Диссертация (1141600), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Среднее значение составило 0,75 см. В дальнейшем при расчетах коэффициентов фильтрации отдельных слоев высота слоя принималась с учетом поправки Δ = 0,75 см.После завершения испытаний образца торфа при естественной (природной) плотности (серия 1) образец уплотняли вертикальной нагрузкой. Предварительно на штокезакрепляли индикатор часового типа ИЧ-10. Открывали кран в крышке корпуса. На подвес загрузочного устройства устанавливали грузы для создания заданного давления.Осадку торфа измеряли с помощью индикатора. После достижения условной стабилизации фиксировали шток винтом 19 и проводили следующую серию испытаний по определению фильтрационных свойств.Результаты испытанийПолученные значения коэффициентов фильтрации неуплотненного торфа в вертикальном направлении (kВ = 1,3 - 6,5 м/сут при среднем значении 4,6 м/сут) хорошокоррелируют со значениями, полученными Б.В Бабиковым и А.В.
Никитиным [12, 172]для слаборазложившегося верхового торфа (глава 1 п.1.5). Коэффициент фильтрации вгоризонтальном направлении находится в диапазоне kГ = 12,5 - 27,6 м/сут и в среднемсоставляет 21,6 м/сут (рисунок 3.21). Среднее значение степени фильтрационной анизотропии торфа - α = 4,75.200υ, м/сут150110025000246810IРисунок 3.21 – Зависимость скорости фильтрации от гидравлическогоградиента при давленииp=0:1 – фильтрация в горизонтальном направлении;2 – фильтрация вертикальном направлении77В процессе уплотнения происходило снижение коэффициента пористости и, соответственно, коэффициента фильтрации (рисунок 3.22).
При нагрузке 30 кПа значениекоэффициента фильтрации в вертикальном направлении уменьшилось с 4,6 до 0,6 м/сут(в 7,6 раз), а в горизонтальном с 21,6 до 2,6 м/сут (в 8,3 раза).30kf, м/сута2520151102500102030p, кПа30kf , м/сутб25201511025010121416182022еРисунок 3.22 – Зависимости коэффициента фильтрацииот нагрузки на образец (а) и коэффициента пористости (б):1 – фильтрация в горизонтальном направлении;2 – фильтрация в вертикальном направлении.Зависимости коэффициентов фильтрации в горизонтальном и вертикальномнаправлениях от давления также описываются уравнением (3.2), с коэффициентом в показателе степени b = 0,065 при вертикальной фильтрации и b = 0,07 при горизонтальнойфильтрации.78Зависимость степени фильтрационной анизотропии от давления описываетсяуравнением 4,75e -0,005p ,(3.6)где e – основание натурального логарифма;p – давление под поршнем, кПа.При уплотнении нагрузкой от 0 до 30 кПа степень анизотропии уменьшается от4,75 до 4,1.Послойное определение водопроницаемости при различных ступенях давленияпоказало, что коэффициент фильтрации различных слоев по мере сжатия образца изменяется неравномерно.
При уплотнении водопроницаемость в верхней зоне образца снижается быстрее, чем в нижней, что объясняется неравномерным уплотнением торфа прикомпрессии за счет пристенного трения торфа. Так, при росте давления от 0 до 30 кПакоэффициент фильтрации в верхней зоне снизился в 11,4 раза, в средней зоне – в 9,4 раза, в нижней зоне – в 6,2 раза (таблица 3.3).Таблица 3.3 – Коэффициенты послойной горизонтальной фильтрации торфаДавление, кПаКоэффициент фильтрации м/сутверхняя зона0средняя зонанижняя зонаВ среднем 21,6109,912,616,0203,44,97,5301,92,33,5Исследования водопроницаемости по диагонали образца показали, что значениякоэффициентов фильтрации торфа при диагональном движении воды находятся междузначениями вертикальной и горизонтальной фильтрации (таблица 3.4).При анализе результатов, полученных при испытаниях в приборе стандартнойконструкции и на сконструированной установке, выявлено, что зависимости коэффициентов фильтрации в вертикальном и горизонтальном направлениях от давления описываются общим степенным уравнением (3.2) с различными значениями параметра b.79Таблица 3.4 – Коэффициенты фильтрации торфа в различных направленияхКоэффициент фильтрации м/сут,при направлении движения водыДавление, кПавертикальноегоризонтальноедиагональное04,621,619,2102,410,79,2201,25,34,4300,62,62,1Значениякоэффициентовфильтрации,определенныенакомпрессионно-фильтрационном приборе оказались ниже, чем значения, полученные на установке собственной конструкции.
Так, для неуплотненного торфа значения отличаются в 1,4 разапри вертикальной фильтрации (3,2 и 4,6 м/сут) и в 3,5 раза при горизонтальной фильтрации (6,1 и 21,6 м/сут).Причиной различий полученных значений является размер испытуемых образцов. Объем образца в компрессионно-фильтрационном приборе – 300 см3, а в прибореновой конструкции – 3000 см3.
Влияние неоднородности состава торфа (наличие крупных пор, неразложившихся остатков растений) проявляется в меньшей степени на образцах большего размера. По этой же причине определение водопроницаемости на установке собственной конструкции позволило получить более достоверные значения коэффициента фильтрации.
Так, коэффициенты корреляции значений коэффициентов фильтрации, определенных на компрессионно-фильтрационном приборе для вертикальной игоризонтальной фильтрации составляют 0,6 и 0,63, а для полученных на установке собственной конструкции равны 0,78 и 0,88 соответственно.Следует отметить и отличия в изменении степени анизотропии торфа по мересжатия образца при испытаниях в первом и втором приборах. Так при давлении до30 кПа в компрессионно-фильтрационном приборе степень анизотропии практически неизменяется, в а фильтрационной установке уменьшается с 4,75 до 4,1 (на 14 %). Такоеотличие объясняется разной схемой деформирования и фильтрации (рисунок 3.12).При уплотнении разница между значениями водопроницаемости, полученными наразных приборах, снижается.
Это связано с тем, что активная пористость уменьшается впервую очередь за счет сужения крупных каналов в образце. При давлении 30 кПа коэффициенты фильтрации в вертикальном направлении становятся практически равными80(0,6 и 0,5 м/сут), а в горизонтальном направлении значения отличаются в среднем в 2,6раза (2,6 и 1,0 м/сут).При выполнении численного моделирования гидрогеологического режима болота(глава 4) коэффициенты фильтрации торфа будут приниматься по результатам испытаний на сконструированной фильтрационной установке, так как полученные на ней величины водопроницаемости будут наиболее приближены к значениям, характерным дляторфяной залежи.3.3.
Определение сорбционных и десорбционных свойств торфаИспытания по определению сорбционных свойств торфа проводились на установке, представленной на рисунке 3.23. На усовершенствованную конструкцию установкиполучен патент на полезную модель [277].Рисунок 3.23 – Схема установки:1 – бак, 2 – клапан, 3 – напорный бак, 4 – пористый диск; 5 – гильза,6 – образец, 7 – мерный цилиндрУстановка состоит из гильзы, вмещающий образец, и системы подачи раствора.Разборная гильза 5 диаметром 50 мм включает три камеры: рабочую и две торцевых,разделенных между собой двумя пористыми дисками 4. Длина рабочей камеры, с образцом торфа 6, может изменяться от 5 до 50 см.Система подачи раствора состоит из наливного бака 1 объемом 20 л и напорногобака 3, снабженного поплавковым затвором 2.81Положением напорного бака корректируют напор, необходимый для поддержания расхода фильтрующегося раствора в пределах 0,7 - 0,9 л/час.
Раствор подводится поподающему шлангу к гильзе 5 с образцом 6, скапливается в первой торцевой камере,равномерно распределяется по всей площади образца и подается в рабочую камеру.Фильтрат, пройдя через образец, собирается во второй торцевой камере и сливается по отводящему шлангу в мерный цилиндр 7.В ходе экологического мониторинга (п. 2.3) было выявлено, что среди всех контролируемых поллютантов наибольшее превышение ПДК в воде зафиксировано у летучих фенолов. Так их содержание в последний год наблюдений в поверхностных водахпревышает ПДК в 29 раз, а грунтовых – в 27 раз.Согласно п.
4.40 СП 11-02-97 [235] в перечень лабораторных исследований приинженерно-экологических изысканиях входит определение сорбционной способностигрунтов по отношению к фенолам, необходимой для оценки экологической обстановкитерритории.Фенолы, вещества второго класса опасности, являются одними из наиболее распространенных загрязнений поверхностных и грунтовых вод. Фенольные соединения,поступая в водоемы, резко ухудшают их общее санитарное состояние, так как обладаюттоксическим действием [283, 334].Для прогнозирования миграции этого поллютанта в толще торфяного массиванеобходимо знать происходит ли поглощение и накопление фенольных соединенийторфом или имеет место их вынос грунтовыми водами.Для определения сорбционных, десорбционных свойств верхового слаборазложившегося торфа проводились 2 серии испытаний:- исследование сорбции-десорбции торфом фенола и гваяколакак типичныхпредставителей одноатомных фенолов;- изучение интенсивности выноса поллютантов из загрязненного торфа.Так как при исследовании самоочищения загрязненного болота определялась возможность выноса поллютантов инфильтрующимися атмосферными осадками и их перемещением грунтовыми водами, то при изучении процессов десорбции указанных поллютантов из торфа, в качестве экстрагента использовали дистиллированную воду, аконцентрацию загрязняющих веществ в торфе определяли методами спектрофотометрии водных вытяжек.82Для определения сорбционной емкости торфа по отношению к фенолам через образец торфа пропускали модельные растворы двухкомпонентного раствора фенола игваякола (в соотношении 50/50 по объему) концентрацией 10 мг/л.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
