- •Одеський гідрометеорологічний інститут
- •З курсу “гідрогеологія” (Физико - механічні властивості гірських порід) для студентів 3 курсу
- •Одеський гідрометеорологічний інститут
- •Завдання №1 Визначення гранулометричного складу гірських порід .
- •Ситовий метод.
- •Седиментаційний або метод а.Н.Сабаніна (метод взмучування).
- •Мал.1 Прилад а.Н.Сабаніна Порядок виконання аналізу методом а.Н.Сабаніна.
- •Характер кривих показує ступінь однорідності часток, з яких складается порода. Так, наприклад, якщо крива крута, то порода однорідна, якщо - полога, то порода неоднорідна.
- •2. За графіком визначають діаметри часток, що відповідають 10 - і 60 % - ному утриманню суми всіх часток.
- •Таблиця 2 Загальна класифікація порід за гранулометричним складом
- •Таблиця 3
- •Завдання 2 Визначення фізичних властивостей гірських порід.
- •II. Визначення щільності пікнометричним способом.
- •Завдання 3 Визначення коефіцієнта фільтрації гірських порід в трубці спецгЕо.
- •Завдання 4 Розрахунок коефіцієнта фільтрації за емпіричними формулами.
- •1. Формула Хазена:
- •2. Формула Сліхтера
- •3. Формула Крюгера.
- •Формула Замаріна.
II. Визначення щільності пікнометричним способом.
Необхідне устаткування
Пікнометр об’емом 100 - 200 см3.
Порцелянова ступка з маточкою.
Сито з діаметром отворів 1 мм.
Терези аналітичні або електричні.
Водяний термометр.
Бюкси.
Електрична нагрівальна плита.
Порядок виконання роботи.
1. У пікнометр наливають дистильовану воду до мітки. Вимірюють температуру налитої води (tэк). Зважують пікнометр на вагах із точністю до 0,01 р. Одержують масу ().
2. Пробу гірської породи, що знаходиться в повітряно - сухому стані, розтирають маточкою в порцеляновій ступці і пропускають через сито з отвором 1 мм.
3. З просіяного і старанно перемішаной породи беруть наважку біля 10 – 15г () і переносять в раніше зважений пікнометр з водою.
4. Для видалення повітря з породи пікнометр із водою і породою ставлять для кип'ятіння протягом 20 хв. Перед цим з пікнометра відливають воду (0,3 його місткостіщоб уникнути переливання під час кип'ятіння).
5. Після кип'ятіння пікнометр прохолоджують, доливають до мітки дистильовану воду і вимірюють температуру води в пікнометрі, що повинна бути однаковою з початкової температурою (до кип'ятіння) (tэк).
6. Пікнометр з водою і породою зважують на терезах з точністю до 0,01 г. Масу води в об’емі породи визначають за формулою:
(9)
Відповідно, об’ем скелета грунту в кубічних сантиметрах, буде рівний масі води в грамах в об’емі породи.
7. Густину породи, г/см3 ,з точністю до 0,01 г обчисляють за формулою:
(10)
Всі виміряні та обчислені параметри заносять у таблицю 2.
Таблиця 2
Визначення густини породи.
Маса породи, , г |
Маса пікнометра з водою, , г
|
Маса пікнометра з водою і породою, , г
|
Маса води в об’емі породи, , г
|
Густина, , г
|
8.Проводять порівняльний аналіз двох методів визначення густини гірської породи.
Завдання 3 Визначення коефіцієнта фільтрації гірських порід в трубці спецгЕо.
Коефіцієнт фільтрації є показником водопроникності гірської породи, тобто показником спроможності породи пропускати через себе воду.
Швидкість фільтрації за формулою Дарсі визначають так:
(1)
де : - коефіцієнт фільтрації;- гідравлічний градіент;
Отже, коефіцієнт фільтрації - це швидкість фільтрації за умови, що гідравлічний градієнт дорівнює одиниці.
Коефіцієнт фільтрації виражається в метрах за добу, в метрах за рік і т.д.
Коефіцієнт фільтрації може бути визначений лабораторними і польовими методами, а також розрахований за емпіричними формулами.
Суть визначення коефіцієнта фільтрації в лабораторних і польових умовах слідуюча:
Витрата фільтрації визначається за формулою:
(2)
де: площа поперечного перетину приладу, за допомогою якого визначають коефіцієнт фільтрації.
З формули (2) коефіцієнт фільтрації дорівнює:
(3)
При визначенні деякими приладами (наприклад, трубкою СПЕЦГЕо) гідравлічний градієнт приймають одиницю, тоді:
=(4)
Необхідне устаткування:
Трубка СПЕЦГЕо.
Судина з водою.
Водяний термометр.
Секундомір.
Трубка СПЕЦГЕо, сконструйована Є.В.Симоновим, призначена для лабораторного визначення коефіцієнта фільтрації піщаних і глинистих гірських порід.
Трубка СПЕЦГЕо являє собою порожнистий циліндр із ріжучими краями - 4, що наповняюється породою - 6. На нижній кінець циліндра надіваєтся сітчасте дно - 5, на верхній кінець укладається латунна сітка - 2 і надіваєтся кришка - 3 з гумовими прокладками, яки утримують мірну скляну судину - 1 для виміру фільтруючої кількості води і підтримки постійного напору при фільтрації.
Мал. 4 Трубка СПЕЦГЕо
Порядок виконання роботи.
1.Циліндр наповнюють породою, злегка його утрамбовують постукуванням. Трубку СПЕЦГео ставлять у судину з водою, щоб порода увібрала воду. Це можна визначити по кольору породи, що змінився, у верхньому торці трубки. Після цього воду із судини зливають. На породу поміщають латунну сітку і надівають кришку.
2.Заповнюють скляну мірну судину водою, перед цим вимірявши її температуру. Затискають отвір судини великим пальцем і, швидко запрокинувши його, вставляють у кришку фільтраційної трубки так, щоб його шийка стикалася з латунною сіткою.
У такому виді мірний циліндр автоматично підтримує над породою постійний рівень води 1 - 2 мм. Як тільки рівень, внаслідок просочування води через гірську породу, знижується, в мірний циліндр потрапляє бульбашка повітря і витискує звідти відповідну кількість води. Цим досягається сталість напірного градієнту .
Якщо в мірний циліндр потрапляють значна кількість бульбашок повітря, то це свідчить про те, що шийка циліндра не торкається латунної сітки і занадто високо знаходиться від поверхні породи.
У цьому випадку необхідно опустити циліндр глибше і домогтися, щоб у мірний циліндр рівномірно піднімалися дрібні бульбашки повітря.
Оскільки прошарок води над породою дуже малий, гідравлічний градіент приймається рівним одиниці.
3. На шкалі визначають рівень у мірному циліндрі , включають секундомір і через визначений час рівний (4060 с) помічають другий рівеньу мірному циліндрі, що дає можливість визначити витрату води , що профільтрувалась за час .
4. Для одержання середнього коефіцієнта фільтрації повторюють виміри витрати води при різних положеннях рівня води в мірному циліндрі за час із (8-10 значень).
Отримані дані вимірів і обчислень заносять у таблицю 1.
Таблиця 1.
Визначення коефіцієнта фільтрації трубкою СПЕЦГЕо.
№ |
, с |
см3 |
см3
|
- см3
|
см3/с |
см2 |
0 |
см3/с |
Середнє значення виразити в м/добу.
Коефіцієнт фільтрації для конкретної породи залежить від в’язкості води, яка визначаеться температурою і солоністю.
Для прісних підземних вод вплив в’язкості на коефіцієнт фільтрації враховується введенням температурної поправки :
=0,7+0,03(5)
де : -температура води, 0С.
Температурна поправка розрахована для коефіцієнта фільтрації при температурі 10 градусів.
Отже,
(6)
де: - коефіцієнт розрахований для температури дослідження ;- для температури 100С; - температурна поправка, розрахована приtэксп.
Для порівняння коефіцієнтів фільтрації різних гірських порід, їх прийнято призводити до температури 200, 100, і 00С.
Значення К0, К10, К20 визначають за формулою (6).
6.По коефіцієнтам фільтрації, які отримали, будують графік залежності для температур: : 00,100, 200 и t0експ.