Методы определения коэффициента фильтрации

Знания величины коэффициента фильтрации Кф грунта, в том числе и торфа, необходимо при решении многих задач, связанных с осушением торфяных месторождений, строительством различных гидротехнических сооружений (плотин, шлюзов и др.)

Коэффициент фильтрации определяют в лабораторных и полевых условиях. В лабораторных условиях используют фильтрационные приборы Каменского, Дарси, Тима [11] и др., которые не в полной мере учитывают специфические условия фильтрации в торфе. Для определения в лабораторных условиях фильтрационных и деформационных свойств торфа в Калининском политехническом институте разработан фильтрационно-компрессионный прибор ФКП-1 [12] (рис. 2.4). Он состоит из набора сочлененных колец 1, в которые помещаются образцы торфа. Внутри колец может свободно перемещаться поршень 2. Величина перемещения поршня фиксируется с точностью 1×10^-5 м индикатором часового типа 3. Фильтрационные свойства определяются пьезометром 4. Нагрузку 5 прикладывают на поршень через систему рычагов ступенями – 10, 20,40,60,100 и 150 кПа, и под каждой ступенью торф выдерживается не менее 24 часов. Перед каждой ступенью нагрузки определяется (по скорости снижения уровня воды в пьезометре) коэффициент фильтрации по формуле

, (2.10)

где Кф¹⁰ – коэффициент фильтрации торфа, приведенный к температуре 10°С, м/с; – функция, зависящая от наблюдаемого падения уровня S и первоначальной высоты S0; t – время падения уровня воды, с; f – площадь сечения пьезометра, м²; F – площадь сечения кольца, м²; l – высота образца торфа, м; t – температурная поправка Хазена (t = 0,7 + 0,03t), здесь t – температура воды во время опыта, °С.

Рис. 2.4. Фильтрационно-компрессионный прибор ФКП-1

Лабораторные методы не всегда отражают действительную картину водопроницаемости болотных отложений в их естественном залегании, поскольку залежи отличаются исключительной неоднородностью и имеют множество элементов макро- и «сверхмакроструктуры» в виде ходов, жил, водяных мешков и т.д., по которым переносится более 60 % всего транзитного потока внутризалежной воды [12]. Поэтому лабораторные методы должны играть в большинстве случаев вспомогательную роль. Наиболее надежными в таких условиях следует считать полевые методы определения коэффициента фильтрации непосредственно в торфяных залежах. Наиболее простыми и распространенными являются метод восстановления уровня воды в скважине (метод Эркина) и метод Козени (Кафаги) или так называемый метод экспресс-налива [8]

Определение Кф по методу восстановления уровня воды в скважине (методу Эркина) сводится к одноразовому отливу воды из скважины с последующими измерениями уровней воды по мере заполнения скважины водой, притекающей из толщи залежи.

Коэффициент фильтрации определяют после достижения почти полного выравнивания уровня в скважине с первоначальным уровнем грунтовых вод (УГВ). Скважина в торфяной залежи выполняется шнековым буром диаметром 0,10 – 0,20 м. В сильно обводненной залежи, где стенки скважины неустойчивы, в нее вставляют перфорированную обсадную трубу. Расчет Кф ведется по формуле Г.Д. Эркина [14]

, (2.11)

где d – диаметр скважины; H – глубина воды в скважине; y1 – глубина первоначального УГВ; y2 – глубина уровня воды в скважине после откачки; y3 – глубина уровня воды в скважине после восстановления за время t.

Рис. 2.5. Схема определения Кф

по методу восстановления

уровня воды в скважине

по методу восстановления

уровня воды в скважине

Для достоверного определения Кф опыт следует многократно повторить.