СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРА ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ ГРУНТА

Использование: в области инженерно-геологических изысканий. Сущность: способ предусмат-ривает следующие, последовательно выполняемые операции: отрыв шурфа, устройства совме-щенной с ним измерительной скважины на всю глубину исследуемой толщи грунта, налив воды в шурф, измерение интервалов времени от начала налива до прихода фронта влаги в разные точки глубины грунта, построение графика зависимости интервалов времени от глубины и расчет коэф-фициента. Измерения интервалов времени ведут в точках глубины грунта, равноудаленных одна от другой , а для расчета используют формулу зависимости коэффициента влагопроводности от времени прихода фронта влаги на различные отметки глубины, а также от полной влагоемкости и природной влажности грунта. Для упрощения расчетов и замеров времени возможно, использова-ние монограммы и графика соответственно. Точность измерений может быть повышена при усло-вии поддержания постоянства уровня воды в шурфе. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технике инженерно-геологических изысканий, в частности, оп-ределнеию фильтрационных характеристик грунтов в зоне аэрации, и может быть использовано перед проектированием зданий и сооружений, возводимых на глинистых грунтах. Известен способ определения коэффициента влагопроводности лессовых просадочных грунтов, согласно которому в грунте вскрывают удлиненный шурф-длинную полосу достаточной ширины в виде канавы, в которой наливают воду. Замачивание грунта происходит, при этом, в условиях одномерной фильтрации, которые обеспечивают большими размерами шурфа. Измеря-ют количество воды, расходуемой на инфильтрацию в различные моменты времени, и расчетным путем определяют коэффициент влагопроводности. При изменении литологического состава и плотности грунта по глубине необходимо закладывать новые шурфы до каждого слоя. Недостатком этого способа является его трудоемкость, связанная с большим объемом земляных работ при выполнении шурфов. Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ, включающий отрывку шурфа, устройство совмещенной с ним измерительной скважины воды, измерение влаж-ности грунта в процессе инфильтрации на различных глубинах во времени и расчет по получен-ным данным параметра водонипроницаемости грунта. Недостатком способа является трудоемкость и длительность определения водониропни-цаемости, особенно, если появляется необходимость определения искомого параметра в преде-лах значительной толщи слоистых грунтов. Цель изобретения - снижение трудоемкости и сокращение времени определения парамет-ра, в частности, коэффициента влагопроводности, а также повышение точности определения.
Цель достигается тем, что в способе, включающем отрывку шурфа, устройство совмещен-ной с ним измерительной скважины, налив в скважину воды, измерение влажности грунта в про-цессе инфильтрации на различных глубинах во времени и расчет по полученным данным искомого параметра, согласно изобретению, измерение влажности на каждой глубине производят до мо-
2
мента ее увеличения, который принимают за момент прихода фронта влаги и замеряют время от начала налива воды до этого момента, при этом, глубины точек замера времени прихода фронта влаги равноудалены друг от друга, а коэффициент влагопроводности рассчитывают по формуле: 2ti+1 Z2(1-cos-------- ti+2 Do=----------------------------------------- 1 2ti+1 ti+2(2+ -----sin---------- - d) -2ti+1 , (1) ti+2 где Z - расстояние между точками глубины, м; ti+1, ti+2 - времени переноса фронта влаги от забоя шурфа до соответствующей точки; d - коэффициент, определяемый предварительно по формуле: Zi+1
W0 - (Wn-W0) cos 2 Zi2
d = Zi+2 , (2)
W0 - (Wn-W0) cos 2 Zi2 где Wn - полная влагоемкость грунта; W0 - природная (естественная) влажность грунта. Zi, Z i+1, Zi+2 - глубины замера времени прихода фронта влаги, м, и кроме того, уровень воды в шурфе поддерживают постоянным в течение всего процесса измере-ний. На фиг.1 изображена схема осуществления способа; на фиг.2 - представлена номограмма для расчета коэффициента d по глубине Z. Способ осуществляют следующим образом. На исследуемом конкретном участке Земли до кровли исследуемого слоя грунта открыва-ют шурф 1(фиг.1), с забоя которого на всю глубину исследуемого грунтового массива 2 пробури-вают соосную шурфу измерительную скважину 3. В скважину задавливают обсадную труюу 4 с закрытым дном и размещают в ней зонд 5 влагомера 6. При устройстве скважины необходимо исключить образование зазора между поверхностью трубы и стенкой скважины, по которому могла бы стекать вода, искажающая результаты измерения влажности. По этой же причине устье трубы должно возвышаться над устьем шурфа. В процессе бурения скважины отбирают пробы грунта для определения его плотности и природной (естественной) влажности. Стенки скважины не должны не должны быть уплотнены буровым инструментом, чтобы не ухудшилась их поглотитель-ная способность. Для защиты от обрушения шурф заполняют дренажным материалом, например гравием или щебнем с размером частиц не более 20 мм; дренажный материал засыпают после обустройства измерительной скважины. Затем в шурф заливают воду, время начала налива фик-сируют, поддерживают уровень воды постоянным и близким поверхности Земли. При этом, в грун-товом массиве ниже забоя шурфа происходит движение свободной влаги вдоль оси скважины. За движением влаги ведут наблюдение с помощью, например, нейтронного измерителя влажности НИВ-2, зонд 5 которого опускаютна глубину Z1. Скачкообразное увеличение влажности считают моментом прихода фронта влаги на глубину Z1 и фиксируют его t1. Затем зонд 5 опускают на сле-дующую отметку - в точку Z2 и вновь, спустя какое-то время, фиксириют скачок влажности - приход фронта влаги уже на глубину Z2 и время t2. Вновь опускают зонд на глубину Z3 и фиксируют t3 и т.д. по всей глубине грунтового массива через равные отрезки Z. Число точек измерения не должно быть меньше трех. После завершения измерений определяютс-начала коэффициент d по формуле (2). Значение d подставляют в формулу (1) для расчета D0. При этом, определяют по справочникам Wn, а W0 измеряют в процессе бурения измерительной скважины. Причем Zi+1 , Zi+2 определяют как разность между моментом начала налива воды. Расчет коэффициента влагопроводности может быть значительно упрощен, если величину d определяют по предварительно выполненной номограмме (фиг.2), графически интерпретирую-щей зависимость между полной влагоемкостью, природной влажностью и глубиной, т.е. расчета формулу для коэффициента d.
В процессе измерения времени прихода влаги какой-либо из замеров может попадать на ночное время, что неудобно. Чтобы этого избежать, можно изменить процесс, а именно: сначала произвольно выбирая точки Z и, соответственно, Z, произвести измерение времени, построить график t=f (Z) затем, выбрать такие значения Z*, равные друг другу, которые бы соответствовали
3
моментам времени, удобным для измерителя. После этой предварительной операции рабочие измерения производить уже через отрезки глубины Z*. Пример. Определение коэффициента влагопроводности осуществляли в грунтовых усло-виях Таджикистана. Основанием площадки для определения являлись породы с плотностью в сухом состоянии 1,37-1,50 т/м3 в пределах 15-метровой толщи при природной весовой влажности W0 =0,07, пористостью 0,44-0,49. На площадке с помощью шнека открыли шурф диаметром 0,6 м и глубиной 2 м, забоя которого затем прорубили соосную измерительную скважину диаметром 50 м. Скважину обсадили металлической трубой диаметром 57 м. Верх трубы выступал над оголовком шурфа на 0,5 м, оголовок имел высоту 0,4 м. Глубина скважины 20 м, измерения проводили до глубины 15 м. Воду в шурф подавали непрерывно в течение 13 суток, поддерживая постоянным уровень воды в шурфе. Приход фронта влаги в точки, грунтового массива фиксировали нейтронным изме-риелем влажности НИВ-2. Было выполнено шесть измерений, результаты определения приведены в таблице. Эффективность предложенного способа по сравнению с прототипом заключается в повы-шении точности определения коэффициента влагопроводности, обусловленной более полным учетом условий продвижения влаги в грунте, в частности, действия капиллярных сил. Кроме того, за один процесс измерений с помощью известных зависимостей могут быть определены, наряду с коэффициентом влагопроводности, и остальные три параметра водопрони-цаемости грунта - коэффициент фильтрации, водопроницаемости и капиллярности.

Мустафаев А.А. Основы механики просадочных грунтов, М...: Стройиздат,1977, с.38; Ведерников В.В. Определение коэффициента фильтрации почвогрунтов при неполной их насы-щенности