ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АРТЕЗИАНСКОГО ВОДОНОСНОГО ГОРИЗОНТА В ЕСТЕСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ. 2023_Инженерная геология_Образец _Отчет по лабораторной работе. Отчет по лабораторной работе определение гидрогеологических параметров артезианского водоносного горизонта в естественных условиях по дисциплине
 Скачать 285.23 Kb.
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Институт нефти и газа федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» (филиал в г.Октябрьском) Кафедра разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений Отчет по лабораторной работе ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АРТЕЗИАНСКОГО ВОДОНОСНОГО ГОРИЗОНТА В ЕСТЕСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ по дисциплине «Инженерная геология» Вариант - ____
г. Октябрьский 2022 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АРТЕЗИАНСКОГО ВОДОНОСНОГО ГОРИЗОНТА В ЕСТЕСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ Цель занятий: закрепить теоретические знания по инженерной геологии и познакомиться с методикой определения коэффициента фильтрации, используя данные полевых инженерно-геологических исследований. Задание. Для определения гидрогеологических параметров артезианского водоносного горизонта был заложен куст скважин, состоящий из центральной и двух наблюдательных скважин, расположенных в плане на одной линии на расстояниях соответственно L1 и L2 от центральной. Всеми скважинами под слоем водоупорных глин вскрыты водоносные пески на полную мощность m. При этом пьезометрический уровень установился ниже поверхности земли. Из центральной скважины производилась откачка воды с определением дебита q, а в наблюдательных скважинах замерялись понижения уровней S1 и S2. Используя приведенные ниже результаты замеров, постройте схему и определите коэффициент фильтрации песков, коэффициент водопроводимости водоносного слоя и радиус влияния. 3.1 Определения коэффициента фильтрации горных пород в условиях их естественного залегания Величина коэффициента фильтрации определяется большим или меньшим сопротивлением воды через грунт. Само же сопротивление зависит от степени шероховатости стенок канала, по которому движется вода, и, главным образом, от размера канала. С уменьшением сечения трубки сопротивление течению воды в ней возрастает чрезвычайно быстро. Этим объясняется исключительно малая водопроницаемость глин, обладающих исключительно малыми размерами пор. Очевидно, что по этой же причине степень водопроницаемости песков будет возрастать с увеличением их крупности и однородности. При неоднородном составе песка поры, образуемые грубыми частицами, в большей или меньшей степени могут заполняться мелкими фациями. В таком случае коэффициент фильтрации грунта будет обусловливаться размером пор более мелкого заполняющего материала, так чистый галечник характеризуется исключительно высоким коэффициентом фильтрации. Вместе с тем коэффициент фильтрации галечника с порами, заполненными песком может оказаться нередко даже меньше коэффициента фильтрации самого заполнителя. Очевидно также значение окатанности зерен, способствующих образованию гладких поверхностей, и степени плотности песка (пористости), которая играет немаловажную роль в водопроводимости пород. С увеличением плотности воды при более низких температурах вязкость её возрастает, и сопротивление движению воды по порам увеличивается. Это обстоятельство приводит к уменьшению скорости фильтрации и соответствующему (фиктивному) уменьшению коэффициента фильтрации грунта. Совершенно очевидно, что учет возможного воздействия на величину коэффициента фильтрации большого числа многообразных факторов достоверным образом может быть установлен лишь опытами в поле. При определении коэффициента фильтрации в полевых условиях встречаются два случая: 1. Коэффициент определяется для водоносных грунтов. 2. Коэффициент определяется для грунтов, не насыщенных водой. В первом случае определение коэффициента фильтрации производится откачкой воды из скважин, во втором – заливом водой скважин. 3.2 Определение коэффициента фильтрации методом откачки воды из скважин Для определения коэффициента фильтрации методом откачки воды из скважин на опытном участке бурят скважину надлежащей глубины. Внутрь скважины опускают фильтр – перфорированную трубу, обмотанную проволокой и латунной сеткой. Пространство между фильтром и внешней обсадкой трубы обычно заполняют гравием, после чего обсадную трубу приподнимают на ту или иную высоту (при откачке воды из гравелистых грунтов или из галечников гравийной обсыпки фильтра не устраивают). Затем во внутреннюю трубу опускают всасывающую трубу насоса, который откачивает воду из скважины. В зависимости от требуемой точности определения коэффициента фильтрации иногда достаточно откачки из одной скважины (гидрогеологическая выработка), в других случаях вокруг выработки, из которой производится откачка (центральной), располагают крестообразно (на одном, двух, трех и четырех лучах) несколько наблюдательных скважин. Последние нужны для наблюдения за изменением уровня воды в том или ином удалении от центральной выработки при откачке. В этом случае говорят уже об опытном кусте или опытном узле скважин. Если производительность насоса (что тоже расход q) постоянна, то степень понижения воды в выработке при постоянной мощности водоносного слоя и всех прочих равных условиях зависит от величины коэффициента фильтрации породы. Чем меньше коэффициент (KФ), тем большего понижения можно достигнуть при некоторой производительности насоса. Зависимость эта вполне закономерна. Следовательно, представляется возможным установить водопроницаемость породы, определив её коэффициент фильтрации (KФ) путем опытного установления зависимости понижения (S) воды в гидрогеологической выработке от того или иного дебита (q) при откачке.  Рисунок 3.1 – Расчетная схема по определению коэффициента фильтрации в полевых условиях методом откачки воды из выработок При откачке воды из центральной выработки (рисунок 3.1) вокруг неё в водоносном горизонте определяется понижение уровня воды (депрессионная воронка). В сечении с вертикальной плоскостью эта криволинейная поверхность дает кривую, которая называется депрессионной кривой и характеризуется переменным значением гидравлического градиента  Чем дальше мы отходим от центральной выработки, тем меньше понижения уровня в наблюдательных скважинах. Расстояние от центральной выработки до скважины, где влияние её откачки становится практически незаметным, соответствует радиусу депрессии или влияния R. Величина R зависит от водопроницаемости породы, KФ, мощности водоносного пласта H и понижения в центральной скважине S. Зависимость радиуса R от этих факторов при установившейся длительной откачке. Режим подземного тока может быть охарактеризован эмпирической формулой П. И. Кусакина:  , (3.1)в которую значения S, R и H подставляются в м, а KФ – в м/с. Для мелкозернистых песков радиус депрессии в обычных условиях испытания измеряется обычно величиной 100-200 м, для более крупных увеличивается до 200-400м, а для крупнозернистых превышает 400-600м. При небольшом уклоне подземного потока депрессионная поверхность имеет форму цилиндрической воронки с вертикальной осью, совпадающей с осью выработки (рисунок 3.1) Радиус этой воронки обозначим через R. На расстоянии x от центра выработки мощность (глубина) потока равна γ. Общее сечение потока WX , через которое вода поступает к выработке, в данном случае представлено боковой поверхностью цилиндра с радиусом основания x и высотой y. Следовательно:  . (3.2)Общее выражение для определения дебита грунтового потока имеет следующий вид:  (3.3)или в условиях нашей задачи, по Дюпюи:  . (3.4)При мощности водоносноного горизонта H и понижения уровня воды S в центральной выработке остается еще слой воды глубиной:  (3.5)Для определения q необходимо выражение (3.4) проинтегрировать в соответствующих пределах x и y. Пределы x – радиус скважины и радиус кривой депрессии R; нижний предел y – глубина воды в скважине h и верхний предел – мощность грунтового потока H. Проинтегрировав в указанных пределах выражение (3.4), получим  , (3.6)решив которое относительно фильтрации KФ , найдем  . (3.7)В другом, более обычном выражении, принимая S=H–h, получим .  (3.8)Следовательно, первая задача при полевом определении коэффициента фильтрации опытной откачкой заключается в установлении зависимости понижения S воды в скважине от её расхода. Откачка при этом должна быть достаточно длительной, чтобы достигнуть установившегося движения грунтовой воды. Величина радиуса депрессии при отсутствии опытных полевых данных устанавливается на основе лабораторных или литературных сведений. Благодаря тому, что в основную формулу для определения коэффициента фильтрации R входит в виде lnR, даже сравнительно значительная ошибка в определении радиуса депрессии не влечет за собой особых погрешностей при подсчете коэффициента фильтрации. В опытной откачке зависимость S=f(q) для уточнения результатов определения KФ устанавливается при различных понижениях воды в центральной выработке, причем глубина понижения должна быть не менее 1м. Гораздо более надежные результаты при определении коэффициента фильтрации могут быть получены, если помимо основной (центральной) имеются также и наблюдательные скважины. В этом случае в формулы для определения KФ радиус депрессии не входит, чем устраняется известная неопределенность. При откачке из центральной скважины и наличии двух наблюдательных скважин на одном луче для установления коэффициента фильтрации KФ пользуются следующими выражениями (рисунок 3.1):  (3.9)или  , (3.10)где x1 и x2 – расстояние от первой (более близкой к центрально) и второй (более удаленной) до центральной выработки; y1 и y2 – глубина воды в этих скважинах, S1 и S2 – соответственно стационарные понижения, достигнутые в скважинах при откачке воды из центральной выработки. Все приведенные выше формулы относятся только к случаю грунтовых вод (безнапорных вод со свободной поверхностью) и заглубления центральной выработки до водоупорного пласта (совершенный колодец). В гидрогеологической практике используются соответствующие зависимости и для напорных вод. Ниже приводятся два выражения для определения коэффициента фильтрации водоносного напорного горизонта мощностью m при одной геологической выработке:  ; (3.11)или  , (3.12)где H и h – превышение пьезометрического уровня над поверхностью водоупора (по оси выработки) соответственно в естественных условиях и при откачке. Следовательно, расход в выработке в случае безнапорных вод изменяется пропорционально квадрату понижения, в то время как в случае напорного водоносного слоя дебит выработки изменяется пропорционально понижению воды в первой степени. Как уже было отмечено, все приведенные выражения относятся к тому случаю, когда движение грунтовых вод совершается в соответствии с законом Дарси. Наряду с этим имеется ряд формул для определения коэффициентов фильтрации пород, в которых движение воды подчиняется уравнению А. А. Краснопольского, т. е. для трещиноватых скальных пород и т.п. имеются также формулы для определения коэффициента фильтрации слоистых толщ, сложенных пластами с различной водопроницаемостью. 3.3 Определение коэффициента фильтрации методом налива воды в горные выработки В некоторых случаях приходится определять коэффициент фильтрации пород, залегающих выше уровня грунтовых вод. При таких обстоятельствах найти (KФ) методом откачки невозможно и определение коэффициента фильтрации путем свободного налива или нагнетания воды в центральную выработку и наблюдения за повышением уровня воды в наблюдательных скважинах в зависимости от расхода q и напора нагнетаемой воды (рисунок 3.2). 3.4 Пример выполнения расчетов коэффициента фильтрации методом откачки воды из скважин Схема опытного куста скважин для определения фильтрационных свойств пород в условиях естественного залегания приведена на рисунке 3.4. Данные для расчетов приведены в таблице 3.1.  Рисунок 3.4 – Схема расположения опытного куста скважин для определения фильтрационных свойств горных пород методом откачки воды Таблица 3.1 – Данные полевых инженерно-геологических исследований
1. Коэффициент фильтрации вычисляют по преобразованной формуле Дюпюи:
2. Коэффициент водопроводимости слоя равен произведению коэффициента фильтрации на мощность слоя:  м3/сут.3. Радиус влияния можно вычислить из уравнения:  ,отсюда R = 665 м Таким образом, по данным полевых инженерно-геологических исследований (для варианта № 0) коэффициент фильтрации равен 2,95 м2/сут, коэффициент водопроводимости водоносного слоя (при его мощности 28,3 м) равен 83,48 м3/сут, радиус влияния – 665 м. Таблица 3.2 – Данные полевых инженерно-геологических исследований для расчетов фильтрационных свойств пород по вариантам
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
м2/сут.