— Все документы — Отраслевые и ведомственные нормативно-методические документы — Проектирование и строительство гидротехнических сооружений — П 717-80 РУКОВОДСТВО ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ВОДОНОСНЫХ ПОРОД МЕТОДОМ ОПЫТНОЙ ОТКАЧКИ

П 717-80 РУКОВОДСТВО ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ВОДОНОСНЫХ ПОРОД МЕТОДОМ ОПЫТНОЙ ОТКАЧКИ

П 717-80 РУКОВОДСТВО ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ВОДОНОСНЫХ ПОРОД МЕТОДОМ ОПЫТНОЙ ОТКАЧКИ

Министерство энергетики и электрификации СССР

ГЛАВНИИПРОЕКТ

Всесоюзный ордена Ленина проектно-изыскательский
и научно-исследовательский институт Гидропроект
имени С.Я. Жука

РУКОВОДСТВО
ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ
ВОДОНОСНЫХ ПОРОД МЕТОДОМ ОПЫТНОЙ ОТКАЧКИ

П-717-80
Гидропроект

Москва Энергоиздат 1981

Описаны способы определения коэффициентов фильтрации и других гидрогеологических параметров водоносных пород методом опытных откачек. Даны рекомендации по выбору схем и формул расчета откачек в различных гидрогеологических условиях при установившемся и неустановившемся режимах фильтрации. Описываются ход опыта и оборудование, применяемое при опытных откачках.

Для инженеров и техников гидрогеологов, работающих на изысканиях для гидротехнического и других видов строительства.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Основной характеристикой водопроницаемости горных пород является коэффициент фильтрации, который служит исходным параметром для всех фильтрационных расчетов. Коэффициент фильтрации может определяться опытными откачками, нагнетаниями и наливами воды, нагнетаниями воздуха, геофизическими и лабораторными исследованиями. Наиболее надежным количественным методом определения этого коэффициента являются опытные откачки. Поэтому они рекомендованы ГОСТ 23278-78 "Грунты. Методы полевых испытаний проницаемости" в качестве основного метода при полевых испытаниях грунтов, залегающих ниже уровня грунтовых вод или кровли напорного пласта.

Фильтрационные расчеты, выполняемые для обоснования проектов крупного гидротехнического строительства, могут быть подразделены на две группы: расчеты, основывающиеся на коэффициентах фильтрации и параметрах неустановившегося движения, и расчеты, основывающиеся только на коэффициентах фильтрации.

К расчетам, для которых необходимы параметры неустановившегося движения - коэффициенты фильтрации и пьезопроводности (уровнепроводности), относятся следующие:

а) определение времени понижения уровня подземных вод при работе водопонижающих установок, ограждающих крупные и глубокиe строительные котлованы, расположенные вдали от рек в городах средней и невысокой водопроницаемости; если такие котлованы расположены вблизи рек в породах хорошо проницаемых, то расчеты обычно производятся по формулам установившейся фильтрации;

б) определение временных потерь из водохранилищ на насыщение берегов для малых рек с расходом менее 50 м3/с в тех случаях, когда уклоны грунтовых вод в берегах незначительны или имеется обратный уклон от реки в глубь берега;

в) расчеты развития подпора грунтовых вод во времени для участков, на которых расчеты по установившемуся движению приводят к выводу о подтоплении; эти расчеты проводят только в том случае, если определение фоков развития подпора имеет практическое знамение.

Во всех приведенных случаях недоучет фактора неустановившегося движения может привести к существенным ошибкам в расчетах. Так, уровни подземных вод в водопонижающих скважинах могут опуститься ниже предельной глубины всасывания насосов, принятые в проекте водопонижающие средства могут быть недостаточно эффективны и т.п.

К расчетам, основывающимся только на коэффициентах фильтрации и не требующим определения параметров неустановившегося движения, относятся:

а) расчеты фильтрационных потерь под плотиной и в обход ее;

б) расчеты для построения сетки движения на участке плотины и, в частности, определения выходных градиентов фильтрационного потока в нижнем бьефе для неоднородного пласта;

в) расчеты притока воды в строительные выемки;

г) расчеты всех противофильтрационных мероприятий (завес, подземных контуров, дренажей и т.п.).

Таким образом, при большинстве фильтрационных расчетов для гидротехнического строительства требуется определение лишь коэффициентов фильтрации и только при некоторых из них также определение параметров неустановившегося движения. Поэтому в задании на производство откачки должна быть указана методика ее проведения, необходимая для определения только тех гидрогеологических параметров, которые требуются для фильтрационных расчетов.

В основу настоящего руководства положены "Инструкция и методические указания по определению коэффициентов фильтрации водоносных пород методом опытных откачек из скважин" И-38-67, составленная Г.К. Маменко [13], а также ряд работ, список которых прилагается.

По сравнению с Инструкцией И-38-67 в настоящем Руководстве сделаны следующие дополнения и изменения. Больше внимания уделено терминологии и основным зависимостям. С целью облегчения схематизации природных условий при подборе расчетных схем расширены понятия об однородности и неоднородности водоносных горизонтов и граничных условиях. Уточнена методика определения расстояний от наблюдательных скважин до центральной и продолжительности откачек при определении гидрогеологических параметров в условиях квазистационарного и неустановившегося режимов фильтрации. Уточнено значение поправки на несовершенство скважин по степени вскрытия пласта.

Широкое развитие гидротехнического строительства в горно-складчатых районах выдвинуло необходимость оценки водопроницаемости трещиноватых скальных и полускальных пород, в связи с чем этому вопросу в настоящем Руководстве посвящен самостоятельный раздел.

В связи с необходимостью снижения стоимости и сокращения сроков выполнения опытно-фильтрационных работ в Руководстве приводятся также экспресс-методы.

Во всех случаях рекомендуется учитывать экспериментальный характер каждого опыта и стремиться получать от него максимум качественной информации путем правильного выбора способов бурения и оборудования скважин; широкого внедрения точных контрольно-измерительных устройств; применения обоснованной методики расчета по схеме, наиболее полно отражающей особенности природной обстановки, условия ведения опыта и требования проекта.

Настоящее Руководство нельзя рассматривать как сводную работу, и которой приведены все методы ведения, обработки и интерпретации результатов опытных откачек. Оно составлено с учетом особенностей производства опытных работ при изысканиях для обоснования проектов гидротехнического строительства, и поэтому в нем изложены только те методы и приемы, которые при этих изысканиях наиболее целесообразны.

В Руководстве не рассматриваются методы ведения откачек с целью решения вопросов водоснабжения, для этого существуют специальные обстоятельные монографии. Формы полевых записей и обработки материалов подробно не рассматриваются, так как они будут помещены в пособии по полевой документации.

В Руководстве учтены замечания А.В. Ростиславлева, Ю.М. Бударина, А.Г. Милихикера, Е.С. Дзекцера.

Раздел 1

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ ПОРОД ОПЫТНЫМИ
ОТКАЧКАМИ

ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ

1. Основными расчетными параметрами водопроницаемости пород являются: коэффициент фильтрации, коэффициент проницаемости, коэффициент водопроводимости, коэффициент пьезопроводности.

Коэффициент фильтрации К представляет собой скорость фильтрации при напорном градиенте, равном единице. По закону Да реи

К = v/J = Q/(FJ)    (1)

при J = 1

К = v = Q/F           (2)

где v - скорость фильтрации (расход воды через единицу площади поперечного сечения грунта, включая площадь сечения порового пространства и скелета грунта); J - напорный градиент; Q - расход фильтрационного потока; F - площадь поперечного сечения потока.

Коэффициент фильтрации иначе может быть определен как фильтрационный расход, отнесенный к площади поперечного сечения потока при градиенте, равном единице. При гидрогеологических расчетах коэффициент фильтрации измеряют в метрах в сутки или в сантиметрах в секунду.

Коэффициент фильтрации вычисляется по формулам, приведенным в приложении 1.

Проницаемостью называется свойство горных пород пропускать через себя жидкости, газы и их смеси при наличии перепада давления (напора); проницаемость зависит от размера сообщающихся между собой пор и трещин в горных породах. Коэффициент проницаемости представляет собой расход жидкости, имеющей вязкость 1 мПа·с, фильтрующейся через поперечное сечение площадью 1 см2 при перепаде давления 0,1 МПа. Он измеряется в дарси (1 дарси=1,02·10-8 см2).

Коэффициент проницаемости может быть выражен формулой

C = QμΔl/(ΔРF),    (3)

где Q - объемный расход жидкости, см3/с; μ - коэффициент динамической вязкости жидкости, мПа·с; Δl - отрезок пути фильтрации, на котором происходит изменение давления ΔР, см; ΔР - перепад давления, МПа; F - площадь поперечного сечения потока, см2.

Связь коэффициента фильтрации К с коэффициентом проницаемости С выражается формулой

K = аCγ/(μ·1000),  (4)

где а - коэффициент размерности; если К выражен в сантиметрах в секунду, то а = 1; если в метрах в сутки, то а = 864; γ - дельная масса воды, 1·103 кг/м3.

Дня воды приближенно можно считать коэффициент проницаемости в 1 дарси, соответствующим коэффициенту фильтрации 1 м/сут.

В табл. 1 приведены средние значения коэффициентов фильтрации v проницаемости для некоторых горных пород для условий движения пресных вод при температуре 20°С (по Н.А. Плотникову).

Таблица 1

Характеристика пород

Коэффициент фильтрации К, м/сут

Коэффициент проницаемости С, дарси

Очень хорошо приницаемые галечники и гравий с крупным песком, сильно закарстованные, сильно трещиноватые породы

100-1000 и более

116-1160 и более

Хорошо проницаемые галечники и гравий, частично с мелким песком, крупный песок, чистый среднезернистый песок, закарстованные, трещиноватые породы

10-100

11,6-116

Проницаемые галечники и гравий с мелким песком и частично глиной, среднезернистые и мелкозернистые пески, слабозакарстованные, малотрещиноватые породы

1-10

1,16-11,6

Слабопроницаемые тонкозернистые пески, супеси, слаботрещиноватые породы

0,1-1

0,12-1,16

Весьма слабопроницаемые суглинки, очень слаботрещиноватые породы

0,001-0,1

1,2·10-3-0,12

Почти непроницаемые глины, плотные мергели и другие массивные породы с ничтожной проницаемостью

< 0,001

<1,2·10-3

Коэффициентом скорости фильтрации К0 называется скорость движения воды в порах или трещинах породы при напорном градиенте, равном единице,

К0 = v/P0 = Q/(P0F),          (5)

где P0 - активная пористость (скважность) пород.

Коэффициент скорости фильтрации и коэффициент фильтрации связаны следующей зависимостью:

К0 = R/Р0.  (6)

Коэффициентом водопроводимости Т называется произведение коэффициента фильтрации на мощность водоносного пласта т

Т = Кт.      (7)

Коэффициент водопроводимости характеризует единичный расход (на 1 м ширины) потока подземных вод при градиенте, равном единице.

Коэффициент пьезопроводности а характеризует скорость перераспределения напора в процессе неустановившегося движения подземных вод и определяется как частное от деления коэффициента водопроводимости на водоотдачу пласта μ. В напорных водоносных пластах водоотдача μ* зависит от сжимаемости пласта и воды. Она оценивается изменением объема воды на единице площади пласта при изменении напора в пределах этой площади на 1 м. Коэффициент пьезопроводности в напорных водах выражается формулой

а = Km/μ*. (8)

В безнапорных водоносных пластах коэффициент пьезопроводности называют коэффициентом уровнепроводности. За значение μ в этом случае принимают водоотдачу пласта при его осушении, определяемую по разности между общей пористостью и максимальной молекулярной влагоемкостью, а за мощность пласта - среднюю мощность фильтрационного потока hcp. Формула для определения коэффициента уровнепроводности имеет вид:

aу = Кhcp/μ.           (9)

Коэффициенты водопроводимости и пьезопроводности (уровнепроводности) измеряют в метрах квадратных в сутки.

Примеры расчета гидрогеологических параметров приведены в приложении 2, состав сводных листов для обработки результатов одиночной и кустовой опытных откачек - соответственно в приложениях 3 и 4.

2. Распределение напоров, скоростей, расходов и других параметров подземного потока внутри изучаемой области движения подземных вод определяется начальными и граничными условиями пласта.

Начальные условия включают: геологическое строение и условия залегания водоносных и соседних с ними пластов; водопроницаемость тех и других, а также условия питания и разгрузки водоносных горизонтов (инфильтрация атмосферных осадков, конденсация, перетекание из соседних пластов, связь с поверхностными водами).

Граничные условия определяются положением пласта в разрезе и в плане. Неограниченным по мощности (в разрезе) пласт считается, если его мощность в 10 раз больше длины водоприемной части скважины (фильтра). В противном случае пласт считается ограниченным по мощности. Неограниченным в плане пласт считается, если плановые границы его не влияют на ход откачки. Ограниченным в плане - если он в пределах депрессионной воронки граничит с водоупорными породами, породами другой водопроницаемости или с водоемом. Полуограниченным пласт считается, если одна из его границ примыкает к водоупорным породам или к берегу водоема.

Наилучшие результаты дают откачки, на ход которых не влияют граничные условия пласта.

РАЗНОВИДНОСТИ ОТКАЧЕК


Возврат к списку
(Нет голосов)

Комментарии (0)


Чтобы оставить комментарий вам необходимо авторизоваться
Самые популярные документы
Новости
Все новости