2. Дренаж как метод борьбы с фильтрационными деформациями откосов

Дренаж скважинами является действенным средством устране­ния или ограничения фильтрационных деформаций пород (см. раз­дел 8.1.3). Посредством дренажа уменьшаются расходы, напоры и градиенты потока вблизи откоса, а иногда высачивание воды на откос вообще может быть устранено.

Для рабочего борта карьера (где работают экскаваторы) наибо­лее характерным требованием к дренажу является ограничение де­формаций оплывания некоторыми пределами, допустимыми по при­нятой схеме Горных работ [9 ]. В этом случае, зная допустимую длину языка оплывания 1_опл, можно, согласно скважанному в разделе 8.1.3, определить предельно допустимый расход высачивания на единицу длины откоса <f. Проводя далее расчет контурной установки скважин (см. рис. 8.7,6 или в), так же как и в разделе 8.2.1, можно найти требуемое расстояние между скважинами, при котором удельные расходы высачивания не превосходят <f.

Возьмем для примера случай дренажного ряда, расположенного между рекой и карьером (см. рис. 8.7,в). Заменяя ряд скважин услов­ной дренажной траншеей с уровнем воды в ней Н_с (см. раздел 3.4) и удельным расходом д_с=QJО, запишем балансовое соотношение Qj = д_с + д₂ в виде

где —удельный расход потока со стороны реки;

д₂ — удельный приток в карьер;

/j и 1₂ — расстояния от ряда скважин соответственно до реки и

карьера;

Н_п — напор на контуре реки (напор на контуре карьера

н_к-0).

Добавляя сюда полученное ранее выражение для Нф (3.62) и полагая q₂ = <f (д°— удельный расход, отвечающий предельно допу­стимой длине языка оплывания), получаем уравнение для определе­ния требуемого расстояния между скважинами:

1. , Л _ h h

2. n^axd_c TH/_q⁰-L (8.8)

где L — расстояние от карьера до реки.

Полученную формулу можно использовать и при иной конфигу­рации потока — после построения лент тока и приведения их.к плоским (см. раздел 8.3.3).

В общем случае расчет контурных систем скважин проводят чаще просто подбором на модели. Для определения оптимальной расстановки скважин в пределах дренажного контура, окружающего совершенный котлован, моделирование рекомендуется выполнять в следующем порядке:

[Т] строится сетка движения для области между контуром скважин и карьером; выделенные ленты тока приводятся к плоским (см. раздел 8.3.3);

[~2~| исходя из допустимых с точки зрения фильтрационных деформаций притоков к борту определяется допустимый напор на линии ряда скважин для всех выделенных лент (по формулам Для плоского одномерного потока);

|~3~| каждый из выделенных участков контура моделируется

шинои с переменным сопротивлением R_k , на вершину которого по-

i

дается потенциал, отвечающий уровням на скважинах участка. Ве­личину R_k изменяют до тех пор, пока потенциалы на шинах не будут

соответствовать подсчитанным значениям; ориентировочная макси-

ро-

мальная величина Rl — — удельное сопротивление бумаги; В-

— длина участка контура; O_i — ориентировочное максимальное рас­стояние между скважинами участка);

дя из полученных значений сопротивлений R_k :

i

#1 -н₂

где .//j и Н₂ — напор на границах участка;

ССф — масштаб сопротивлений;

расстояния между скважинами О- определяются из выра­

жения для R_k:

(8.9)

непосредственно вытекающего из формулы (3.62) и общего опреде­ления фильтрационного сопротивления (3.54).

Особые сложности возникают в связи с необходимостью смены граничных условий на водопонижающих контурах в зависимости от понижения уровней. Условия II рода (расход (Q_c - const) задаются на участках контура до тех пор, пока выполняется неравенство (см. формулу (3.62))

с

Ф 2ЛТ Jld„' (g ю)

Как только неравенство (8.10) перестает выполняться, скважи­ны переводят на режим работы с постоянным уровнем.

Своеобразные условия дренажа возникают на тех участках фильтрующих откосов, где падение слоев направлено в сторону мас­сива (рис. 8.8). В этом случае появляется возможность полного уст­ранения высачивания на откосе при работе дренажных скважин. В частности, пользуясь методом фильтрационных сопротивлений, не­трудно показать, что для случая Н_с^ж 0 такая возможность реализу­ется при выполнении требования:

'к (8.11)

гж^аХаШ.^&‘~Кн:

с

где i - sin <2, О — расстояние между скважинами; остальные обо­значения см. на рис. 8.8.

Рис. 8.8. Схема фильтрации к карьеру в условиях наклонного зале­гания водоносного пласта

Отсюда следует, что требуемое число скважин в данном случае примерно обратно пропорционально углу падения слоев .

ЗАДАНИЕ. Выведите формулу (8.11) самостоятельно, восполь­зовавшись методом эквивалентных фильтрационных сопротивле­ний.