Формулы для расчетов притоков воды в безнапорном горизонте

Условные обозначения к формулам и схемам:

Q – приток воды (дебит), м³/сут; k – коэффициент фильтрации грунта водоносного слоя, м/сут.; H ₁, h ₁ – напор, мощность (соответственно) при статическом уровне (до водопонижения), м; H ₂, h ₂ - то же, при динамическом уровне (после водопонижения), м; S – величина водопонижения, м; (S = h₁ - h₂); h _wk – высота столба воды в выемке до водопонижения, м; R – радиус влияния водопонижения, м; r – радиус колодца-скважины, м; r _o – приведенный радиус котлована, м, равный , где А – площадь котлована; R _k - радиус влияния котлована, равный R+r_о; l, b – длина, ширина котлована (соответственно), м;

L – длина траншеи, м.

Примечание. Численные значения h и H при горизонтальном водоупоре равны между собой, их устанавливают по данным разреза.

 

5. Радиус влияния водопонижения R, м, определяется:

· расчетом по эмпирической формуле (значения получаются заниженными);

· по таблице средних значений (табл. 8.2).

 

 

47

6. Расчет водопритока по выбранной формуле требует пояснения в двух случаях.

Короткий котлован рассматривается условно как «большой колодец». Его площадь (l×b) приравнивается к площади равновеликого круга (p r ²). Определяют так называемый приведенный радиус «большого колодца» – . Радиус влияния «большого колодца», R _k, определяют как сумму r₀ + R.

Приток воды к несовершенным выемкам проще всего определять, используя понятие об «активной зоне». (Это часть водоносного горизонта, на которую распространяется влияние откачки). Мощность активной зоны непостоянна и зависит от величины водопонижения. Используя выявленные зависимости (по Е.А.Замарину) принимаем в расчетах:

· для котлована (полное осушение) при S=h_wk, H_A1 = 2h_wk;

· для траншеи (частичное водопонижение) при S =0,5 h _wk, H _A1= 1,7 h _wk.

Далее расчет ведется по уравнениям Дюпюи, где вместо значений Н ₁ и Н ₂ подставляют Н _А1 и Н _А2. Величину Н _А2 определяют по разности отметок дна выемки и нижней активной зоны (рис.8.2).

7. В процессе откачки фильтрация воды в котлован из поверхностного водоема возможна в случае, если водоем находится в пределах депрессионной воронки, а уровень воды в нем выше отметки дна котлована.

Таблица 8.2

Средние значения высоты капиллярного поднятия, коэффициента фильтрации радиуса влияния при водопонижении в безнапорном слое.

Примечание: 1. При выборе значений k из указанного диапазона следует учитывать степень неоднородности грунта, С_u. 2. При выборе R сравнивают табличные и расчетные значения и для дальнейших расчетов притока принимают его меньшее значение. 3. Для ответственных сооружений значения k и R устанавливают по данным опытных откачек.

 

Приложение 9

Прогноз последствий водопонижения

 

Водопонизительные работы изменяют скорость движения и направление потока грунтовых вод. Открытый водоотлив из котлованов и траншей может сопровождаться выносом частиц грунта из стенок за счет нисходящего потока – механическая суффозия. В несовершенных выемках под их дном возникает восходящий поток, который разрыхляет («разжижает») грунт – фильтрационный выпор. Глубинное водопонижение с помощью иглофильтров уплотняет грунт вокруг котлована и под его дном, вызывая оседание поверхности.

 

Прогноз суффозионного выноса.

Наиболее полно возможность развития суффозии можно определить по графику В.С.Истоминой (рис.9.1).

Рис. 9.1. График для оценки развития суффозии (по В.С.Истоминой):

I – область разрушающих градиентов фильтрационного потока;

II – область безопасных градиентов

 

Координаты точки, наносимой на график определяют:

· C _u с помощью кривой гранулометрического состава;

· i – по формуле i = S /0,33 R, где S = H - разность напоров (отметок)

водоносного слоя, м; R =1 – путь фильтрации, равный радиусу влияния, м; (в данной задаче используют максимальное значение R);0,33 – коэффициент, ограничивающий значимый путь фильтрации областью, прилегающей к котловану.

В зависимости от того, в какую область графика (разрушающих или

 

 

49

неразрушающих градиентов) попадает точка, делают вывод о возможности суффозионного выноса. Сообщаются сведения о последствиях этого процесса.

Фильтрационный выпор.

В случае, если величина градиента при водопонижении достигнет значений i ³ 1, в дне несовершенного котлована возможен фильтрационный выпор. Это имеет место при открытом водоотливе из котлована, огражденного шпунтовой стенкой.

 

9.3. Прогноз оседания поверхности земли при снижении уровня грунтовых вод.

 

Рис. 9.2. Схема оседания поверхности земли при водопонижении:

А – зона аэрации до водопонижения, где γ – удельный вес грунта; B – зона полного водонасыщения, где γ_sb – удельный вес грунта; C – зона «осушенного» грунта после водопонижения

Понижение уровня грунтовых вод вызывает увеличение давления грунта от собственного веса. Величина связанной с этим осадки зависит от глубины водопонижения и сжимаемости грунта. В пределах значительной площади осадка может быть неравномерной (рис.9.2.).

Предварительный расчет осадки территории можно произвести по формуле

S_гр = ;

 

 

где = g - g_sb, g – удельный вес грунта, кН/м³; g_sb – то же, ниже уровня грунтовых вод; g_sb=(g_s-g_w)(1-n), g_s – удельный вес твердых частиц грунта, кН/м³; g_w – удельный вес воды, кН/м³; n – пористость, д.ед.; S _w – величина водопонижения, м; Е – модуль общей деформации грунта в зоне депрессионной воронки, кПа (Н/м²).

Примечание. Приведенная формула справедлива при условии R / h ³ 3, где R – радиус влияния, м, h – мощность водоносного слоя, м.

 

 

51

Приложение 10