ГИДРО­ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ОРОШАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

РАСЧЕТЫ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ДРЕНАЖА ПРИ СТАЦИОНАРНОМ ИНФИЛЬТРАЦИОННОМ ПИТАНИИ

Основные расчеты линейного систематического дренажа (ли­нейного и площадного) производятся при равномерном стацио­нарном площадном питаний. При этом в качестве исходного при­нимается условие поддержания заданного уровня грунтовых вод между дренами.

Как следует из обоснования геофильтрационной схематизации (см. гл. 1, § 3), в качестве типовых расчетных схем строения по­тока по вертикали примем: 1) однопластовую схему, которая в за­висимости от отсутствия или наличия покровных отложений может иметь однородное или двухслойное строение (см. рис. 35, а, б), и 2) двухпластовую схему соответственно трех - и четырехслойного строения (рис. 46). Такая типизация строения водоносных отложе­ний (отдельно по количеству пластов и по количеству слоев) при­нята в связи с тем, что общие условия формирования фильтраци­онного потока между дренами (а вместе с тем и общее построение расчетных зависимостей) определяются количеством водоносных пластов, а гидродинамическое несовершенство дренажа зависит, кроме того, от строения водоносного комплекса (характеристик покровного и разделяющего слоев).

Расчетная интенсивность площадного питания w в однопласто - вой системе складывается из интенсивности инфильтрационного питания оросительными водами w0, определяемой по данным вод - нобалансовых исследований (см. гл. 2, § 2), и из интенсивности «напорного» питания wH, поступающего из нижележащих горизон­тов. В двухпластовой системе целесообразно разделять эти вели­чины, считая расчетную интенсивность площадного питания в верх­нем пласте Wi = w0, а в нижнем пласте w2 = wH, причем величины wH, как правило, следует определять по данным регионального мо­делирования.

Рис. 46. Двухпластовая схема строения по­тока по вертикали:

РАСЧЕТЫ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ДРЕНАЖА ПРИ СТАЦИОНАРНОМ ИНФИЛЬТРАЦИОННОМ ПИТАНИИ

РАСЧЕТЫ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ДРЕНАЖА ПРИ СТАЦИОНАРНОМ ИНФИЛЬТРАЦИОННОМ ПИТАНИИ

РАСЧЕТЫ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ДРЕНАЖА ПРИ СТАЦИОНАРНОМ ИНФИЛЬТРАЦИОННОМ ПИТАНИИ

1 — трехслойная, когда дрена вскрывает первый водоносный пласт; 2 — четырехслойная, когда дрена находится в покровных отложениях

РАСЧЕТЫ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ДРЕНАЖА ПРИ СТАЦИОНАРНОМ ИНФИЛЬТРАЦИОННОМ ПИТАНИИ

Рис. 47. Систематический горизонтальный дренаж в однопластовой системе:

А — сечение потока поперек дрен; б — фрагмент потока у дрены при наличии экранирующего слоя в покровных отложениях; !—уровни свободной поверхности; 2 — напоры в основном пласте

А

Щшт.

I И I I I I И I?

При построении расчетных зависимостей для глубоких горизон­тальных дрен, располагаемых на значительных расстояниях L друг от друга, как правило, можно принимать на междудреньи поток плановым с постоянной проводимостью, а несовершенство дренажа учитывать введением локального сопротивления по соотношениям, приведенным в разделе 1 настоящей главы. Как показывают ре­зультаты тестового моделирования для однопластовой системы, та­кой подход реально применим, если общая мощность дренируемого пласта т не превышает 0,25L. В противном случае при расчетах следует считать водоносный пласт неограниченным по мощности.

В однопластовой системе (рис. 47) для основного рас­четного случая (при m<0,25L) связь напора на междудреньи Я• и на линии дренажа Ял устанавливается приведенными в [13, 38] уравнениями симметричного инфильтрационного потока. На осно­вании этих уравнений, принимая плоскость сравнения на уровне воды в дрене (Яд = 0), запишем формулу для определения рас­стояния между дренами в виде

1 = + (3.46)

При наличии покровных отложений величина напора Я0 в се­чении посередине между дренами может заметно отличаться от
уровня поверхности воды в покровном слое Н°п за счет потери на­пора на перетекание инфильтрадионного потока в покровном слое, определяемого по выражению = wm° Jka. В однородном

Пласте глубиной h° эту разницу напоров (среднего по пласту и на свободной поверхности) можно определять из того же выражения, заменяя т°п на h0/3, где h° — глубина потока посередине между

Дренами.

Для расчетов систематического комбинированного дренажа в формуле (3.46) следует считать 1д = £Кд, причем величина LKд определяется по формуле (3.7), а плоскость сравнения напоров за­дается на уровне расчетного напора комбинированного дренажа, определяемого по формуле (3.7а). Для расчетов прерывистого дре­нажа следует принять 1д = 1пд, определяя ІЦД по формуле (3.8). При необходимости учета притока по длине горизонтальной дрены прерывистый дренаж должен рассчитываться как комбинирован­ный, причем расчетная длина 1кд для такого дренажа определяется формулой (3.7), в которой заменяется L^c на £пд, a LнД опреде­ляется для горизонтальной дрены без учета «окон».

Как показывает решение тестовых задач на моделях ЭГДА, та­кие расчетные зависимости применимы, если мощности пластов (водоносного и покровного) не превышают величины 0,21. Если эти условия не соблюдаются, то для расчета следует использовать зависимости, применимые для схемы пласта неограниченной мощ­ности [1, 14J.

Значительное влияние на работу горизонтального дренажа мо­жет оказать строение покровных отложений и, особенно, содержа­ние в них слоев, представленных тяжелыми глинистыми разно­стями. При одном порядке значений коэффициентов фильтрации слоев учет слоистости можно произвести, вводя приведенную мощ­ность покровных отложений тт по отношению к проницаемости, в котором располагается дрена

П

РАСЧЕТЫ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ДРЕНАЖА ПРИ СТАЦИОНАРНОМ ИНФИЛЬТРАЦИОННОМ ПИТАНИИ

(3.47)

Где ГПі и ki — мощности и коэффициенты фильтрации t'-ro слоя, a k\ — расчетный коэффициент фильтрации, задаваемый для верх­него слоя (на уровне дрены). Возможность применения такого при­ема подтверждалась результатами моделирования дренажа в слои­стой системе, однако большой диапазон возможных условий не по­зволяет четко установить его оптимальные границы, так что в каждом случае он требует подтверждения тестовым моделиро­ванием.

Особое значение следует придавать слабопроницаемым слоям небольшой мощности, залегающим вблизи дрены, имея в виду, что даже слои мощностью порядка 0,1 м при коэффициентах фильтра­ции порядка 0,001—0,01 м/сут могут иметь принципиальное зна­чение, особенно при малых междудренных расстояниях.

Нередко в основании покровных отложений имеется относи­тельно слабопроницаемый слой, в частности, оказывающий экрани­рующее влияние на поток под дреной. Рассмотрим одномерный ста­ционарный в плане поток вблизи горизонтальной дрены при нали­чии такого экранирующего слоя (см. рис. 47, б), принимая поток в экранирующем слое вертикальным и в верхнем слое горизонталь­ным, а в подстилающем водоносном пласте считая напор Ял неиз­менным.

Тогда распределение напоров Я в верхнем слое представляется дифференциальным уравнением перетекания

' ФН,,» я,-// .

+ К ----- г--- -0, (3.48)

От­

Решение которого в слое неограниченной длины имеет вид

(3.49)

Где Я° — средний напор на линии дрены (при х = 0). Учет гидро­динамического несовершенства дрены в верхнем слое производится по методу локальных сопротивлений, согласно которому удельный приток в дрене qn связывается со средним напором Я° при

Яд = 0 соотношением Я0

<7д = *Х-7Г-> (3-50)

Нд

Где 1°нд — параметр несовершенства дрены в верхнем слое, кото­рый при однородном строении верхнего слоя и отсутствии входных сопротивлений дрены определяется по формуле (3.1а) при т = = тг.

ОЪ'п,' ІН

П

Расход дрены получим дифференцированием уравнения (3.49)

_п = (Я - Я®) V (3.50а)

Сопоставив выражения (3.50) и (3.50а), исключим из них Я° , после чего получим

Нл-н°д=-------- - Л-Т(Г-, ------- —п~ (3-51)

1+2* А Д "0,5 + М<нд

Отсюда получается выражение для параметра несовершенства дрены 1Нд по отношению к основному пласту проводимостью Т

П'"п

Пример расчета. Дрена с расчетным диаметром йд=1,05 м располагается в покровных отложениях мощностью (под дреной) тп=5 м с коэффициентом фильтрации 0,5 м/сут; проводимость подстилающего пласта Г» 150 м2/сут.

По формуле (З. Іб) находим параметр сопротивления на несовершенство дренажа

^«0,73^18 5-^^- 240 м.

При а>=10~3 м/сут и Н°=1,5 м по формуле (3.47) получим расстояние между дренами

Z. = 4

150"

[д/2402 + '25° jQ-f - - 240J == 690 м.

Рассмотрим теперь влияние залегающего в основании покровных отложе-

//

Ний слабопроницаемого слоя мощностью тп =0,5 м с коэффициентом фильтра - tt

Ции kn =0,01 м/сут. Проведем расчет величины Laд по формуле (3.51а) при /гп =0,5 м/сут и тп = 4,5 м, вычисляя предварительно согласно (3.16),

2 • 4,5

^нд = 0,73 ■ 4,5 lg 3 fH/105 =1.5 М и Тогда

= 0,515Q4,5 (ТТW + 1>5) = 470

Что при тех же условиях дает расстояние между дренами L = 430 м. Как видно, наличие слабопроницаемого слоя требует здесь значительного умень­шения расстояния между дренами.

Значительное влияние на работу дренажа оказывают также маломощные хорошо проницаемые слои, расположенные в непо­средственной близости от дрены. Это положение подтверждают ре­зультаты моделирования работы дренажа в толще суглинков мощ­ностью 50 м с коэффициентом фильтрации 0,1 м/сут, содержащей песчаный прослой с коэффициентом фильтрации 5 м/сут. На мо­дели оценивался напор между дренами с расстояниями L = 100 м и w = 2-10~3 м/сут при различных положении и мощности песча­ного прослоя; результаты решения задачи приведены в табл. 35.

Как видно из этих данных, особое значение следует придавать таким песчаным прослоям, которые залегают в пределах глубины дренажа, причем в этом случае в первую очередь важно установить

Мощность слоя, м

3

1

0,5

0,25

1

0,5

0

Напор между дре­

0,22

0,3

0,38

0,41

2,14

2,96

4,5

Нами, м

ТАБЛИЦА 35

Результаты решения задачи по учету влияния песчаного слоя на работу дренажа

Местонахождение слоя

Слой находится в пределах глубины дрены

Слой под дреной

Слой отсутствует

Сам факт присутствия такого слоя, поскольку его мощность не имеет принципиального значения.

С углублением слоя под дрену картина резко меняется, и ра­бота дренажа становится затрудненной, а при некоторой глубине залегания слоя его наличие не сказывается на фильтрации к дрене.

Для линейного систематического дренажа в двухпласто - вой системе вывод расчетных зависимостей приведен в прил. 1. В этом случае напор Н'0 в верхнем пласте между дренами опреде­ляется уравнением (13) прил. 1, причем величина L' представляет

Собой параметр несовершенства дрены по отношению к верхнему пласту (т. е. считая разделяющий пласт водоупором). При условии

L.- Тг

Двухпластовая система может рассматриваться как однопластовая, причем из выражения (14) прил. 1 следует, что в этом случае рас­стояние между дренами может определяться по формуле (3.46) при параметре несовершенства дрены

- Ж, + ТГ 4 » ~ Л/І^П - Т = ^ + <3-53>

Выражение (3.53) можно распространить и на многослойные пла­сты. Покажем путь такого решения на примере трехпластовой си­стемы, в которой добавляется нижний пласт проводимостью Т3 с разделяющим слоем мощностью mf0 и коэффициентом фильтра­ции k'Q. В этом случае можно считать величину LK по формуле (3.53), заменяя в ней //д на L", равную 1д для двух верхних пла­стов (при Т = Т] + Т2), а при определении коэффициента перетека­ния Т на Ті + Т2+Тз, Ті на Тг + Т2, Т2 на 7s, kQ на k'Q и m0 на m'0,

Т. е. получим

Г __ .__ ______ Тз_ __ і Ті 4- Т» 4- Тз г"

* 2 (Ті 4- Т2) Ь' Т\ 4- Т2 д'

V %(Т\ + Г2)Г3

При этом должно выполняться также условие для Ь = Ь'.

Fn-L

1

V:

В частности, для условий монотонного чередования водоносных слоев с одинаковой проводимостью km и слабопроницаемых раз­деляющих слоев с одинаковыми значениями удельных сопротивле­ний rripfkр общий параметр сопротивления несовершенства дренажа определяется по формуле [28]

І VІ (І — 1)

Kp

ШБ7' (З-54*)

Где L' — сопротивление дренажа относительно 1-го слоя, ад — д

Число пластов. Для двух пластов f2 — 0,36, для трех /з = 0,5, для пяти f5 — 0,61, при большом числе пластов можно считать fn = = too = 0,79.

Рассмотренный выше критерий применим и к анализу ситуации, когда фильтрационные свойства пластов различны. Исследования показывают [28], что при расчетах дренажа в слоистбй толще не­редко достаточно рассматривать только первые два пласта.

При рассмотрении потоков большой протяженности вертикаль­ные сопротивления, возникающие за счет наличия в разрезе слабо­проницаемых слоев, можно не учитывать при L > 6п/Ь. Это дает возможность при прогнозах изменения уровня на больших терри­ториях схематизировать поток как плоский в плане.

В тех случаях, когда дрена находится в покровных слабопро­ницаемых отложениях, нередко оказывается Ln^>L. При этом в формуле (3.9) можно считать = и принимать Ьвд из (3.16), так что выражение для напора между дренами примет вид

Но — //д 0,73 ig, (3.55)

В котором напор между дренами не зависит от фильтрационных свойств водоносного горизонта. В многопластовых системах при наличии покровного слоя вероятность такой ситуации еще выше, поскольку сопротивление дрены увеличивается за счет влияния слабопроницаемых слоев.

Из анализа работы дренажа в слоистых системах следует, что основное внимание при исследовании должно быть обращено на изучение верхней части разреза, особенно покровных отложений. Глубина исследований зависит от положения в разрезе второго водоносного горизонта. При большой мощности слоя, разделяю­щего два пласта, определяющую роль будет играть только первый пласт, на изучении которого и следует сконцетрировать внимание.

Одной из расчетных схем, учитывающих подпитывание дренажа из нижележащих пластов, является схема «напорного питания» [1], в которой принимается, что при работе дренажа остается не­изменным исходный напор в пластах, подпитывающих первый от поверхности водоносный пласт. Для определения напора посере­дине между дренами в этом случае можно пользоваться уравне­нием (25) прил. 1. Однако эта расчетная схема является чрез­мерно жесткой и ее использование может быть оправдано только при учете подпитывания из глубоких горизонтов дренажа неглубо­кого заложения.

ГИДРО­ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ОРОШАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

Квалифицированные услуги в области геологического обследования участка

Невозможно начать возведение дома без начального изучения геологического изыскания. Строительные нормы, используемые при возведении стен, напрямую зависят от полученных результатов изучения почвы. Что такое геология для строительства и как получить …

Инженерная геология в Киеве

Геологические исследования играют большую роль при масштабном строительстве домов, несущих конструкций и производственных мощностей. Среди большого спектра услуг инженерная геология занимает почетное место в потребительском рейтинге на рынке. Компания «Геоплан» …

Геологические исследования

Анализ состояния грунта - это один из самых важных этапов перед началом строительства. Данный спектр исследований позволяет всесторонне и объективно оценить положение дел на строительной площадке, чтобы конструктор мог правильно …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Контакты для заказов шлакоблочного оборудования:

+38 096 992 9559 Инна (вайбер, вацап, телеграм)
Эл. почта: inna@msd.com.ua