Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1
 

77 страниц

Купить П 28-74/ВНИИГ — официальный бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Цена на этот документ пока неизвестна. Нажмите кнопку "Купить" и сделайте заказ, и мы пришлем вам цену.

Официально распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль".

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

Руководство является практическим пособием по определению характеристик, необходимых для оценки водопроницаемости и фильтрационной прочности скальных оснований гидротехнических сооружений, исключая определение характеристик устойчивости пород к выщелачиванию (химической суффозии). Руководство является развитием главы СНиП по проектированию оснований гидротехнических сооружений в части определения перечисленных в ней характеристик скальных оснований гидротехнических сооружений.

  Скачать PDF

Оглавление

Введение

1 Общие положения

Область применения Руководства

Некоторые понятия, определения и условные обозначения

2 Основные закономерности движения воды по трещинам. Некоторые примеры расчетов фильтрации в скальных массивах

Движение воды в трещинах с параллельными стенками

Фильтрация в клиновидных трещинах

Расчет фильтрации в трещине методом нагнетания в нее воды из скважины

Условия возникновения турбулизации осерадиального потока в трещине

Расчетный метод определения водопроницаемости скального массива с четко выраженной системой трещин

3 Расчетные методы оценки фильтрационно-суффозионных свойств заполнителя трещин и глинистых прослоек в скальных массивах

Оценка водопроницаемости несвязного зернистого заполнителя — материала тектонического дробления вмещающей породы

Оценка водопроницаемости глинистых прослоек в скальных массивах

Оценка суффозионных свойств заполнителя трещин, карстовых полостей, прослоек и самой вмещающей породы в скальных массивах

Основные виды механической суффозии в скальных массивах

4 Определение водопроницаемости и фильтрационной прочности скальных массивов в полевых условиях

Определение суффозионной устойчивости заполнителя трещин и вмещающей породы

Способы определения влияния сжимающих нагрузок на водопроницаемость трещиноватого скального массива

Определение водопроницаемости скальных массивов

Определение коэффициента фильтрации по данным откачек в пласте неограниченной мощности

Определение коэффициента пласта по данным опытных нагнетаний

5 Методика фильтрационно-суффозионных исследований, проводимых в лабораторных условиях

Приложение I. Таблица характеристик шероховатости поверхностей разрыва образцов песчано-цементного камня, песчаника, бетона и некоторых скальных пород

Приложение II. Способ испытания на суффозионную устойчивость заполнителя крупных тектонических трещин, выходящих на дневную поверхность скального массива

Приложение III. Гидравлический способ определения раскрытий крупных трещин в скальном массиве

Приложение IV. Определение в лабораторных условиях с помощью прибора типа "Керн" характера изменения проницаемости образца скального грунта при всестороннем его обжатии

Приложение V. Способ определения in situ фильтрационно-суффозионных и деформативно-прочностных свойств скального грунта при сложном напряженном его состоянии

Приложение VI. Прибор для испытаний несвязного зернистого материала (заполнителя трещины) на водопроницаемость и устойчивость по отношению к первому и второму видам механической суффозии

Приложение VII. Суффозионный щелевой лоток для определения устойчивости заполнителя трещин и вмещающей народы к поверхностному размыву фильтрационным потоком (эрозии)

Приложение VIII. Установки Бора для экспериментального определения суффозионной устойчивости заполнителя трещин или глинистых прослоек в скальном массиве

Приложение IХ. Установки для испытания образцов заполнителя на суффозионную устойчивость при внутреннем продольном его размыве и выдавливании из трещины (второй и пятый виды суффозии)

Список литературы

Показать даты введения Admin

Стр. 1
стр. 1
Стр. 2
стр. 2
Стр. 3
стр. 3
Стр. 4
стр. 4
Стр. 5
стр. 5
Стр. 6
стр. 6
Стр. 7
стр. 7
Стр. 8
стр. 8
Стр. 9
стр. 9
Стр. 10
стр. 10
Стр. 11
стр. 11
Стр. 12
стр. 12
Стр. 13
стр. 13
Стр. 14
стр. 14
Стр. 15
стр. 15
Стр. 16
стр. 16
Стр. 17
стр. 17
Стр. 18
стр. 18
Стр. 19
стр. 19
Стр. 20
стр. 20
Стр. 21
стр. 21
Стр. 22
стр. 22
Стр. 23
стр. 23
Стр. 24
стр. 24
Стр. 25
стр. 25
Стр. 26
стр. 26
Стр. 27
стр. 27
Стр. 28
стр. 28
Стр. 29
стр. 29
Стр. 30
стр. 30

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР ГЛАВНИИПРОЕКТ

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ имени Б. Е. ВЕДЕНЕЕВА

РУКОВОДСТВО

ПО МЕТОДИКЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННО-СУФФ03И0ННЫХ СВОЙСТВ СКАЛЬНЫХ ОСНОВАНИЙ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

П 28-74 ВНИИ?

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР ГЛАВНИИПРОЕКТ

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

научно-исследовательский институт гидротехники

имени Б. Е. ВЕДЕНЕЕВА

РУКОВОДСТВО

ПО МЕТОДИКЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННО-СУФФОЗИОННЫХ СВОЙСТВ СКАЛЬНЫХ ОСНОВАНИЙ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

П 28-74 ВНИИГ

«ЭНЕРГИЯ» Ленинградское отделение 1975

сжимающей нагрузки в направлении, перпендикулярном простиранию трещин; а — напряжение (интенсивность действующей нагрузки);

Еп — модуль деформации скальной породы в монолите; Ес — модуль деформации скального массива; до— величина начального раскрытия трещин в массиве при разгруженном его состоянии; k0 — коэффициент фильтрации ненагруженного массива; di — диаметр частиц, соответствующий обеспеченности, равной i, по кривой зернового состава грунта; dQ — гидравлически эквивалентный диаметр пор, примерно равный осредненному поперечнику поровых каналов в местах их сужений;

^х—^г—коэффициент разнозернистости (по Хазену);

®10

т]к — параметр неоднородности (по В. Н. Кондратьеву); Ф — поправочный коэффициент, учитывающий форму сечения порового канала;

Дм — удельный вес частиц мелкозернистых фракций (d< 1 мм) грунта (заполнителя трещин);

Лк — удельный вес крупных частиц грунта (заполнителя);

у — объемная масса сухого грунта; п — пористость грунта в долях единицы;

Ем — коэффициент пористости мелкозема; ет — коэффициент пористости мелкозема на границе его текучести;

Wn — число пластичности мелкозема;

Wj — влажность мелкозема на границе его текучести; рм — относительное весовое содержание частиц мелкозема в грунте (по кривой зернового состава); рк — относительное весовое содержание крупных частиц в грунте.

2. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ВОДЫ ПО ТРЕЩИНАМ. НЕКОТОРЫЕ ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ ФИЛЬТРАЦИИ В СКАЛЬНЫХ МАССИВАХ

Движение воды в трещинах с параллельными стенками

0)

2.1. Зависимости между градиентом напора и средней скоростью движения воды (также любой ньютоновской жидкости) в трещине с параллельными стенками для ламинарного и турбулентного режимов фильтрации можно представить в виде:

___

v* ~ 12* (1 + Л/6)

10

*T = i°-i/-4г

(2)

V i+T

где входящие в знаменатели формул двучлены 1 + -у- и V 1+Т

Л

W20

5 см


характеризуют влияние шероховатости стенок трещины и показывают, во сколько раз уменьшается в этой трещине скорость течения жидкости относительно скорости ее течения в щели с таким же раскрытием, но абсолютно гладкими стенками; влияние шероховатости стенок на проницаемость трещин заметно возрастает при 6<1 см.

Рис. 1. Схема установки для получения профилограммы участка шероховатой поверхности и виды профилограмм поверхности образцов песчаника

/—осветитель; 2—пластинка с узкой прорезью; 3—образец скальной породы; 4-рамка из бумаги; 5—профилограмма; б—фотоаппарат.

2.2.    В качестве характеристики шероховатости стенок трещины следует выбирать коэффициент развития их поверхности хг. Этот коэффициент отражает физическую сущность взаимодействия жидкости со стенками вмещающей ее трещины и с его помощью наиболее отчетливо выявляется влияние шероховатости на проницаемость трещин.

2.3.    Коэффициент X2 = xi2 можно определить путем обработки профилограмм сечений наиболее типичных участков поверхности стенок трещины. Обработка состоит в измерении длины 1\ профилограмм и вычислении значений коэффициента xi развития профиля на каждом участке длиной /2, т. е. xj = /i//2, а также в измерении высоты и пустоты макровыступов шероховатости В качестве примера эти данные для песчано-цементного камня, нурекокого песчаника и бетона приведены в таблице Приложения /.

2.4.    Для получения профилограммы предлагается метод «светового сечения» шероховатой поверхности. Суть этого метода становится ясной из рассмотрения рис. 1. В кадровый канал

11

осветителя, (удобнее всего взять обычный фотоувеличитель) закладывается пластинка с узкой прорезью (щелью) шириной 0,1 — 0,2 мм. Через эту щель проходит очень тонкий плоский пучок света — «световой нож», освещающий под углом в 45° шероховатую поверхность образца скальной породы вместе с лежащей на ней рамкой из бумаги, которая имеет строго определенную длину внутреннего выреза.* Образовавшуюся при таком освещении «профилограмму» фотографируют сверху фотоаппаратом и затем с полученных негативов делают увеличенные отпечатки. Масштаб профилограмм определяют по известному в натуре расстоянию /2 между световыми «рисками» на рамке, которые также фиксируются на снимке.

Рис. 2. Изменение гидравлических параметров шероховатости стенок трещины в зависимости от коэффициента развития их поверхности.

2.5 С увеличением коэффициента развития поверхности стенок хг гидравлические параметры шероховатости А и В возрастают (рис. 2).

Связь между этими параметрами и коэффициентом хг выражается эмпирическими формулами:

А = 5(*з—1) см; 1

В = 170 (х3-1)2 см. ]    К    }

откуда следует, что В =6,8 Л1 2.

В табл. 1 предложена классификация шероховатости стенок трещин, основанная на величине отношения проницаемости трещин с абсолютно гладкими и шероховатыми стенками.

2.6. При увеличении градиента напора сверх так называемого «критического» его значения ламинарная фильтрация через тре-

Категории

Характеристика шероховатой

Коэффициент

развития

Гидравлические параметры шероховатости, см

Для каких трещин наиболее характерна эта шероховатость

шерохова

тости

поверхности стенок трещин

поверхности стенок трещин, Ч

А

в

I

Практически гладкие стенки

<1,004

<0,02

<0,003

Трешины, шероховатость стенок которых почти полностью сглажена тектоническими подвижками блоков массива

Л

Малая шероховатость

1,004-т-1,02

0,02 т-0,10

0,003-0,068

III

Пониженная шероховатость

1,02+1,05

о

©■

0,068-0,42

Трешины в песчаниках, слабых известняках и т. п.

IV

Средняя шероховатость

1,05-7-1,10

0,25-0,50

0,42 : 1,7

Трещины в массивах мелкокристаллических скальных пород

V

Повышенная шероховатость

§

т

о

0,50-1,0

1,7 , 6,8

Трещины в массивах крупнокристаллических пород

VI

Высокая шероховатость

>1,20

>1,0

>6,8

Трещины в бетонных конструкциях

щину сравнительно быстро сменяется турбулентной (см. графики на рис. 3).

Рис. 3. Графики изменения скорости течения воды через трещины в скальном массиве (Л — 1,1 и В = 8,5 см) в зависимости от градиента напора (при Г:=20оС).


ёЩ1

(4)

а) Общее выражение «критического» градиента напора можно получить, приравняв соответствующие значения «критической» скорости по формулам (1) и (2):

Л = 1,44-10‘

В

1 + R •

Следовательно, критический градиент возрастает пропорционально квадрату вязкости фильтрующейся через трещину жидкости.

б) Из преобразованного выражения (4):


Л


1,44-10‘


v3 (В + А) 2 gb> (Ь + ву


видно, что при увеличении раскрытия весьма тонких трещин, для которых А и В>6, «критический» градиент очень быстро уменьшается, обратно пропорционально четвертой степени раскрытия трещины.

в) Если принять g = 980 см1сек2 и v = 0,0131 см21сек (/=10°С), то в этом случае



2.5 10—3 Аг Ь* В '


(5)


«Критическое» число Рейнольдса

Кек = "57" = 24-/J;    ^

Или, имея в виду выражение /ю

ReK — 600 -j- =: 600 jqrfera»'-    (7)

Таким образом, «критическое» число Рейнольдса не зависит от вязкости фильтрующейся жидкости и также практически мало зависит от раскрытия трещины. С уменьшением раскрытия, например, от 1 до 0,025 см, т. е. в 40 раз это число для трещин с параметром А = 1,1 см снижается всего лишь в 1,67 раза —от 130 до 81,5.1 С увеличением же шероховатости стенок трещины Reможет снизиться более, чем на порядок.

Фильтрация в клиновидных трещинах

2.7. Градиент пьезометрического напора при ламинарном движении жидкости в клиновидной трещине с шероховатыми стенками (рис. 4)


1 Вместе с тем «критический» градиент напора изменяется почти на шесть порядков.


15


Удельный (на единицу длины вдоль живого сечения трещины) расход ламинарной фильтрации


1_ + х , А 1 4- х 2*а ^ ЗЬЖ х2


(1 ~ X)25i 12 x*Lv


(9)


где    £:

•    12у

•/»    О 9кл    '


(1-Х)2 127.2    ’


gl i3


- градиент напора в трещине с постоянным раскрытием ьг и

абсолютно гладкими стенками при протекании через нее жидкости с расходом, равным акл\



Рис. 4. Расчетная схема клиновидной трещины.


2.8. Градиент суммарных потерь напора при турбулентном движении жидкости в клиновидной трещине:


Укт


1 + х 2Х2


2В ,,

3ftj (1 +


1


х +1:


100 -


■(1-х)


К


(10)


Расход турбулентной фильтрации через клиновидную трещину


где b =


1±2

3


Ччт = ю j/" Sht укт,

2В [    \    \    Ь,

1 + 38,    +    х    +    X2)    1    100    L    (1    “


(П)


2.9. Дополнительные или более точные сведения об условиях движения воды в трещинах (например, данные об интенсивности пульсаций гидродинамического давления) могут быть получены путем проведения соответствующих экспериментов на установке типа «Фитрон» (рис. 5), с помощью которой легко воспроизводить контролируемые обстоятельства движения воды при изменении в широком диапазоне ее напора и раскрытия трещины.


to

Рис. 5. Схема установки „Фитрон-1“ для экспериментального изучения условий движения воды в трещинах

/—опорная стойка с крестовиной; 2—лескосбормик револьверного типа; 3—водосливный бачок-отстойник; 4—трещина; 5—прокладка из губчатой резины между образцом и нательником; б—струбцины для прижатия иащельника; 7—штуцеры пьезометрических каналов, входящих в трещину; б—съемный стол с герметизирующим резиновым уплотнением; 9—нагрузочные пружины; /б—платформа; 11—червячный механизм (редуктор) с ручным приводом-штурвалом для поэорота платформы; 12—штурвал; 13—бетонный образец с продольной трещиной (щелью); 14— бачок регулятор напора воды в верхнем бьефе; /б—индикаторы перемещения подвижной половины образца; 16—пьезометры; 17—водоподводящий бачок; 18—кронштейн для крепления неподвижной половины образца; 19—планка-нащельник; 20—анкерные тяги регулирования раскрытия трещины.

Расчет фильтрации в трещине методом нагнетания в нее воды из скважины

2.10. Зависимость (1) позволяет с большой точностью определить раскрытие отдельных трещин в скальном основании. Для получения исходных данных можно воспользоваться методом нагнетания воды в скважину, которой «подсекается» заранее вы-


Рис. 6. Изменение, в зависимости от раскрытия трещины, приведенного расхода воды, нагнетаемой из скважины в эту трещину (при г0=5 см, /?—500 см и \=0,013 см21сек:).


бранная трещина. При этом расход воды, поглощаемый трещиной, равен


0 =


Я0 = -


(12)


Го


6^ (5 +Л) In — г о


откуда видно, что приведенный расход фильтрации в трещине о

очень сильно зависит от ее раскрытия и, вместе с тем,

По у

изменение расстояния до контура стока мало влияет на величи-ну расхода, так как R входит под знак логарифма. Следовательно, величина расхода qb позволяет судить о раскрытии трещины.


18


2.11.    Определение величины б с помощью формулы (12) про

изводится путем подбора. Для этого лучше воспользоваться графиками зависимостей б(<78) при разных Л3. Подобные графики для v=0,0I3 см21сек (£=10°С), г0—5 см и Я = 500 см приведены на рис. 6. При вычислении б методом подбора удобнее пользоваться формулой    _

® = Т/^ — 1° —>    03)

У *g Г о

которая при указанных выше параметрах будет иметь вид

в = 0,05 YWb-    (13')

2.12.    Приведенным водопоглощениям (из расчета на одну трещину) в диапазоне от 0,001 до 100 л!мин (т. е. от 1,7 • 10-4 до 17 см31сек- см) соответствует диапазон раскрытий трещин примерно от 0,05 до 2 мм. Эти данные основаны на предположении о ламинарном течении воды в трещине, что должно быть проверено в каждом конкретном случае.

Условия возникновения турбулизацни осерадиального потока в трещине

МИ-Л)

ngrb* ^

(15)


2.13. При определенном превышении давления или расхода нагнетаемой воды может возникнуть турбулизация потока в зоне вокруг скважины. Скорость течения с расходом Qs на удалении г от оси скважины согласно (1) равна

Градиент напора на этом удалении

приравнивая его к критическому значению (4), получаем радиус зоны турбулизацни потока в трещине

<?«    Ь+В_ Q- 8+6,8А»    ,

Гт 2,4-ЮЗпм Ь + А = 7,53-103м    8 + А '    ( У

Как видно из этого выражения, радиус зоны турбулентного осерадиального течения практически не зависит от раскрытия трещины. При достаточно малых б -С Л

6,8+    А

гт 7,53- 103v Qs = 9.0* 10 * — Qs,    (17)

Если гт^го» то это означает отсутствие турбулизацни потока в трещине при нагнетании в нее воды из скважины диаметром 2 г0.

УДК 624.131.65:626/627

Данное руководство является практическим пособием по определению характеристик, необходимых для оценки водопроницаемости и фильтрационной прочности скальных оснований гидротехнических сооружений, исключая определение характеристик устойчивости пород к выщелачиванию (химической суффозии).

Так как фильтрационная прочность скального массива почти целиком зависит от сопротивляемости размыву (суффозии) заполнителя находящихся в массиве трещин, карстовых пустот или глинистых прослоек, особое внимание в Руководстве уделено методам определения суффозионных свойств зернистых материалов для разных условий воздействия на них фильтрационного потока. В связи с этим рассмотрены некоторые рекомендации по расчету гидравлических характеристик потока воды в трещинах и материале зон тектонического дробления и перетирания вмещающих скальных пород.

Основой для составления Руководства послужили исследования и разработки, проводившиеся во ВВИИГе имени Б. Е. Веденеева с 1965 г. Вместе с тем широко использовались работы других организаций.

30314-185 Р 051(01)^75

Руководство составлено заведующим лабораторией фильтрационных исследований ВНИИГа канд. техн. наук В. Н. Жилен-ковым и предназначено для научных сотрудников, изыскателей и инженеров, работа которых в области исследований и проектирования напорных гидротехнических сооружений связана с определением или прогнозированием фильтрационно-суффозионных свойств скальных грунтов.

© Всесоюзный научно-исследовательский институт гидротехники имени Б. Е. Веденеева (ВНИИГ), 1975

19

Следовательно, при определении раскрытия трещины указанным способом величина расхода Qs не должна превышать


<?*


макс


1,Ы08-^-Г0.


(18)


Так, для го=5 см, v = 0,013 см21сек и Л = 1,1 см, С?бмакс = =65 см31сек = 3,9 л!мин.


Расчетный метод определения водопроницаемости скального массива с четко выраженной системой трещин

2.14.    Для оценки расчетным путем расхода фильтрации через скальный массив необходимо знать, как распределяются в выбранном сечении массива трещины в зависимости от величины их раскрытия, т. е. предварительно надо определить параметр трещиноватости массива Г$, характеризующий густоту трещин.

2.15.    В общем случае удельный расход фильтрации через единичную трещину е раскрытием б равен


а~ g ’ b~ g’

И — угол между направлением простирания трещины и поверхностью равного напора фильтрационного потока.

Расход воды, протекающей при том же градиенте / через единицу поверхности сечения пласта

5


где X — коэффициент извилистости трещины;

12v    (    0,01


макс

0= 2 (20)


МИН

где бмвн и бмакс—предельные значения раскрытий трещин в пласте.

3. РАСЧЕТНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ФИЛЬТРАЦИОННО-СУФФОЗИОННЫХ СВОЙСТВ ЗАПОЛНИТЕЛЯ ТРЕЩИН И ГЛИНИСТЫХ ПРОСЛОЕК В СКАЛЬНЫХ МАССИВАХ

Оценка водопроницаемости несвязного зернистого заполнителя — материала тектонического дробления вмещающей породы

3.1. Характер фильтрации в скальном основании зависит не только от количества, раскрытия и направленности имеющихся в нем полых трещин, но также (а иногда и в большей степени') — от наличия крупных трещин и отдельных зон, выполненных зернистым материалом тектонического дробления вмещающей породы. Такие трещины (зоны), обладая большой водопроводи-мостью, могут оказывать существенное влияние на распределение напора под сооружением, в связи с чем часто возникает необ-


20


ВВЕДЕНИЕ

Для правильного выбора конструкции и расположения проти-вофильтрационных и дренажных устройств в основании напорного гидротехнического сооружения или, другими словами, для рационального проектирования его подземного контура, надо заранее знать исходные данные, характеризующие водопроницаемость и фильтрационную прочность основания. С этой целью предварительно выполняют исследования фильтрационно-суф-фозионных свойств грунтов, слагающих толщу основания сооружения. Такие исследования исключительно важны при проектировании высоких плотин, возводимых в сейсмически активных горных районах, где для регулирования неравномерного стока рек приходится создавать водохранилища большой емкости. Кроме того, за последнее время все более четко вырисовывается тенденция к использованию для возведения плотин створов с относительно неблагоприятными инженерно-геологическими условиями.

Эти обстоятельства вынуждают делать дополнительные затраты на осуществление мероприятий, снижающих интенсивность фильтрации под плотиной. Однако ситуация нередко осложняется тем, что необходимость в подобных мероприятиях не всегда может быть подтверждена соответствующим расчетом, так как для этого надо знать количественные характеристики водопроницаемости и фильтрационной прочности массива основания (например, предельно допустимую величину градиента напора).

На сегодня сравнительно легко и с достаточной точностью могут быть определены фильтрационно-суффозионцые свойства зернистых (мягких) грунтов. Оценка же фильтрационно-суффо-зионных свойств скальных грунтов (хотя они чаще всего служат основаниями высоких плотин) вызывает большие затруднения в связи с отсутствием четко разработанной методики определения этих свойств. Например, закономерности движения воды в щелях с шероховатыми стенками в общем виде впервые были установлены Г. М. Ломизе и опубликованы в 1951 г. в его работе «Фильтрация в трещиноватых породах». К сожалению, практическое использование предложенных Г. М. Ломизе формул оказалось весьма затруднительным вследствие неопределенности входящей в эти формулы величины абсолютной шероховатости стенок трещин в скальном массиве.

з

Попытки найти более удобные для расчетов зависимости были предприняты лишь через полтора десятилетия после выхода в свет работы Г. М. Ломизе, когда возросшие темпы гидростроительства вновь заставили обратиться к разработке теоретических основ и практических способов определения фильтрацион-но-суффозионных свойств скальных массивов.

Одним из наиболее важных вопросов при решении данной проблемы является вопрос о критериях суффозионной устойчивости заполнителя трещин и пустот в массиве, с чем также связан выбор методики испытаний массива на фильтрационную прочность.

Состояние проблемы и ее практическая значимость предопределили круг вопросов, решение которых было намечено в 1965 г. программой первоочередных исследований, выполнявшихся в фильтрационной лаборатории ВНИИГа им. Б. Е. Веденеева в течение последующих шести лет.

Главная цель этих исследований заключалась в разработке для проектировщиков, изыскателей и других специалистов в области гидротехнического строительства методического руководства — пособия по определению фильтрационно-суффозионных свойств скального грунта. Все предлагаемые в Руководстве для экспериментальных исследований (установки и приборы сконструированы и изготовлены во ВНИИГе им. Б. Е. Веденеева. В работе так же широко использовались труды других организаций и отдельных лиц.

В частности, имеющиеся в данном Руководстве рекомендации по определению в натурных условиях водопроницаемости скальных массивов взяты из работы Н. Н. Веригина «Методы определения фильтрационных свойств горных пород». Однако Руководство в целом не претендует на исчерпывающую полноту, и в дальнейшем в него должны быть включены рекомендации по определению фильтрационной прочности многолетне-мерзлых скальных массивов и неустойчивых к химической суффозии (выщелачиванию) пород в основании сооружений.

В соответствии с упомянутыми выше задачами большое внимание при составлении Руководства уделялось расчетным и экспериментальным методам оценки суффозионной устойчивости заполнителя трещин, пустот и глинистых прослоек в скальных массивах. Вместе с тем в Руководство включены зависимости по определению характеристик фильтрационного потока в трещинах и в зернистом материале (заполнителе) зон тектонического дробления и перетирания скальных пород. Рекомендована формула для расчета водопроницаемости глинистых прослоек.

Таким образом, предлагаемое Руководство является развитием главы СНиГТ по проектированию оснований гидротехнических сооружений в части определения перечисленных в ней характеристик скальных оснований гидротехнических сооружений.

4

Министерство

РУКОВОДСТВО ПО МЕТОДИКЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННО-

П 28-74

Энергетики

СУФФОЗИОННЫХ свойств

и Электрификации

СКАЛЬНЫХ ОСНОВАНИЙ

внийг

СССР

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ

СООРУЖЕНИЙ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Область применения Руководства

1.1. Настоящим Руководством определяются исходные положения методики расчетов и исследований, связанных с оценкой фильтрационной прочности и водопроницаемости трещиноватых скальных оснований напорных гидротехнических сооружений, исключая расчеты устойчивости пород к химической суффозии (выщелачиванию).

1.2: В Руководстве даны рекомендации по определению водопроницаемости терригенного зернистого материала, заполняющего трещины, продуктов тектонического дробления вмещающих пород и глинистых прослоек.

1.3.    Особое внимание в Руководстве уделено методам оценки суффозионных свойств зернистых материалов в различных условиях воздействия на них фильтрационного потока, поскольку фильтрационная прочность скального массива почти целиком определяется сопротивляемостью размыву (суффозии) заполнителя трещин или глинистых прослоек.

Некоторые понятия, определения и условные обозначения

1.4.    Понятия и определения:

Грунтовая вода — вода, заполняющая пустоты (поры, трещины или каверны) в грунте.

Фильтрация — просачивание жидкости сквозь пустоты (поры) какого-либо тела, т. е. движение жидкости в пористом теле.

Внесено Всесоюзным

Утверждено ВНИИГом им. Б. Е. Веденеева № 24

Срок

научно-исследовательским

от 30 декабря 1974 г.

введения

институтом гидротехники

по согласованию

III квартал

им. Б. Е. Веденеева

с Главниипроектом

1975 г.

Минэнерго СССР

5

Фильтрационный поток — поток фильтрующейся жидкости.

Скорость фильтрации — воображаемая (условная) скорость движения фильтрующейся жидкости, равная отношению ее расхода в данном живом сечении -к площади этого сечения.

Действительная скорость фильтрации — средняя скорость движения жидкости в самих пустотах (порах) тела, вмещающего фильтрационный поток.

Ламинарная фильтрация — фильтрация, при которой потери напора фильтрующейся жидкости пропорциональны первой степени ее скорости.

Коэффициент фильтрации — коэффициент пропорциональности между скоростью ламинарной фильтрации жидкости в данном пористом теле и градиентом ее напора.

Расход фильтрации приведенный — расчетная величина расхода жидкости, фильтрующейся через данное пористое тело, коэффициент фильтрации которого условно принят равным единице.

Напор приведенный — напор в данной точке области фильтрации, отнесенный к общему напору. Величина безразмерная.

Линия тока — путь (траектория) частицы жидкости при установившемся ее движении; при неустановившемся движении — линия внутри потока, во всех точках которой векторы скорости течения в данный момент касательны к этой линии.

Напорная фильтрация — фильтрация жидкости в условиях, когда поверхности, выделяющие область фильтрации вдоль потока жидкости, непроницаемы.

Поверхность равного напора — геометрическое место точек, в которых пьезометрический напор фильтрующейся жидкости одинаков.

Гидравлически эквивалентный диаметр пор—вычисленный по расходу фильтрации диаметр поровых каналов в грунте, примерно равный поперечникам каналов в местах их сужений (перехватов).

Заполнитель трещины — материал, находящийся внутри трещины. Заполнитель чаще всего является продуктом тектонического дробления или перетирания, вмещающих трещины скальных пород. В некоторых случаях трещина заполняется материалом, приносимым поверхностными водами (терригенный заполнитель) или грунтовыми водами извне (иногда в виде раствора).

Мелкозем — совокупность содержащихся в грунте мелкозернистых фракций с размерами частиц меньше одного миллиметра.

Механическая суффозия — размыв грунта фильтрационным потоком, проявляющийся в виде отрыва и перемещения отдельных его частиц и целых агрегатов (кусков) грунта внутри пор или трещин.

Суффозия может сопровождаться выносом оторвавшихся частиц и агрегатов за пределы толщи грунта (скального массива) основания.

6

Контактный выпор — местное нарушение фильтрационной прочности грунта или заполнителя трещины, по своему характеру относящееся к механической суффозии, происходящее в виде выдавливания под действием фильтрационных сил отдельных масс грунта (заполнителя) в поры обратного фильтра, каверны или в полые трещины.

Контактный размыв — поверхностный размыв (эрозия) грунта или заполнителя трещины фильтрационным потоком, протекающим вдоль размываемой поверхности по более проницаемому пласту или слою в толще основания сооружения. Контактный размыв также является одним из видов механической суффозии.

Суффозионная устойчивость грунта — сохранение частицами грунта своего первоначального положения при воздействии на них фильтрационного потока.

Фильтрационная прочность грунта — способность грунта сопротивляться разрушающему воздействию фильтрационного потока, которое может иметь вид внутреннего размыва (внутренней суффозии), поверхностного размыва (эрозии) или выпора целых масс грунта.

Фильтрационную прочность грунта обычно характеризуют наибольшей, допустимой в данных условиях, интенсивностью фильтрационного потока (чаще всего градиентом напора или скоростью фильтрации), при которой не возникает сколь-либо опасных деформаций грунта, также резкого изменения его водопроницаемости.

Трещиноватость — совокупность трещин в массиве горных пород разных размеров и разного происхождения, обычно сообщающихся между собой.

Трещины — разрывы сплошности горной породы. По происхождению различают трещины: тектонические, отдельности, выветривания, гравитационные, напластования и т. п. По степени раскрытия выделяют трещины: закрытые и открытые. Встречаются трещины, которые целиком или частично заполнены твердым или рыхлым материалом различного минералогического состава.

Раскрытие трещины — расстояние между ее стенками в данном сечении, перпендикулярном направлению простирания трещины (что также справедливо для клиновидных трещин).

Оперяющие трещины — трещины, сопровождающие тектонические разрывные нарушения (сбросы) в скальном массиве. Располагаются по обе стороны от плоскости разрыва, примыкая к ней. Оперяющие трещины часто соприкасаются с рыхлыми продуктами тектонического разрушения скального массива, например, милонитовым заполнителем.

Трещины разгрузки — трещины, опоясывающие контур каньона, расположенные в наружном поясе скального массива, более или менее параллельно его свободной поверхности.

7

Мощность тектонической зоны — общая ширина полосы тектонически измененной раздробленной породы в массиве.

1.5. Общие классификации некоторых инженерно-геологических характеристик скальных оснований гидротехнических сооружений (по рекомендации СНиПа).

По сложению скальные основания рекомендуется делить на:

—    массивные, крупноблочные, слабо расчлененные, плохо поддающиеся избирательному выветриванию;

—    блочные, с четко выраженным расчленением массива на отдельности, ограниченные поверхностями ослабления;

—    слоистые, с преобладающей одной системой трещин, анизотропные;

—    плитчатые, сильно расчлененные.

По степени и характеру нарушений сплошности рекомендуется делить скальные массивы оснований на четыре группы:

Скальные массивы    Модуль трещиноватости

(густота трещин)

Слаботрещиноватые........<1*5

Среднетрещиноватые........1,5—.6

Сильнотрещиноватые........5--30

Весьма сильнотрещиноватые......>30

По своему характеру нарушения сплошности массива делятся на шесть категорий:

I.    Разломы первого порядка. Мощность зоны дробления — сотни метров (иногда до 1 км и более), протяженность — десятки и сотни километров.

II.    Разломы второго порядка. Мощность — десятки метров (до 100—200 м), протяженность — десятки и сотни километров.

III.    Разломы третьего и последующих порядков. Мощность — метры и десятки метров, протяженность — сотни метров и километры.

IV.    Крупные трещины. Раскрытие — десятки сантиметров, иногда до 1 м и более, протяженность — десятки и сотни метров.

V.    Трещины. Раскрытие — от 0,5 мм до 1—2 см, протяженность — десятки метров.

VI.    Мелкие трещины. Раскрытие— менее 0,5 мм, протяженность— метры и сантиметры.

По водопроницаемости скальные основания рекомендуется делить на:

—    сильноводопроницаемые с удельным водопоглощением <7>10 л1мин'М и коэффициентом фильтрации &>10 м1сут\

—водопроницаемые с ? = 0,1 -г-10 л/мин- м и & = 0,1 -ь 10 м/сут.;

—    слабоводопроницаемые с <? = 0,01—0,1 л/мин-м и k = = 0,01 -т-0,1 м!сут.\

—    практически водонепроницаемые с ^7<0,01 л/мин *м и k< <0,01 м!сут.

8

1.6. Принятые буквенные обозначения.

А и В — гидравлические параметры шероховатости стенок трещины, имеющие размерность длины; б — раскрытие трещины; g — ускорение свободного падения; v — кинематический коэффициент вязкости воды;

Н, h — напор;

/ — градиент напора;

#о—напор воды внутри скважины; го — радиус скважины;

R — радиус влияния (расстояние до контура разгрузки) скважины;

v — средняя скорость течения жидкости в трещине или скорость фильтрации;

Vo — средняя скорость движения воды в порах грунта (заполнителя трещин);

с"Т2(Т+ЗГй)—пРониЦаемость трещины;

/ю vK — критические градиент напора и скорость фильтрации, при которых начинается турбулизация потока; vop — скорость фильтрации и скорость движения воды в порах грунта или материала обратного фильтра, при которой начинается контактный размыв;

Ув — удельный вес воды;

Ply в — пьезометрический напор; z — геометрический напор; k — коэффициент фильтрации; xi—коэффициент развития профиля поверхности стенки трещины, равный отношению длины профилограммы— линии перпендикулярного сечения стенки— к длине проекции профилограммы в плоскости сечения;

Х2 — коэффициент развития поверхности стенки трещины, который равен отношению площади шероховатой поверхности стенки к площади ее проекции на параллельную плоскость;

Гб—параметр трещиноватости массива, характеризующий густоту трещин, численно равный количеству трещин с данным раскрытием б, приходящемуся на единицу длины перпендикулярного к простиранию трещин сечения;

Q

—величина удельного приведенного водопоглощения скважины;

с_

flc=——относительное изменение проницаемости трещино-Со

ватого скального массива в результате действия

9

1

В зависимости от масштаба съемки и необходимости выявить те или

2

иные детали шероховатости, длина выреза в рамке может выбираться в широких пределах, чаще всего от 5 до 10 см.

3

Гидравлический параметр шероховатости стенок трещин А для большинства скальных пород изменяется в пределах от 0,05 до 0,2 см.

2*