­чение всего опыта поддерживается постоянным. Через каждые 10-30 мин ведут замеры расхода воды на фильтрацию по водомерной трубке бока. Опыт проводят до стабилизации расхода воды, для чего в песках обычно требуется 10-20 часов, в суглинках и супесях – 24-48 часов.

Метод Болдырева завышает истинные величины коэффициента фильтрации, так как не учитывает боковое растекание воды под действием капиллярных сил, поэтому применяется в крупнозернистых песках, гравиино-галечных, трещиноватых скальных и других породах с незначи­тельным капиллярным давлением.

Для определения водопроницаемости суглинистых и супесчаных пород больше пригоден метод Нестерова. В этом опыте используют два металлических кольца, концентрически задавливаемых в дно шурфа. Предполагается, что вода из внешнего кольца движется вниз и в стороны, а из внутреннего – только вниз, поэтому все замеры расхода воды ведут только по внутреннему кольцу.

Глубина просачивания определяется бурением двух скважин (до опы­та и после опыта) и сопоставлением величин влажности по данным лабораторных определений.

При выборе наиболее рационального размещения водозаборов, дре­нажных устройств, зон санитарной охраны и т.д. важно знать пути и харак­тер фильтрации подземных вод. С этой целью организуют опытные работы по определению направления и скорости движения подземных вод.

Направление подземного потока для небольшого участка можно уста­новить, замерив уровень воды в трех скважинах (или шурфах), пройденных в вершинах треугольника со сторонами 50-1 00 м. Стороны треу­гольника делят на пропорциональные отрезки в соответствии с отметками уровней воды в скважинах. Затем точки с одинаковыми относительнымим отметками соединяют, т.е. проводят гидроизогипсы для грунтовых или гидроизопьезы для напорных вод. Направление потока подземных вод определяют по линии, перпендикулярной гидроизогипсам (гидроизопьезам).

Для значительной территории направления подземного потока определяют по картам гидроизогипс (гидроизопъез), построенным по данным режимных наблюдений.

Для построения карты гидроизогипс замеряют уровни грунтовых вод в скважинах, расположенных по сетке. Замеры уровней должны быть единовременными.

Значение полевых опытных работ, так же как и лабораторных, огромное. При радиальной организации инженерных изыскании, особенно на стадии детальных исследований, обосновании проектов сооружении полевые опытные работы следует сопровождать массовыми лаборатор­ными исследованиями.