ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ

 

Характеристикой степени водопроницаемости грунта является коэффициент фильтрации, представляющий собой скорость фильтрации при градиенте напора, равном единице. Скорость фильтрации воды в мелкозернистых грунтах v, м/сут характеризуется законом Дарси:

 

(1)

 

где – коэффициент фильтрации, м/сут; I – градиент напора при разности напоров D H (м) и длине пути фильтрации l (м).

Коэффициент фильтрации определяется в лабораторных условиях в фильтрационных приборах и в полевых условиях с помощью опытных откачек, нагнетаний и наливов.

Методы определения рассмотрены в пособии /2/.

Таблица 3.1.

 

Ориентировочные значения коэффициента фильтрации

некоторых грунтов

 

№ пп	Наименование грунта	Коэффициент фильтрации, м / сут
	Гравийный	100 – 200
	Крупнообломочный с песчаным заполнителем	100 – 150
	Щебень	50 – 100
	Гравийно-галечниковый	10 – 100
	Песчано-гравийный	50 – 100
	Песок крупный	25 – 75
	Песок средней крупности	10 – 25
	Песок мелкий	2 – 10
	Песок пылеватый	0,1 – 2
	Супесь	0,1 – 0,7
	Суглинок	0,005 – 0,4

 

Таблица 3.2.

 

 

Ориентировочные значения коэффициента фильтрации

массива намывных отходов

 

№ пп	Наименование грунта	Коэффициент фильтрации, м / сут
	Шламы	прудковая зона	0,017 –0,22
пляжная зона	1,2 – 1,8
	Хвосты	прудковая зона	2,5 – 3,5
пляжная зона	4,0 – 6,0
	Зола	прудковая зона	0,1 – 0,3
пляжная зона	0,5 – 1,0

 

 

 

Рисунок 1 – Расчетная схема. Вариант 1

 

 

 

Рисунок 2 – Расчетная схема. Вариант 2

 

 

 

Рисунок 3 – Расчетная схема. Вариант 3-1

 

 

 

 

Рисунок 4 – Расчетная схема. Вариант 3-2

 

 

 

 

Рисунок 5 – Расчетная схема. Вариант 4

 

5. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ФИЛЬТРАЦИОННЫМ РАСЧЕТАМ (общие положения)

Фильтрационные расчеты выполняются при параметрах накопителя, указанных в задании на проектирование: назначение, тип и основные размеры накопителя; отметка воды в отстойном пруде; варианты ограждающей дамбы, противофильтрационных и дренажных элементов; инженерно-геологические условия площадки; параметры массива отходов – ширина пляжа и толщина слоя донных отложений прудковой зоны; инженерно – гидрогеологические условия и внешние водоемы, фильтрационные характеристики грунтов основания, тела дамбы и массива складируемых отходов в пляжной и прудковой зонах, таблица 4.1.

В проекте и расчетах могут быть учтены дополнительные факторы, задаваемые индивидуально для реального объекта (например, данные, полученные на производственной практике и используемые далее в дипломном проектировании, или параметры, рекомендуемые заказчиком конкретного сооружения).

Исходные данные, необходимые для проектирования и расчетов, принимаются по проектному заданию (табл. 4.1.).

Предварительно построенные на миллиметровке в масштабе 1:50 или 1:100 расчетные схемы (Рис. 1-5), характеристики грунтов и другие исходные данные необходимо согласовать с руководителем проекта до выполнения расчетов и дальнейших построений.

В первом разделе проекта расчеты выполняются по формулам пособия /1/. При этом для неоднородного основания, сложенного несколькими слоями проницаемых грунтов, принимаем осредненный коэффициент фильтрации, определяемый по пособию /2/. Цель этих расчетов – построение кривой депрессии фильтрационного потока в теле дамбы и ее основании и оценка фильтрационных потерь из накопителя при различных схемах подземного контура. В этомразделе не требуется точное графическое построение эквипотенциалей и линий токов; результаты расчетов рассматриваются как ориентировочные. Отметим, что эти результаты не всегда совпадают с более точными расчетами, выполняемыми численным методом.

Во втором разделе проекта выполняется основной объем расчетов, необходимых для обоснования наиболее экологически приемлемого варианта сооружения. Эти расчеты выполняются с использованием вычислительного моделирования фильтрационной задачи в плоско-вертикальной постановке. Алгоритм и программа расчета основаны на методе конечных разностей, в соответствии с которым на математической модели сплошной грунтовый массив области фильтрации рассматривается как дискретный, разделенный на определенное количество расчетных блоков. Методические рекомендации по выполнению данного цикла расчетов приведены ниже, в гл 7.

В результате должны быть построены полные гидродинамические сетки (Рис. 6-9) с соблюдением следующих закономерностей: ортогональность во всех пересечениях линий тока с эквипотенциалями; ортогональность в пересечениях линий тока с проницаемой поверхностью дна отстойного пруда, внешнего дренажного канала или другого водоема, рассматриваемого как область стока. При этом положение кривой депрессии и участка высачивания определяется как в пределах профиля дамбы, так и ниже, до боковой проницаемой границы области фильтрации, на которой должно быть задано боковое граничное условие (БГУ), определяемое наблюдениями во внешней скважине, расположенной на контуре зоны гидродинамического влияния накопителя.

 

 

 

 

Рисунок 6 – Результаты расчета. Накопитель без дренажа

 

 

 

Рисунок 7 – Результаты расчета. Накопитель с внутренним дренажом

 

 

 

Рисунок 8 – Результаты расчета. Накопитель с внешним дренажом

 

 

 

 

Рисунок 9 – Результаты расчета. Накопитель, максимально заполненный водой и отходами

 

 

Кривая депрессии и эквипотенциали строятся в процессе математического моделирования, а линии тока – графически, т.е. используется графо-аналитический метод.

По сеткам с использованием известных положений основного закона фильтрации (пособие /2/) определяются:

· расход q, высачивающийся на поверхность низового откоса дамбы и на поверхность основания при отсутствии или отказе дренажа;

· расход q₁, поступающий во внутренний или внешний дренаж, направляемый из него в бассейн осветленных и дренажных вод (БОВ) и затем возвращаемый в систему гидротранспорта отходов предприятия ( принимаем, что этот расход не участвует в загрязнении подземных и поверхностных вод).

· расход q₂, проходящий транзитом по проницаемому основанию дамбы и определяющий загрязнение подземных и поверхностных вод (при высачивании во внешний водоем, расположенный в нижнем бьефе дамбы);

Фильтрационные расчеты завершаются сравнительным анализом рассмотренных вариантов. В анализе сравниваются:

· положение кривой депрессии;

· параметры участка высачивания;

· расходы потока, поступающего в дренаж, и транзитного потока;

· экранирующий эффект слоя намывных отложений отходов;

· другие факторы, определяющие уровень экологической безопасности объекта; например, формирование эффекта гидравлической завесы (пособие /1/).

Анализ завершается выводом противофильтрационной эффективности сравниваемых вариантов и рекомендациями по альтернативным техническим решениям, направленным на повышение экологической безопасности и эксплуатационной надежности данного объекта (эти решения предлагаются авторами без проведения дополнительных расчетов).