Литература по Основам грунтоведения / Ананьев_Потапов_Инженерная Геология

режим фильтрации — упругий , г -../ '"* f ', (

Напорно-безнапорные потоки образуются при откачке воды из скважин, если пьезометрический уровень опускается ниже кровли напорного водоносного слоя

Фильтрационные показатели горных пород. К основным фильтра-

ционным параметрам относят коэффициент фильтрации, а также коэффициенты водопроводимости, пьезопроводности и уровнепровод-ности

Коэффициент фильтрации Как следует из основного закона движения подземных вод, коэффициент фильтрации — это скорость фильтрации при напорном градиенте /= 1 Коэффициент фильтрации фунтов в основном определяется геометрией пор, т е их размерами и формой На значение коэффициента фильтрации влияют также свойства фильтрующейся воды

(вязкость, плотность), минеральный состав грунтов, степень засоленности и др. Вязкость воды, в свою очередь, зависит от температуры, поэтому нередко вводится поправочный температурный коэффициент (0,7—0,03) для приведения водопроницаемости к единой температуре 10 °С

Методы определения. Приближенная оценка коэффициента филь-

трации возможна по табличным данным (табл 31)

Для получения более обоснованных значений коэффициента филь-

трации применяют расчетные, лабораторные и полевые методы Расчетным путем коэффициент фильтрации определяют преимущественно для песков и гравелистых пород Расчетные методы являются приближенными и рекомендуются лишь на первоначальных стадиях исследования

рическим составом, пористостью, степенью однородности и т д Лабораторные методы основаны на изучении скорости движения воды

через образец грунта при различных градиентах напора Все приборы для лабораторного определения коэффициента фильтрации могут быть подразделены на два типа с постоянным напором и с переменным

Приборы, моделирующие постоянство напорного градиента, т е ус-

тановившееся движение (приборы Тима, Тима-Каменского, трубка конструкции СПЕЦГЕО), применимы в основном для грунтов с высокой

водопроницаемостью, например для песков Принцип работы приборов следующий В цилиндрический сосуд с двумя боковыми пьезометрами П| и

Пг помещают испытуемый грунт (рис 52) Через него фильтруют воду под напором Зная диаметр цилиндра F, напорный градиент (/ = AH/L) и измерив расход профильтровавшейся воды Q, находят коэффициент фильтрации по формуле

где h1 и h2 —показания пьезометров, L —расстояние между точками их присоединения Для суглинков и супесей применяют приборы типа ПВГ

(рис 53), позволяющие определять £ф образцов с нарушенной и ненарушенной структурой Для глинистых пород наибольшее значение имеет определение кф в образцах с ненарушенной структурой, обжатых нагрузкой,

под которой грунт будет находиться в основаниях зданий и сооружений Приборы, моделирующие переменный напор, характеризующий

неустановившееся движение, обычно используют для определения коэффициента фильтрации связных фунтов с малой водопроницаемостью Это компрессионно-фильтрационные приборы типа Ф-1М Они позволяют вести наблюдения при изменении напорного градиента от 50 до 0,1 в

образцах, находящихся под определенным давлением Основной частью прибора является одометр, с помощью которого на грунт передается давление К одометру по трубкам подводится и после фильтрации отводится вода Напор создается с помощью пьезометрических трубок

Простота и дешевизна лабораторных методов позволяет широко их использовать для массовых определений коэффициента фильтрации. 1

Полевые методы позволяют определить коэффициент фильтрации в условиях естественного залегания пород и циркуляции подземных вод, что обеспечивает наиболее достоверные результаты.

Вместе с тем полевые мел-оды более трудоемкие и дорогие в сравнении с лабораторными.

Коэффициент фильтрации водоносных пород опре-

деляют с помощью откачек воды из скважин, а в случае неводоносных грунтов — методом налива воды в шурфы и нагнетанием воды в скважины.

Коэффициент водопроводимости представляет собой произведение коэффициента фильтрации (кф) на мощность водоносного пласта (/гср или т)

где hcp — средняя мощность безнапорного водоносного пласта; т — мощность напорного пласта; Т — коэффициент водопроводимости, м2/сут.

Коэффициент пьезопроводности — показатель перераспределения напоров в водоносном напорном пласте в условиях неустановившейся

Расход плоского потока удоонее выражать на единицу еш ширины, т. е.

в виде единичного расхода q = Q/B, где q — единичный расход плоского потока, т. е. количество воды, протекающее в единицу времени через сечение потока шириной 1м:

При значительной разности мощностей тх и тг (рис. 54, 6) для расчетов используют формулу Н.Н. Биндемана:

Значительную трудность при расчете притока воды к горизонтальным выработкам представляют условия неоднородной слоистой толщи горных пород.

При движении подземных вод в неоднородных водоносных пластах, т.

е. пластах, состоящих из ряда слоев с различной водопроницаемостью, для определения расхода потока подземных вод вводится средний коэффициент фильтрации пласта кф ср

Водоупор наклонный (рис 54, б). Единичный расход грунтового потока определяют также из закона Дарси:

где Я] и Я2 — напоры воды в сечениях I и II, отсчитанные от условной плоскости сравнения {0—0) или уровня моря.

Приток грунтовых вод к водозаборным сооружениям. Водозаборы — сооружения, с помощью которых происходит захват (забор) подземных вод для водоснабжения, отвод их с территорий строительства или просто в целях понижения уровней грунтовых вод. Существуют различные типы подземных водозаборных сооружений: вертикальные, горизонтальные, лучевые.

К вертикальным водозаборам относят буровые скважины и шахтовые колодцы, к горизонтальным — траншеи, галереи, штольни, к лучевым— водосборные колодцы с водоприемными лучами-фильтрами. Тип сооружения для забора подземной воды выбирают на основе технико-экономического расчета, исходя из глубины залегания водоносного слоя, его мощности,

литологического состава водоносных пород и намечаемой производительности водозабора.

Водозаборы, состоящие из одной скважины, колодца и т. д., называют

одиночными, а из нескольких — групповыми.

Водозаборные сооружения, вскрывающие водоносный горизонт на полную его мощность, являются совершенными, а не на полную — несовершенными.

Отвод фунтовых вод со строительных площадок или снижение их уровней может производиться временно, только на период производства строительных работ или практически на весь период эксплуатации объекта.

Временный отвод воды (или снижение уровня) называют строительным водозабором, а во втором случае —дренажами.

Депрессионные воронки. При откачке воды вследствие трения воды о частицы грунта происходит воронкообразное понижение уровня. Образуется воронка депрессии, имеющая в плане форму, близкую к кругу. В

вертикальном разрезе воронка ограничивается кривыми депрессии, кривизна которых возрастает по мере приближения к точке откачки (рис. 55).

Установление границ депрессионной воронки имеет большое прак-

тическое значение при оценке фильтрационных свойств пород, выделении зон санитарной охраны, определении площадей, которые осушаются дренажами, расстояний между соседними водозаборами и т.д.

Радиус депрессионной воронки называют радиусом влияния R. Размер депрессионной воронки, а следовательно и R, а также крутизна кривых депрессий зависят от водопроницаемости пород. Хорошо водопроницаемые гравий и песок, в которых меньше трение воды о частицы, характеризуются широкими воронками с большим радиусом влияния, для слабо водопроницаемых суглинков свойственны более Узкие воронки с небольшим значением R.

Величина R входит во многие расчетные формулы при проектировании водозаборов строительных или дренажных сооружений. Вели-

275

чину R можно определять: 1) по формулам, 2) бурением скважин и 3)

по аналогии с действующими водозаборами. Из формул используют расчет Кусакина (для ненапорной воды)

где S — понижение уровня при откачке по центру воронки, м; Н — мощность слоя грунтовой воды, м; кф — коэффициент фильтрации,

м/сут.

Можно также определить по формуле: '■'- ,.':к'"ш:. ■ аз а; ..

где Q—дебит, м3/сут; Н—мощность слоя фунтовой воды, м; /—

гидравлический уклон.

Бурение скважин дает точные значения R, но это работа трудоемкая

(рис. 56). Ориентировочные значения R приведены в табл. 32 и на рис. 57.

Таблица 32

В песках уклоны кривых депрессий составляют 0,02—0,006, а в суглинках 0,1—0,05.

Водозаборные сооружения. Для водоснабжения и водопонижения чаще всего используют колодцы и буровые скважины. Принцип их работы практически одинаковый. Они являются наиболее распространенным типом

водозаборных сооружений. Движение подземных вод к ним в период откачки происходит в форме радиального потока.

Прогноз возможного притока грунтовых вод к водозаборным колодцам имеет оольшое практическое значение, так как позволяет запроектировать наиболее рациональную систему водозабора или мероприятия по понижению

уровня фунтовых вод.

В зависимости от конфигурации строительные котлованы (карьеры и Др.) можно разделить на квадратные и прямоугольные. Первые можно рассматривать как колодцы, т. е. вертикальные выработки определенного диаметра; вторые больше отвечают горизонтальным выработкам типа траншеи (канавы).В связи с этим ниже будет рассмотрено два вида водосборов —колодцы и траншеи.

Колодцы и траншеи, дно которых достигает водоупоров, называют совершенными; если дно располагается выше водоупора, то несовершен-

ными (рис. 58). Уровень воды в колодце до откачки называют статическим, а

уровень, пониженный в процессе откачки, — динамическим.

Водозаборные колодцы. Если из колодца вода не откачивается, то ее уровень находится в одном положении с поверхностью грунтового потока.

При откачке воды возникает депрессионная воронка, уровень воды в колодце понижается. Производительность колодца определяется величиной дебита.

Под дебитом колодца понимают то количество воды, которое он может дать в единицу времени. При откачке воды в количестве большем, чем величина дебита, т. е. больше того, что притекает к колодцу из водоносного слоя в единицу времени, уровень резко понижается. На некоторое время колодец может остаться без воды.

Приток воды (дебит) к совершенному колодцу определяют по формуле

где г — радиус колодца, м.

В несовершенный колодец вода поступает через его стенки и дно. Это усложняет расчет притока. Дебит таких колодцев меньше дебита совершенных колодцев. При откачке вода поступает в колодец только из части водоносного слоя, которую называют активной зоной Яо. Глубину активной зоны принимают 4/3 высоты столба воды в колодце до откачки. Эти положения позволяют для несовершенного колодца расход рассчитывать по формуле Дюпюи, в интерпретации Паркера:

Колодец отдает воду в объеме своего максимального дебита лишь в том случае, если соседние колодцы будут расположены от него на