автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.05, диссертация на тему:Фильтрационные свойства торфов естественной структуры их изменчивость при различных технологических воздействиях

р г 5 ВЕНСКОЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

ПОЛИТЕХИ 1ЧЕСйЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

КУРИМ АЕДУЛА^

фса^

ИШЬТРАЦИОИШЕ СВОЙСТВА ТОРФОВ ЕСТЕСТВЕННОЙ ОТРШУШ .да ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ' ТЕШЛОГИЧЕЖИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

Специальность 05.15.05 - Технология и комплексная

механизация торфяного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технически наук

ТВЕРЬ 1993

Райотч выполнена в Тверском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте

Научный руководитель - доктор технически:: наук, профессор В.И.Косов

Официальные.оппоненты: доктор технических наук, профессор В.И.Горячев

кандидат технических наук, старший научный сотрудник В. Г. Степаничев

Ведущая организация Государственный проектный инотитут по комплексному использованию торфа в народном хозяйстве "Гипроторф" .

Защита диссертации состоится " 8/М " СРС/Ц&Ьр^ 1993г. в АЦ часов на заседании специализированного совета Д 063.22.01 Тверокого политехнического института по адресу: 170026 г.Тверь, -набережная Афанасия Никитина, 22.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тверского политехнического инотитута.

Автореферат разослан " Л6) " ИоХ^У^ 199>> г.

Ученый секретарь специализированного Совета

профессор В.Д.Копенкин

CFu.AU ХаРШШСДУЛА РЖЛ'и

Актуальность работы. Оилмрлционнне характеристики торфа являйте.: б-' хииу;. аз з'/,-у1&-£кзичесл»ос свойсть, спр1г;..с г*;,; ¡¿¡уъл ¿мтеп~ сивность осутшя ш.'слочеьньас '¿¿ррахорай и чорцчтиых зележей, вф-фектиБность процоссоп при получении рада ьродукции 1'а ■горочной оснолзе, нш.р&чер, процессов искусственною обсзвмхаьяим». Консолидация и осадка оснований и фундаментов ка тсрфглчх залеадх определяйте« гяшмим образом татае фильтрационной способностью торфа. Тйхнологи.ческйе режи\ы и процессы осуасшя торутпкх залежей, искусственная сушка торфа, устойчивость откосов дамб, каналов, эффективность работы рол.отршпшиц па тор£«1»о« осьоич - все ото зависит от коэффициента фильтр&ции торфов. Ь последние года в инженерной экологии получили широкое развитие торфяные фильтры для очистки сточных и природных вод. Их (эффективность также определяется в первую очередь фильтрационной и сорбционной способностью торфа.

Разнообразие видов, сло;шая текстура и структура различных торфов, ярко выраженная, анизоарогшя, широкий диапазон варьирования таких свойств как пористость, плотность, ^ракцчонкык состав и т.д. определяют в большей степени варьирование и сложность в изучении фильтрационных свойств. Эти свойства явлмтся интегральной харакнуистикой и сох водно-физичес;<.нх свойств. Но выражени» известного почвоведа Н.А.Качинского -в коэффициенте фильтрации как в фокусе отображается вся совокупность свойств почв.

Более изученными являются фильтрационные свойства

неосушенных залежей (А.Д.^убах, К.Е.Иванов, Н.И.Ильин, Н.Ь.Чураев, Л.С.Евстафьев, А.у.Нечкуров и др.), что касается изучения фильтрационных свойств различных торфов и торфяных залежей особенно наиболее распространенных верхового типа, их изменчивости во времени и пространстве, при осушении и различных технологических воздействиях, то эта проблема остается еще малоизученной.

Цель настоящей диссертационной работы. Работа посвящена исследованию изменчивости фильтрационных свойств торфов естественной структуры, а также изменению их под влиянием различных технологических воздействии и разработка рекомендаций для интенсификп-ции осушения торфяных залежей.

Для реализации поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

- выполнить анализ существующих методов и приборов для определения фильтрационных свойств и разработать новые методики, специальные полевое и лабораторные приборы;

- с помощь« новых методик, приборов и устройств, провести комплексные лабораторные и половые исследования с целью определения фильтрациоиных свойств естественной структуры;

- выполнить моделирование на аппарате ЬГДИ целый изучения изменчивости фильтрационных сеойств торфов различного напластования;

- выявить закономерности изменения фильтрационных свойств как внутри каждого иэ типов торфа, так и внутри видов;

- установить закономерности изменения коэффициента фильтрации отдельных видов торфа в зависимости от их физико-механичес-кнх свойств;

- выявить закономерности пространственно-временной изменчивости фильтрационных свойств торфяных залежей в процессе механической переработки и осумения;

- разработать рекомендации, учитывающие влияние изменчивости фильтрационных свойств торфа на интенсивность процесса осушения торфяных залежей.

Научная новизна работы. Предложен новый полевой метод определения коэффициента фильтрации и водоотдачи грунтов откачками из скважин при постоянной глубине откачки, разработанный на основе теоретических решений й.Н.Бочевера; разработан и проведены испытания нового полевого прибора; установлены закономерности изменения фильтрационных свойств торфов естественной структуры современной генетической классификации как внутри каадого из типов торфа, так и внутри видов и выявлены тесные статистические связи между коэффициентом фильтрации ( К ) и начальным коэффициентом пористости ( б0) и определены коэффициенты уравнения парной корреляции. Уравнения представлена в виде номограмм, по которым можно пригнозировать изменение коэффициента фильтрации отдельных видов торфа в зависимости от физико-механических свойств; выявлено влияние различных технологических факторов (переработка, осушение и т.д.-J на фильтрационные свойства.

Практическая значимость работы. Разработанный новый метод можно рекомендовать для определения коэффициента фильтрации и водоотдачи в полевых условиях. Новый полевой прибор позволяет непосредственно в залежи послойно определять коэффициент фильтрации и другие физико-механичесх.ие свойства, необходимые для инженерных изысканий. С помощью полученных регрессионных уравнений и номограмм, имея начальный коэффициент пористости, можно найти коэффициент фильтрации для различных видов термов. Ъыявленные закономерности влияния осуаения и переработки на интенсивность процессов осушения торфяных залежей позволяют обосновывать разработку интенсивных технологических схем осушения и освоения торфяных месторождений. Результаты исследований используются в проек-тно-изыскательской практике и в учебном процессе.

Апробация работы. Основные положения и материалы работы докладывались на научно-технических конференциях Тверского политехнического института (1991, 1992, 1993 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы к статьи ц получен патент l)í 49b¡¿4Ü¿ 33/0bbb¿ü) на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа наложена

lía IG4 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти {•лав, выводов и предложений, списка литературы (¿19 наименований) И приложения.

СОДЕРЖАЛА РАБСТЬ

Ь первой главе. Дан анализ изученности основных водно-физических свойств торфяных залежей (влаиность, плотность и водопроницаемость), прогноз и влияние их пространственно-временной изменчивости на осушение.

Существенной особенностью торфа является его высокая сжимаемость присущая деформируемой многокомпонентной полидисперсной системе. При осушении торфяных залежей неизбежным является Уплотнение торфа, сопровождающееся осадкой (понижение) поверхности залежи и отдельных ее слоев, при этом изменяются основные структурные параметры ( йиш тическая удельная поверхность, активная пористость и др.), что приводит к изменении веднкх cboíicvi!.

Понижение .YJ Ь .¡.и осушении вызывает измет'о-.г ргд'-зичееккх т>. • . При эти» происходит ¡jqct и.-ити'.....•

та торфа, снижение влажности, уменьшение коэффициента фильтрации. Иод влиянием осушения изменяется не только общее влагосодержание, но и происходит перераспределение свободной и связанной воды в зависимости от ожргш: связи ее с твердой фазой. Рост плотности торфа вызывает уменьшение объема перового пространства в основном за счет ликвидации в первую очередь, крупных пор, переориентацию их в пространства. Все ото определяет водопроницаемость торфяной залежи, оцениваемую коэффициентом фильтрации.

Исследование.::; (А.Д.Ерудастов, ¿.С.Евстафьев, Я.Й.Гетманов, И.И.Вихляев, Л.С.Амхрян, К.Т.Баэкн, И.ыЛаргип и др.) обнаружена чрезвычайная изменчивость водопроницаемости торфа, связанная с paзíI00бpa2иeм ботанического состава и степенью разложения, а также сжимаемостью.

Ориентированное расположение растительных остатков в тор^е является причиной его фильтрационной анизотропности (Л.С.Евстафьев, а.И.Сакович, Л.Б.Гетов, К.Н.Лукдин и др.).

Исследованиями (Н.И.Ильин, Н.Ь.Чураев, ft.fl.Гетманов, А.Д.^у-оах, С.Г.Солопов, И.^.Ларгин и др.) обмечается существенное значение для формирования водопроницаемости и характера передвижения воды в залежи, наличия водных нил и малопроницаемых прослоек.

Попытка определить уменьшение водопроницаемости торфа при его сжатии позволила К.П.Лундину, Л.С.Амаряну и йЛ'.Базину получить теоретическим путем и подтвердить экспериментально в лабораторных условиях, экспоненциальную связь между снияением коэффициента филь-тр'ации и коэффициентом пористости.

И = К0ежр£<*(е0-е)], ш-

где Н" и Ц - начальный и текущий коэффициенты фильтрации при коэффициентах пористости в0 и € ; оС - коэффициент, характеризующий степень уменьшения водопроницаемости торфа, зависящий от степени разложения торфа и плотности.

Исследованиями (К.п.Лундин, 1.1.А.Пименов, Ь.й.Ьубец, Ь.Й.^б -рова, А.Июльц, К.Гебхарт и др.) дается лишь количественное снижение (увеличение) коэффициента фильтрации С К ) под ьлиялием осушения торфяных почв, причем во всех работах указывается значитель-) ное снижение (увеличение) в первые годы осушения.

Многолетние исследования (Л.С.Амерян, И.И.Лиилпал, К.Т.Еазии,

Б.И.Косов и др.) позволили выявить закономерности изменения коэффициента филырации торфяных залекей верхового типа в ззгискмос-ти от давности осудим:;.

h настоящему ьрездак г.^сдлисен х>ЭД заз1.с;д.осте* изменения коэффициента фильтрации пср^п ¡.p.i его с:.таг;т,;: 'д.^.йл'иоь, м.С.Ьа-ста^ьоо, п.Н.лупдан, А.-^.^ечкуро; , ü.n.i^«*.ч::с<тл, и до.). их «шаользоышие ограничено поскольку таи-: получены

для органо-:.1Ипералъ:;ь,х ¡'руигсь я лииь iisc;..uii>» ¡'¿лоз тороа. цо— этому изучение закикоксрнос®оГ. кзмяиния тцрфоь во всем

диапазоне совре>ден-:"й гсис7;^.гсдсЛ ksucckiTw-;1,:,»; n,;:i хх естостьен-Hi)5i структуре тек 4;рJ-, по^роес:-.;: трсб»иг.' bt-.-.u. /.uv&jiuüwo глубоко)'о исследования с одноьрекевнкм учетом ендовой принадлежности торфа и его физико-технических сяойсв и i.poveKa»«i.nx

при вто?.: процессов.

Ьо второй главе рассматриваются различные методы определения фильтрационных свойств почво-грунтов в том числе и торфа с целью выявления границ их применимости.

Рассмотрены лабораторные методы, приборы для определения коэффициента фильтрации почво-грунтоп. Сущность этих методов заключается в том, что в образце грунта, помещенном в специальный прибор, создается одномерный фильтрационный поток, параметры которого измеряются и служат осноьний для вычисления коэффициента фильтрации.

Отмечается, что одним ив сущести-еигеа недостатков лабораторных исследонишй является ».тлим,« кьн шоа'-мкЫ! "пристенной филь • трации", происходящей ыезду четкий стенкой цилкпдра и самим образцом. Сна приводит к зоыздению значения коэффициента фильтрации. Существуют различные способы уменьшения нристешоп фильтрации. Для исключения этиго негативного эффекта фильтрационных приборов был разработан новый прибор, сущность его состоит в последовательном наклеивании на жесткие стенки обоймы ре?".;овой камеры, легко-сжимаемого материала (поролон, губка и пр.) л тонкого слоя торфа. На этих фильтрационных приборах проводились лабораторные эксперименты .для пословного определения коэффициента фильтрации торфов, отобранных на различных торфяных месторождениях.

Рассмотрены полевые методы определения коэффициента фильтрации, которые догот белее надежнул и достоверную информацию и создают предпосылки дли ьбтектшь-о.'* оценки водло-цияических сьоИств и

Процессов, протекающих в торфяных залежах. Дан сопоставительный анализ эффективности существующих методов и приборов.

Торфяная залежь (как одна из самых слоаных по своей структуре органических пород), отличается значительной изменчивостью фильтрационных свойств.

Б настоящее время отсутствует научно обоснованная и в тоже время доступная методика точного расчета и определения коэффициента фильтрации, учитывающая не только сложность строения торфяных залежей, но и стационарность режима притока воды к скважине. Поэтому для проведения исследований по изучению влияния различных технологических факторов на изменение водно-физических и других свойств торфяных залежей был применен специально разработанный .новый прибор (портативный универсальный комбинированный прибор - УКШ;-1), служащий для отбора проб грунтовых вод, послойного определения коэффициента фильтрации и прочностных свойств грунта. Одновременное определение нескольких параметров в одном и том же слое торфяной залежи одним прибором уменьшает число обслуживающего персонала и повышает эффективность проведения инженерных изысканий. Приведены результаты сопоставительных лабораторных (на монолитах) и полевых испытаний нового универсального прибора (УКиЛ-1) для определения коэффициента фильтрации с полевым фильтрационным прибором 1Ш1-1 конструкции ШШШ (С.С.Корчунов с сотрудниками) (табл. I).

Таблица I

Значения коэффициента фильтрации (К), определенные приборами Ша1-1 и •

Бид торфа Степень разложения, % . Средние значения коэффициента фильтрации при ЬгД0 кратной повторности, 10 м/с

1Ш1-1 УЫШ-1

магелланикум Ь к,кО ¿,80

магелланикум 10 1,87 1,62

сфагново-мочажиншй & 1.Ш 1,01

сфагново-мочаяинный ь 1,0? 0,47

фускум 5 1,5? 0,51

шейхцериевый 10 0,99 О.ЬО

шейхцериево-сфагновый и 0,ь9 0,43

магелланикум ¿ь 0,40 0,40

иеГхиео кеьо-^агно пФ 0,к0

Значения коэффициента фильтрации, полученные с помощью УК1111-1 и 11^1-1 отлкпеюся яедокятюью $тг,блг 1,61 .^«Г: 0,23), что находится ь пред&г.5х тсчносгей определения среднего значения коэффицента фктирзпвк.

Ь тазтьоУ. гль&е р;'-орьбг.тс.;: ;; одспержодтлььо опробован новый метод оарс-делаьня коэффициента фильтрации и еодсстдачи для многослойных тор^пных . ¿тот метод определения коэу.фицкек-

та фильтрации и ьодоотдач.: ста&чкокч воды ;;з скважин при постоянной глубине откачка тео?ст:гч«ск;'. основквается йи реп.енаи у.Ь.Бо-чевера для пр;:?о.?а воды к скоюш.е в напорных слоях

щ — ~/> 'г, г,г ' ■1 С/1 6^0 •

ьели записать по (¿) приток и 6/д для двух моментов времени и Хц при условиях и найти их отношение при

то, потенцируя,получим подставляя в (о)

I ^ и ( ^ЛпспЬ (ь)

После преобразоБвпи:'-; получи;,

(О) (7)

из (;_), используя Сь), пойдем окончательно

из (3) с учетом' (у) получим , .

где Ы - коэффициент фильтрации; - коэффициент водоотдачи;

Qf - приток воды при tf ; hep- некоторая средняя глубина воды;

S0~ понижение воды на контуре сквакины; Ы. - отношение Qi и Gfa формулы (8) и (9) упрощаются при оС = 2, т.е. если при обработке применяются опытные данные Qj , bf и Q^, ig • "20 - радиус скважины.

Сущность реализации метода сводится к следующему. В залежи пробуривалась скважина. В скважину опускалась с зазором цилиндрическая емкость, положение верха которой ниже стационарного ЛГЬ, что определяет постоянный напор S0 приток воды к скваа-лке. После быстрой (мгновенной) откачки воды иа емкости оруществляется приток к скважине при постоянном напоре. Расход определяется по скорости подъема уровня воды в емкости при отключенном насосе, tlo мере заполнения емкости вода периодически откачивается и повторяется измерения Q по подъему уровня. Наполнение цилиндрической емкости осуществлялось через ее верхний край.

Ь ходе эксперимента измерялся расход Q и время t и одновременно теоретически по формуле ik) нами, рассчитывался расход. Подбор параметров на кривой Q=j(t) для расчета коэффициента фильтрации и водоотдачи проводился способом наименьших квадратов с помощью 118Ш.

Апробация данного метода определения коэффициента фильтрации и водоотдачи проводилась на месторождении в районе ст.Поршинец. При S0 = 0,39 м, после обработки получили значение коэффициента фильтрации - К - О.ЬЬ м/сут и водоотдачи -JU. = 0,018. Как показывают экспериментальные данные (рис. I)', опытные точки и точки, полученные по теоретической формуле практически совпадают. Для проверки, проведено уточнение временных координат по среднему piac-ходу (Цф. Но теоретической кривой принимали время расхода, соответствующего среднему теоретическому расходу за интервал наблюдений. Как показали расчеты на пЭЬМ, отклонение этого времени от опытного времени середины интервала на участке наибольшей кривизны графика составляется '¿-Ь секунды, т.е. ничтожно мало и при обработке опытных данных им можно пренебречь.

Для других экспериментов, для одной и той же скважины при разной глубине откачки и соответственно слоистости торфяной залежи, получено: при S0 = 0,4Ь м - К = 1,02 м/сут; JH = 0,09; при 50 «= 0,63 м - Н = 0,78 м/сут; =

р---1_____1_____I____

■ 50 ЮО /5а 200 гЬ/ мин

Рис. I. ~ас::сда, цр;: ноочыаиняа уровне откачки

* - о::спср;::.:ег;7йль:ш,е точки, о - теоретические точки

Уменьшение значения коэффициента фильтрации при большом понике-нии , можно объяснить наряду с напластованием тор^ еще и на -чавшимся процессом уплотнения залежи при понижении уровня в окружающем скважину массиве.

Б районе Суховерково (п. Емельяновское) такие проводились полевре эксперимент:,: по определения коэффициенте фильтрации и водоотдачи ко новому ;.;етоду. параллельно прсводились и лабораторные эксперименты. отого послойно отбирались образу ненарушенной структуры и на цжбурв «М-1 определяли коэффициент фильтрации и одновременно проводились испытания по оценке ¡¿•изико-механических характеристик торфа непосредственно б залежи с использованием приборов СК-Ю и й-Ь конструкции л. С./шар ян а (табл. ¿.1.

Лабораторные опыты показывают, что коэффициент фильтрации меняется по слоям (табл. к), что свидетельствует о неоднородности торфяных слоев залежи. Сопоставление результатов лабораторных опытов ( И = 10"^ м/сут и полеькх ( К = 4,0 10"^ м/сут) показало, что значения среднего коэффициента фильтрации по глубине близки.

Для сравнения был сделан анализ результатов сопоставительных испытаний по определению коэффициента фильтрации с использованием различных методов расчета (табл. о).

Результаты расчетов показывают, что наиболее близкие значе-

- -

Таблица '¿.

Результаты исследовании водно-физических и структурно-механических свойств торфяной залежи

Глубина опробования, И, м Степень разложения, Влажность, Зольность , А, % Сопро- тпвлен. сдвигу, ГС, к1а, Сопро-тивлен. зондирован. Коэффициент фильтрации 10"° м/сут

0,00-0,0з - - - - ¿10 -

0,03-0,15 ъз I,? 31, к. 455 3,44

0,15-0,кЬ _ - - 4 344 6,00

0 ,¿5-0,50 За Ь7 ¿С ,о К.7 ¿65 10,36

0,50-0, ?5 38 вв 1к.,<з ¿54 5,37

0,75-1,00 3 В ьь % I 16,1 кЬ6 3,65

Таблица 3

Значения коэффициента фильтрации торфяной оаяеки, полученные различными методами расчета

Автор

Формула

значение м/сут

Эркин Г.Д. Эркин Г.Д. Порше

Донат-Иисарков Х.А.

Писарков Х.А.

БелИИШиЬХ Завзрта А.А.

Ыетод откачки воды из скважины при постояно-ной глубине Ьткачки |

к №Л)Ь Ч/ у-

Ъ3

н-г 1- у

"Чй^ЬЩо

Н^З.б^ВдЩМ.-ь^ы

кс? Бо

0,011

О.ОЗк;

0,005

0,007

0,110

0,0^0 о,озо

0,040

-ге-

ния К , определенные методом восстановления в сравнении'с данными метода откачки вод;! из скважины при 5о =Сап5С , являются расчетные значения по о.оркулам оркина , БелКЖМи.ВХ, а остальная з&-т>ь.оаы'г, лкбо зшимеш значения' к на порядок и болев.

Ь ч^стЕ глалв (.ркйвдьют экспериментальные исследования по научешо «»•.•енчивоочт. .¿.илмрццксншх свойств различных видов торфов и торфяных залетай.

Ь;:д '.'ор.ра является основной классификационной единицей и ха-рики'вризуйцййия определенными физико-техническими > водными'; струк-уурныьи и ;:ру:чс,.и своИстьами (С,Ь Л'юромнов, И.я?.Лергин, Й.И.Лишт-ван, ¿.Т.лизин и др.). представляет интерес изучение изменчивости фильтрационных свойств различных бидов торфа. Ьыполнены и обобщены шсгоаил&шьщ результаты лабораторных исследований на более чем тис:т;.. образцах с ненарушенной структурой| отобранных послойно из генетических горизонтов различных типов торфяных месторождений. Такое многообразие образцов и детальность исследований была необходима ко той причине, что ранее шполнэняши исследованиями (И.Ь.Чураев, Н.И.Ильин, Е.Т.Еазин, Б.И.Носов и др.) показано, что торфа с одинаковой степенью разложения и даже с одинаковой общей пористостью, но различной видовой принадлежности отличаются порой по значению коэффициента фильтрации на несколько порядков.

Ь результате регрессионного анализа установлены закономерности изменения водопроницаемости как внутри каждого из типов'тор— фа, так и внутри видов, а также изменения коэффициента фильтрации отдельных видел торфа и эависимости_рт его физических свойств. Установлен!! средние значении (.И и 60) и среднеквадратические отклонения (СЛ деформационных и фильтрационных свойств отдельных видов генетической классификации (тибл. 4). Ьыявлено, что при переходе от древесных к моховим торгам низинного типа происходит резкое снижение значения коэффициента фильтрации и степени разложения. При этом начальный коэффициент пористости увеличивается (рис. Такая же тенденция изменчивости коэффициента фильтрации харам-ерна н дан торфов переходного типа. Для торфов верхового типа наблюдается несколько иная закономерность. При переходе от ■торфов травяной и травяно-моховой группы к меховым наблюдается увеличение значения Ц и копуфпционта пористости. При

этш стенонь рааыл.(шия у^ениниется. Тяьоо различие объясняется

в первую очередь тем, что водопроницаемость определяется соотношением активной и общей пористости. Текстура различных торфов (низинных) травяной группы включает остатки осок, тростника и т.д., этим объясняется высокие значения водопроницаемости. Дм верховых торфов моховой группы высокие значения коэффициента фильтрации объясняются сложной структурой переплетения и высокой активной пористостью таких торфов как комплексный, ыагелланикум и с сфагново-мочажинный.

Изменение коэффициента фильтрации в зависимости от коэ^рфици-ента пористости для конкретного вида торфа имеет четко выраженную тенденцию. С ростом коэффициента пористости наблюдается рост коэффициента фильтрации. Ььявлены статистические связи между коэффициентом пористости и коэффициентом фильтрации, определены коэффициенты уравнений парной корреляции (табл. 4). Получены номограммы (рис. о), по которым могло прогнозировать изменение коэффициента фильтрации в зависимости от начального коэффициента пористости по отдельным видам торфа.

Полевыми исследованиями выявлена обратная -зависимость между плотностью, оцениваемой параметрами сойротиьления статическому зондированию ( и сопротивлению сдвигу (Т) и ее водопроницаемостью ( И ) (рис. 4). Установлено, что при эксплуатации торфяной залежи и добыче торфа происходит уплотнение верхнего слоя, что приводит к резкому снижению его фильтрационных свойств. 'Этот уплотненный слой не пропускает поверхностную воду и действует как протквофильтрационный экран.

Ь результате моделирования на аппарате ЗГДА выявлено, что расход для условно однородного слоя торфяной залежи составил §адн~ 6»41 0 ы3/сут., а для многослойного, где имеется уплотненный слой 1$у„лг 1,04 20"^ и/су т. Наличие уплотненного слоя вследствие осушения уменьшает расход в Ь раз. Следовательно эффективность осушителей при этом будет резко снижаться. Б результате полевых опытов, установлено, что после переработки уплотненного слоя коэффициент фильтрации увеличивался в среднем в Ь раз. Данные моделирования на ЭГДА показали, что расход при этом увеличивается Щмод~ мЭ/сут), т.е. в кЬ раз.

Установлены закономерности пространственно-временной изменчивости водопроницаемости торфяных залежей в процессе осушения. Показано, что существенные ее изменения в первый период осушения

Таблица 4

Еид торфа Коэффициент Начальный Коэффициенты уравнения

фильтрации коэффициент А + А •

К • 10° »м/с пористости — — и

средн. среди .средн. средн 1 • А ! п 1 /V X А

арифм. квадр .арифм. квадр . - А В 1 ±А 1

знач. знач. знач. знач. 1

г е. бл ! , 1

ьшаи

ДреБесно- 2,05 2,9 0,47 0,91 0,35

осоковый 2,17 в,ь 3,0

,1|ревеено-*ро- 1,87 10,1 0,74 0,61

стниховый 2.21 2.1 2.33 0,44

Тростниковый 1,02 0,58 8,2 1,0 2,12 0,37 0,67 0,38

Вахтовой 0,34 0,39 9,3 3.1 0.1 0,03 0,91 0,02

Осоковый 1,72 2,03 И.» 3.1 0.19 0,07 0,81 0,15

Осоково-гид-

новый ¿¡,91 1,07 14,9 4,4 . 0,16 0,12 0,78 0,34

Гипновый 1,23 1,28 12,8 1.9 1,56 0,19 0,91.. 0,13

СЩРЕЩфЬЙ

Древесно-осоковый 1,79 2,61 10,1 2,3 0,31 0,04 0,54 0,08

.Иревесно- 1,77 0,^5 0,12

сфагновый П,1 3,3 1,2 0,66 0,51

^ейхцериевый 1,5« 1,3В 12,2 . 4,6 1.0 0,15 0,90 0,25

Осоковый 0,42 0,24 12,2 2,9 0,23 0,05 0,53 0,16

Осоково-

сфагнозый 0,36 0,2ч 13,8 5,9 0,72 0,12 0,91 0,30

Сфагновый 1,60 1,37 16,9 Л, 15 0,04 0,60 0,28

ЬЕРХОЬОя

Сосново-

СфЛГКЗВЫЙ 0,58 0,44 13,8 4,5 0,11 0,05 0,71 0,23

Пушицевый 0,69 0,45 13,6 3,Ь +0,07 0,06 0,67 0,22

Шейхцориеььй 0,о4 6,о7 Ь,7 4,8 0,83 0,04 0,87 и,15

Пукицево- 0,40

СфвГНОВЫЙ 0,3В 14,5 2,6 1,14 0,11 0,87 0,21

Шейхцериево- 0,74

сфагновый 0,40 15,1 4,8 1,78 0,17 0,96 0,18

шускум 0,63 0,47 16,4 4,5 0,07 0,67 0,69 0,21

¡'иагелланикум 0,6*. 0,91 16,6 5,9 1,26 0,09 0,61 6,21

Комплексный 0,49 1,08 18,2 4,9 0,17 0,04 0,8<: 0,08

С^агноло-кс-

чажинный 20,5 0,2 6,78 0 ,05 6,69 6,10

H-fO, rt/сГ

a,7 0,6

0,s az

о J о

J

A■-/( трфи)

Я-J- у fSvâ VVpfe/ 7/ V/ ^О/Офс)

/ У

/ f

\

eo

га \

rs.

tâ .

/4

I

^ § ■«?• í s ^

Puc. 2. Изменение коэV>- пцоантов йплкгрямии, пористости и степени разложения по видом различных торгов: n) ппзишшГ. тогг;« о) пороходешЯ ?атУ-; ь) порхож" торь

f- $ Ь

* S Í

It J

40

SI

24

f6

8

I

ню: М/с з V А

2 г У

1

// ____7

О

I. Древесно-тростниковый .Иревесно-осоковый

3. Тростниковый

4. Гипновый

Ь. Осоковр-гипновый

6. Осоковый ?

7. Вахтовый

к-го,

м/с

4 а А. Г 21 ю 7 ¿4 > ^

/1 ,2 /3

%

I. Древесно-сфагновый к. кейхцериевый

3. Осоково-сфагновьШ

4. Сфагновый

5. Осоковый

6. ДэеЕесно-ссокошй

I. Шейхцериево-сфагновый И. Фускум

3. Шейхцериевый

4. Пушицевый

Ь. Магелланикум о, Иушицево-сфагноЕый

7. Сосново-сфагновый

8. Сфагново-мочалЕинный —,а—^—,—— 9. Комплексный

о. Ьди.чп^ослч. 1.;.'по11осница-3'..ос'.г;; ит начального ксэф!]ицп*з?"! ¡¡ин'.с"'.ч:'/: : а; ирйшыь-;- б) переходный тср^,

О

а 0,25

¿>5а 0,75

/,ао

г во ло 370 ш *>90

, п ¡в ДО

4 Й Г Л2 —*-л

|Т '

г*»

7Г, ЛГ л С

А - ГО'5, ,^/сг/т

х х х х х

к ■Рг

Рис. 4. Послойное изменение коэффициента фильтрации и физико-механических свойств осушенной торфяной залежи (опытная площадка "Йлельяновское")

наблюдаются только в верхних слоях залежи. Водопроницаемость торфяной залежи верхового типа под влиянием осушения изменяется в значительно больших пределах, чем низинного. Б первый год предварительного осушения в отдельных слоях наблюдалось уменьшение коэффициента фильтрации в раз и болев сравнению с коэффициентом фильтрации в том же слое торфа до осушения (рис. Ь). Следствием этого является уплотнение торфяной залежи, частичная или полная ликвидация сверхмакроструктурных неоднородностей. Установлено, что неравномернее уплотнение торфа под влиянием осушения из каналов и в центре карт вызывает и соответствующее снижение коэффициента фильтрации в 1,5 метровом слое (рис. Ь.б). Ьа бровках, после 3 лет предварительного осушения, коэффициент фильтрации снижается в среднем в 13 раз, тогда как в центре карт в 5,4 раза. Показано влияние переработки торфяной залежи на изменение ее фильтрационных свойств. Например, при переработке залежи машиной МТ11-4<: значение коэффициента фильтрации возросло вс среднем в £-4 раза, поскольку произошла перестройка в структуре залежи за счет увеличения порового пространства и активной пористости. Однако после '¿.-6 месяцев значение коэффициента фильтрации снизилось до начального состояния.

Проведены расчеты расстояния между каналами при неустановившейся фильтрации с учетом пространственной и временной изменчивости коэффициента фильтрации. Расчеты проводились в двух случаях: при времени стабилизации 10 сут и 30 сут и при различных значеии-

Рис. 5. Изменение водопроницаемости торфяной залежи в

процессе осушения (а) и по ширине технологических карт (б): 1-4 значения К соответственно для неосушенной залежи, после I, 3 и 7 лет ооушония

як кс^фпционта (Гилътрашга. Показано, что в первом случае (10 сут) расстояние моаду каналами изменяется су "'",8 до м, а !»С '^'прогл ИЗШ1Ш00СЯ ОТ 55,1 ДО 13,1 М, Ир!1 Э'ГОК »;03'1ф>ЦИСНТ -ит/граили киол следующий диапазон значений - от 1,0 до 0,01 м./о.уи. Установлено, что эфТект осушения будет достигнут при Л1)<;;.;гши стабилизации 10 суток, когда У -> 0,£5'о м/с.ут и при .'¡О оут, когда М л 0,045 м/сут.

'Результата расчетов расстояний между щолавнми дренами о использованием послойных значений коэффициентов ¿?яльтрацтт для с,;;ио-, друк« л трехслойной торфяной затопи показаны на рис. 6.

•'ша'шз розульти'гои ноказкчапт, что раосшшао коаду дренами (В) для однослойной залета (до осушения) в 0 раз больше, чем для трехслойной (уплотненной), а для двухслойной, где применена иягаша Ш'11-42 (переработка), междрятюо расотояикг.

2, м 8

6 Ч

Рис. 6. Зависимость расстояния между щелевыми дренами для различной схемы слоев торфяной залезки: I - однородный, '< - <.хслойный (переработанный), 3 - Зхслойный (уплотнений11

ОСНОБНЬЁ ЬыЬ0,ф И ИРВДОЖЕНШ

1. Б результате комплексных исследований изучены фильтрационные свойства торфа и торфяных залежей, а также влияние их пространственно-временной изменчивости на интенсивность осушения.

к. На основе анализа и сопоставительных испытаний существующих,, методов определения фильтрационный ¿ойств почво-грунтов выявлены их недостатки и разработаны специальные полевые и лабораторные приборы и повышающие их точность и достоверность при проведении инженерных изысканий.

Ъ. Разработан и апробирован новый метод определения коэффициента фильтрации и водоотдачи, позволяющий послойно определять эти характеристики в залежи.

4. Установленн в результате статистической обработки экспериментальных данных средние значения и среднеквадратические отклонения деформационных и фильтрационных свойств отдельных вщов торфа генетической классификации, а также установлены закономерности изменения фильтрационных свойств как внутри каждого из типов, так и внутри видов различных торфов.

5. Установлены закономерности изменения коэффициента фильтрации отдельных видов торфа в зависимости от физико-механических свойств. Выявлены в результате корреляционного анализа статистические связи медду коэффициентом пористости и коэффициентом фильтрации и определены коэффициенты уравнений парной корреляции. Построены номограммы, позволяющие прогнозировать коэффициенты фильтрации отдельных видов торфа в зависимости от начального коэффициента пористости.

7

2

6. В результате полевых исследований установлено, что при

осушении торфяной залежи наблюдается уплотнение верхнего слоя,что приводит к резкому 1в Ь раз) снижению его фильтрационных свойств.

7. По результатам моделирования на БГДА выявлено, что в связи с наличием уплотненного слоя вследствии осушения и последующей переработки его расход воды по сравнению с уплотненным слоем возрастает в 28 раз, что свидетельствует о том, что этот уплотненный сло/í не пропускает поверхностную воду и действует как противофильт-рационный а кран.

Ь. Установлено, что в первый год предварительного осушения ь отдельных слоях торфяной залежи наблюдалось уменьшение коэффициента фильтрации в Ib раз и более по сравнению с коэффициентом фильтрации в тем же слое до осушения. Нераььоыерное уплотнение торфа под влиянием осушения у каналов и в центре карт вызывает и соответствующее спадение коэффициента фильтрации. Например, выявлено,что в 1,5 метровом слое, на бровках каналов после 3 лет предварительного осушения коэффициент фильтрации снижается в среднем в 13 раз, тогда как в центре карт в 5,4 раз.

9. Показано влияние переработки торфяной залежи на водоррони-цаемость торфа. При переработке верхнего слоя залежи машинами !,¡Ti:--<2 сначение коэффициента фильтрации возросло в среднем ь 2—i раза, поскольку произошла перестройка в структуре зг.г ежи за счет .увеличения гюрового пространства^ и активной пористое^ -

JU. ha основе комплексных исследований даны рекомендации по выбору í.ifesyipenHbX расстояний при выполнении щелевого дренажа, учитывающие влияние изменчивости водопроницаемости на интенсивность процесс?. осушения торфяных залежей.

Основные ¿.сложения диссертации опубликованы ь следующих работах;

1.'Kocob В.И., Коновалов В.А., Kypyvn Л. Кстсд определения коэффициентов ф.;шл\)ащш и иодоотдачи в полевых условиях. Сборник на-,»чш>: ïpj,aoj- T-e.iH "Гид^авлик^, русловых и нидаемных потоков", 1991. - С. 73-80.

2. Носов Б.И., Коновалов Е.А., Курума А. Моделирование фильтрации в торфяной залежи. Тпрфянея гром-ст;.,1991, К 7.- С. S-II.

Kuoi ¡-.ti., Коновалов а. А., курумь А, Способ определения

^втрыдни л в оде отдачи грунта в полевых условиях. 110-

лсгит'гльнос fjr.'i: óiiii-; ? lay] г. на выдачу патента.