Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ способов защиты и очистки дренажа от заиления при его реконструкции 10
1.1. Анализ выполненных ранее исследований по защите закрытого дренажа от заиления с помощью волокнистых материалов 10
1.2. Анализ выполненных исследований по промывке закрытого дренажа 17
1.3. Анализ выполненных исследований по самопромывке закрытого дренажа 21
2. Геотекстильные материалы и предъявляемые к ним требования 25
2.1. Состав материалов 25
2.2. Структура геотекстилей и способы их изготовления 26
2.3. Требования к ЗФМ из волокнистых материалов 27
2.4. Способы защиты дренажа от заиления с помощью геотекстилей 31
3. Расчетная зависимость для определения коэффициента фильтрации геотекстильных материалов 33
3.1. Выбор материалов 33
3.2. Определение микроразмеров геотекстиля 34
3.3. Расчетная зависимость для определения коэффициента фильтрации геотекстиля 35
3.4. Обоснование применимости полученной расчетной зависимости 40
3.5. Сравнение с формулами других авторов 41
4. Лабораторные исследования фильтрационных свойств геотекстиля 43
4.1. Методика определения коэффициента фильтрации геотекстиля 43
4.2. Результаты исследований коэффициентов фильтрации геотекстилеи 47
4.3. Проверка геотекстилеи на кольматируемость. 49
5. Гидроимпульсное устье для самопромывки дренажа и расчет его параметров 54
5.1. Устройство гидроимпульсного устья 54
5.1.1. Усовершенствованная конструкция ГИУ 55
5.2. Установка ГИУ на коллекторе и его расчетная схема 56
5.3. Расчетная зависимость для определения максимального расхода 56
5.3.1. Основы расчета импульсного режима работы дренажа 56
5.3.2. Вывод зависимости для определения максимального расхода системы ГИУ-коллектор 58
5.4. Расчет периода цикличности работы гидроимпульсного устья 61
6. Лабораторные и полевые исследования гидроимпульсного устья 64
6.1. Определение расхода зарядки и коэффициента расхода усовершенствованной конструкции ГИУ 64
6.1.1. Описание модельной установки 64
6.1.2. Методика проведения экспериментальных исследований 66
6.2. Результаты экспериментальных исследований и их анализ 67
6.3. Опытные осушительные системы, оборудованные ГИУ 73
6.3.1. Характеристика опытных систем 73
6.3.2. Определение гранулометрического состава наилка в коллекторе опытных систем 74
6.4. Определение водно-физических свойств грунтов междренья и засыпки 75
6.4.1. Определение объемной массы грунтов междренья и засыпки 75
6.4.2. Определение коэффициентов фильтрации грунтов междренья и засыпки 76
6.4.3. Результаты определения водно-физических свойств грунтов 77
6.5. Полевые исследования работы гидроимпульсного устья 81
6.5.1. Качественное описание работы ГИУ в полевых условиях 82
6.5.2. Определение зависимости расхода от времени 83
6.6. Проведение полевых испытаний ГИУ и его результаты 84
Заключение 86
Литература 87
Приложение 95
- Анализ выполненных исследований по промывке закрытого дренажа
- Способы защиты дренажа от заиления с помощью геотекстилей
- Расчетная зависимость для определения коэффициента фильтрации геотекстиля
- Результаты исследований коэффициентов фильтрации геотекстилеи
Введение к работе
Актуальность работы. Хорошо известна потребность сельского хозяйства в осушительных системах. Территории с избыточным увлажнением, пригодные для аграрного использования, занимают в нашей стране значительные площади.
Осушительные системы, которые строятся для борьбы с этим избытком влаги, должны работать десятки лет. За это время часть из них по различным причинам выходит из строя или значительно снижает эффективность действия.
Исследованиями эксплуатационной надежности горизонтального трубчатого дренажа и вопросами защиты дренажа от заиления занимались многие ученые: Н.Н.Бредихин, Н.И.Горошков, В.А.Духовный, Л.В.Кирейчева, Н.Н.Ковальчук, А.А.Коршикова, Ю.М.Косиченко, А.В.Колганов, Ц.Е.Мирцхулава, А.И.Мурашко, Н.Г.Пивовар, Л.М.Рекс, Е.С.Семеринов, В.Ф.Серебренников, В.В.Хегай, Н.И.Хрисанов и другие.
Известно, что при нарушениях в работе дренажа предусматривается одно из следующих мероприятий: мелиоративное улучшение земель, капитальный ремонт, либо реконструкция.
Реконструкция назначается тогда, когда проведение капитального ремонта или мероприятий по мелиоративному улучшению земель не может обеспечить необходимой интенсивности осушения и возможности регулирования водного режима осушаемых земель.
По состоянию на сегодняшний день по разным причинам в реконструкции нуждается до 40...50% построенных осушительных систем. Только в Ленинградской области из 329762 га земель, осушенных закрытым дренажем, в реконструкции нуждается 102727 га, то есть 31%, а еще 82382 га нуждается в капитальном ремонте. При неудовлетворительной работе дренажа в первую очередь обследуется коллектор. Если причина ухудшения не в нем, то оценивается водоприемная способность и состояние дрен,
заиление которых - одна из часто встречающихся причин неисправности закрытой дренажной сети. Обследование дренажных линий показывает, что многие дренажные трубы в той или иной степени заилены (в зависимости от срока службы, качества строительства и гидрогеологических условий), что заиление снижает водоприемную способность дренажа.
СевНИИГиМом разработаны принципиальные схемы реконструкции осушительных систем [64] в соответствии с которыми в слабоводопроницаемых грунтах широко применяются следующие мероприятия:
-при расстояниях между дренами более 15 м новые (дополнительные) дрены прокладываются в каждом междренье
-при меньшем расстоянии (<15 м) через 1-2 междренья.
То же самое рекомендуется применять при недостаточной водопроницаемости засыпки дрен или в случае кольматажа защитно-фильтрующих материалов (ЗФМ) и придренной зоны [14]. Таким образом, с одной стороны, поскольку ранее заложенные дрены продолжают работать, надо обеспечить промывку дренажно-коллекторной сети от поступающих в коллектор наносов, а с другой обеспечить надежную защиту вновь закладываемых дрен от заиления, в том числе с применением современных геотекстильных материалов. Поэтому вопросы промывки и особенно самопромывки дренажа, а также разработка требований к геотекстильным материалам, которые могут быть применены в качестве защитно-фильтрующих, является актуальной задачей.
Цель работы состоит в совершенствовании методов защиты закрытых мелиоративных дренажей от заиления.
В задачи исследования входило: - анализ вопросов заиления дренажных трубопроводов и средств его предупреждения;
- лабораторное исследование ряда современных геотекстильных
материалов, которые используются или могут быть использованы в качестве
защитных фильтров для дренажных систем;
разработка расчетной схемы нетканого полотна и вывод формулы для определения коэффициента фильтрации геотекстиля;
изучение различных устройств самопромывки дренажных систем и разработка нового устройства для обеспечения самопромывки при минимальных дренажных расходах;
- проведение лабораторных и полевых испытаний самозарядного
сифонного устройства для самопромывки дренажных систем -
гидроимпульсного устья (ГИУ).
Методика исследований.
В работе применен комплекс теоретических, лабораторных и полевых исследований. Фильтрационные исследования выполнялись в рамках широко применяемой фильтрационной схемы. Разработка новой конструкции гидроимпульсного устья выполнена на основе анализа научно-технической и патентной документации. Лабораторные и полевые исследования выполнялись с применением общеизвестных методик с натурными образцами геотекстильных материалов и устройств для самопромывки.
Научная новизна.
Получена новая формула для определения коэффициента фильтрации геотекстиля, учитывающая диаметр волокон и пористость материала.
Разработана и запатентована новая конструкция гидроимпульсного устья для самопромывки осушительных систем (патент РФ №2233941).
Получены расчетные зависимости для определения максимальных расходов гидроимпульсных устьев и продолжительности цикла их работы в зависимости от приточности к коллектору.
На защиту выносятся:
расчетная фильтрационная схемы геотекстильных материалов;
зависимости для определения расчетных диаметров фильтрационных ходов в геотекстилях и их коэффициента фильтрации;
технические решения по самопромывке дренажа;
расчетные зависимости для определения параметров гидроимпульсных устьев (максимального расхода, времени зарядки системы и сработки накопленного объема воды);
Апробация работы и реализация результатов исследований:
Результаты исследований по теме докладывались и обсуждались на Международных конференциях «Акватерра» (СПб, 2003) и «Чистая вода» (г.Екатеринбург, 2003). В 2004 году по теме диссертации был сделан доклад на межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых в ПГУПС.
Разработана и запатентована новая конструкция гидроимпульсного устья для самопромывки осушительных систем (патент РФ №2233941).
Достоверность и обоснованность результатов исследований определяется:
использованием в лабораторных исследованиях широко проверенных методик;
опытной проверкой полученных расчетных зависимостей путем сопоставления с результатами лабораторных и полевых исследований;
непротиворечивостью полученных результатов существующим научным представлениям и гипотезам.
Публикации. Основные результаты исследований и положений диссертации отражены в 6 научных работах.
Практическая ценность. Разработанный метод оценки геотекстиля может быть применен для проверки пригодности новых геоматериалов для мелиорации. Разработанная конструкция ГИУ заряжается при меньших расходах, по сравнению с существующими, что дает большую надежность самопромывки. Предложенная схема установки ГИУ на осушительных
9 системах может быть применена как при реконструкции существующих систем, так и при новом их строительстве.
Материалы работы вошли в опубликованный ГУ ГНПЦ «Ленводпроект» Рабочий Проект «Сооружения на осушительной сети» (шифр №020/3, 2003 г.), где приводится предложенная схема установки гидроимпульсного устья на осушительной системе.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав основного текста, заключения, списка литературы из 82 наименований и 3 приложений (7 страниц). В диссертации 81 страница машинописного текста, 8 таблиц, 19 рисунков. Общий объем работы 102 страницы.
Анализ выполненных исследований по промывке закрытого дренажа
Мелиоративный дренаж в гумидной зоне укладывается с уклонами 1=0,002 - 0,005 и лишь в исключительных случаях 1=0,008 - 0,01. Модули дренажного стока редко превышают 1,0 - 1,5 л/с га. Отсюда скорости воды в дренах таковы, что частицы d 0,3 мм не выносятся из труб. Гарантирован только вынос частиц d 0,l мм. Теоретически, частицы таких размеров не должны поступать в дренаж при использовании соответствующих ЗФМ, однако многие существующие системы не имеют такой защиты, поэтому в них могут попадать частицы диаметром 0,1 мм и более. Для выноса частиц диаметром 0,3 мм необходимы уклоны 1=0,005 — 0,01 при половинном наполнении труб и 1=0,003 - 0,006 при полном. Для выноса частиц, имеющих d 0,4 мм, нужен уклон i 0,01 - 0,03. На практике частицы d 0,3 мм откладываются в трубах (А.И.Мурашко, Е.Г.Сапожников [25]). При безнапорном течении из дрен выносятся частицы диаметром порядка 0,02 — 0,05 мм, частицы размером 0,01 мм выносятся практически при любых уклонах, а частицы более 0,015 мм только при больших уклонах. Грансостав наилка близок гранулометрическому составу окружающего грунта. По данным Дмитриева А.Ф., минимальная незаиляющая скорость 0,26 м/с для несвязных грунтов со средним диаметром частиц 0,12 мм в трубах диаметром 50 мм наблюдалась при уклоне 1=0,002. Гофры пластмассовых дрен снижают заиление из-за повышенного уровня пульсаций потока при отрывных течениях в гофрах. Для предотвращения заиления полостей дренажных труб и улучшения условий отвода воды уклоны дрен регулирующей сети на тяжелых почвах увеличивают до 0,006 - 0,008, при этом скорость движения воды не должна превышать 1,6 м/с (В.ЯЛерненок, В.С.Печенина [65]).
По данным Эггельсманна Р. [10] самоочистка дренажных труб от ила возможна только при уклоне более 5%, если трубы работают полным сечением. Зубец В.М. [66] на основании расчетов определяет среднюю незаиляющую скорость потока в дренах, обеспечивающую их самоочистку, в пределах 0,3 — 0,4 м/с, в зависимости от степени наполнения трубок и размера фракций песчаного грунта. Жагарис П.В. считает размывающей скорость воды в трубах 0,25 - 0,35 м/с. Для промывки дренажных труб от свежеотложившихся глинистых частиц необходима скорость 0,2 м/с; для выноса твердых частиц размером 0,05 - 0,1 мм - 0,25 м/с; для частиц 0,1 — 1,0 мм требуется скорость 0,4 м/с [16]. Чтобы обеспечить вынос многолетних отложений из дрен, необходимы скорости порядка 1 м/с [47]. Наряду с заилением дрен частицами грунта, в некоторых почвах грунтового и грунтово-напорного питания происходит заохривание дренажной сети — отложение в дренах железистых соединений и закупорка водоприемных отверстий. Нередко осушительная сеть выходит из строя из-за образования в дренах корневых пробок. Наиболее часто дрены закупориваются корнями многолетних растений. При заилении пятой части диаметра дренажной трубы ее пропускная способность уменьшается на 58% [67]. По имеющимся литературным данным, диапазон рекомендуемых значений предельно допустимой степени заиления дренажных труб находится в пределах от 5 до 50% их внутренней полости. Влияние степени заиления дрен на пропускную способность линий оценивается зависимостью [66]: где Q4 и Q3 - расход воды, пропускаемый соответственно чистыми и заиленными дренажными трубами; z=h/d - степень заиления дрены (h - слой наилка в дрене; d — внутренний диаметр дренажной трубы). Интенсивность заиления дренажа во времени изменяется в зависимости от качества его строительства и эксплуатации. Известно, что при плохом качестве строительства заиление дренажа частицами грунта проявляется обычно в первые годы эксплуатации, а заиление железистыми соединениями возможно и при хорошем качестве работ. Первоначальное заиление дрен (после строительства) является случайным и подчиняется вероятностным законам распределения. Обзор литературы позволяет сделать заключение, что трудно определить периодичность промывок дренажа, поскольку процессы заиления индивидуальны для каждой системы.
Промывка должна выполняться по необходимости. Эта неопределенность также подводит нас к идее о выгоде применения самопромывки дренажных сетей, которая будет рассмотрена ниже. В зависимости от степени заиления и закупорки дренажных линий применяются следующие способы их очистки: механический, гидромеханический, гидравлический и химический. Довольно давно широкое применение находит промывка дрен и коллекторов с помощью цистерн различных емкостей, из которых воду под напором 2-3 м шлангом подают в истоки дренажных трубопроводов при заглушённых устьях с последующим мгновенным сбросом воды. Эту операцию, в зависимости от заиления, проводят несколько раз. Расход воды в расчете на одну дрену составляет 3-4 м . Этот способ применяется для промывки частично заиленных дренажных линий (но не более чем на 0,4 -0,6 диаметра дрен и без сплошных пробок), главным образом, в профилактических целях [68], При промывке дрен с высокой степенью заиления (до 100%), наличии пробок в дрене, сцементированных наносах применяются высоконапорные дренопромывочные машины (напр. отечественные машины Д-910, MP-18 и др.).
Рабочим органом таких машин является промывочная насадка, из которой при подаче под высоким давлением воды вытекает лобовая струя (для размыва наилка, препятствующего продвижению головки в трубках) и три или более реактивных струй в обратном направлении, под действием которых насадка со шлангом продвигается вперед по дрене. Под воздействием лобовой и реактивных струй наилок размывается и в виде пульпы вытекает из дрен [66, 68, 69]. Количество воды, необходимое для очистки дрен, зависит от вида и степени заиления, плотности и влажности наносов и других факторов. Расход воды на промывку составляет в легких грунтах до 60 м3/км, в глинистых до 120-144м3/км[70]. Опыт эксплуатации дренопромывочных машин выявил ряд недостатков [66,71]: - большой расход воды, не столько для промывки, сколько для создания реактивного усилия для продвижения промывочной головки в полости дрен; - частое застревание промывочной головки и трудность ее нахождения; - необходимость выполнения значительного объема работ вручную; - невысокая производительность (не более 1,6 га в смену) и связанная с ней высокая стоимость промывки (около 1000 - 1500 руб./га); - возможность поломки трубок и нарушения их соосности во время движения в дрене промывочной головки; - разрушение защитного фильтра, скелета грунта придренной зоны под воздействием мощных струй воды. Существуют и некоторые другие способы очистки дренажа от наилка, лишенные части этих недостатков: вакуумная промывка, продувка сжатым воздухом, промывка водовоздушными смесями (Ш.Т.Даишев, В.А.Хухряков, Н.Н.Ковальчук и др. [44, 72, 79, 80, 81]).
Способы защиты дренажа от заиления с помощью геотекстилей
Основные схемы защиты дрен от заиления с помощью ЗФМ приводятся в [14]. Во многих работах (напр. [29, 30, 45]) в табличном виде даются рекомендуемые схемы защиты дрен для определенных грунтовых условий. Известно, что в некоторых грунтах (например в крупных песках определенного состава) иногда можно укладывать дрены вообще без всякого фильтра. В [25] приводятся условия, при которых такая укладка возможна. Здесь хотелось бы ещё раз обратить внимание на необходимость тщательной защиты дрен с помощью ЗФМ. Существуют различные машины, применение которых позволяет надежно покрывать трубу слоем геотекстиля. Для этой цели авторы [30] рекомендуют оберточное устройство, разработанное Слуцким СМУ (Белоруссия), а в работе [40] даются приблизительные параметры другой машины для механизированной навивки ЗФМ. Эффективность обоих устройств оценивается специалистами как высокая. 1. Проанализированы как применяемые ранее в качестве ЗФМ волокнистые материалы, так и геотекстили, выпускаемые промышленностью в настоящее время; 2. Изложены основные требования, предъявляемые к геотекстилям, которые рекомендуется применять в качестве ЗФМ для осушительных систем на базе закрытого дренажа. В главе 2 уже были описаны различные требования к ЗФМ в мелиорации. В качестве ЗФМ могут использоваться любые тканые и нетканые, естественные и искусственные материалы, имеющие достаточно большой коэффициент фильтрации (К) в течение длительного времени при эксплуатации дренажа. Литературные источники дают совершенно разные величины для этого коэффициента. Причем обычно учитывается тип или коэффициент фильтрации дренируемого грунта. В этом случае обычно рекомендуется использовать ЗФМ, для которых К на 1-2 порядка больше, чем коэффициент фильтрации грунта. Иногда указывается минимальное значение К для самого материала (например, что К материала должен быть не менее 40 м/сут при давлении 20 кПа). Так же указывается, что толщина материала не должна быть менее 1 мм.
Однако другие источники не поддерживают этого мнения. Более того: используемый и в настоящее время стеклохолст имеет минимальную толщину 0,3 — 0,5 мм (стеклохолст ВВ-Г, согласно [2]). При этом стеклохолсты по многолетнему опыту эксплуатации во многих случаях зарекомендовали себя как достаточно надежные ЗФМ. Поэтому при подборе материалов это требование не учитывалось а напротив, предпочтение отдавалось более тонким материалам как более легким и дешевым. Впрочем, испытывавшийся материал Polyfelt F-60 в этом отношении выделяется: его толщина при давлении 20 кПа составляет около 3 мм. Остальные свойства материала диктовались современными подходами к его изготовлению. Сейчас изготавливаются синтетические (из полимеров) материалы, устойчивые к биоразрушению, ультрафиолетовому излучению и другим природным факторам. Практически все текстильные материалы, используемые в геотехнологии — нетканые. Использование тканых материалов нецелесообразно, поскольку они имеют открытую структуру порового пространства, что резко снижает их защитные свойства, особенно в мелкозернистых и пылеватых грунтах. По вышеуказанным причинам предварительно, на основе данных полученных через Internet, были отобраны следующие материалы: Тураг SF27, Тураг SF40, Polyfelt TS10, Polyfelt TS20, Polyfelt TS30, Polyfelt F60. Геотекстили Polifelt изготовлены по иглопробивной технологии. Тураг - с помощью термоскрепления. Поэтому материалы Polifelt менее плотны. В наиболее тонком из них - TS10 — заметна некоторая неоднородность по толщине (на просвет).
Расчетная зависимость для определения коэффициента фильтрации геотекстиля
Исследуемый образец геотекстиля размером 5x5 мм укладывается на специальную липкую светопоглощающую подложку («угольный скотч»). Там он обрабатывается струей воздуха для удаления пыли и иных не принадлежащих материалу частиц. После этого образец помещается в вакуумный пост для нанесения на его поверхность слоя золота толщиной около 100-200 ангстрем (ионно-плазменным напылением).
Этот слой необходим, чтобы заряд не скапливался на диэлектрическом геотекстиле, а стекал с него. Иначе возможны значительные неточности на получаемом изображении. Золото используется по двум причинам: 1) Оно имеет наивысший коэффициент вторичной эмиссии, т.е. на один поглощаемый электрон приходится максимальное количество излучаемых. 2) Оно обладает наименьшим маскирующим эффектом, то есть не скрывает микроскопических деталей на образце, таких как мельчайшие дефекты структуры и т.п. 35 Затем образец помещается в электронный микроскоп. Подбирается увеличение, которое позволяет зафиксировать на фотографии и самые мелкие и самые крупные элементы исследуемого материала (в данном случае его фильтрационные ходы). После подбора такого увеличения снимается достаточно представительное поле, на котором хорошо видны ходы, по возможности, всех имеющихся диаметров и нет никаких посторонних деталей. Необходимо отметить, что нанесение неразрывной пленки золота на такой сложный трехмерный элемент, как нетканый геоматериал оказалось очень проблематично. Поэтому на полученных фотографиях удовлетворительно представлены только верхние слои геотекстиля, а нижележащие уходят в «тень». Можно ли получить расчетную зависимость для определения коэффициента фильтрации геотекстиля по его производственным характеристикам? Такой расчет позволил бы проектировать геотекстильные материалы с заданными фильтрационными характеристиками, а также при наличии минимальных сведений о новом материале делать предварительные выводы о его пригодности в качестве ЗФМ. Какие же основные показатели характеризуют геотекстиль?
Можно сказать, что для конкретного образца геотекстиля изначально практически всегда известны по крайней мере два параметра: диаметр элементарного волокна dp и пористость п или плотность материала. Диаметр элементарного волокна - величина постоянная для большинства геотекстильных материалов (кроме некоторых многослойных, у которых слои образованы разными волокнами: например Polyfelt F60). Этот диаметр должен быть известен как технологический параметр, либо может определяться по масштабным фотоснимкам поверхности, как было сделано в данной работе. Пористость определяется экспериментально по стандартным методикам, похожим на приведенную выше. Она зависит от приложенного давления. Через пористость определяется объем волокон в единичном объеме геотекстиля: где vB — объем волокон в единице объема материала; п — пористость. Далее, используя диаметр элементарного волокна можно определить площадь его сечения: где s0 — площадь сечения элементарного волокна; dp - диаметр элементарного волокна. Зная эти величины, легко установить общую длину волокон в единичном объеме геотекстиля: Теперь введем ряд допущений, с помощью которых можно существенно упростить представление об имеющейся хаотической структуре распределения волокон в материале.
Допустим, что волокна в единичном объеме прямолинейны и распределены равномерно и при этом направлены перпендикулярно стенкам этого единичного объема по двум направлениям, которые параллельны плоскости поверхности материала (вдоль осей х и у3). То есть принимается схема, подобная схеме распределения нитей в ткани. Причем ткань состоит из нескольких слоев. На рис.3.1 приводится вид сверху на эту конструкцию. На рис.3.2 изображен разрез по направлению 1-1. Как видно на разрезе - волокна в толще материала расположены в шахматном порядке. Это сделано для того, чтобы, как и в реальном материале, фильтрационные ходы в модели имели искривленную ось. Расчетная схема геотекстиля. Вид сверху. Поскольку половина волокон ориентирована по оси х, в разрез попадает только другая половина волокон (направленная вдоль оси у). Анализ предложенной расчетной схемы позволяет выявить среднее живое сечение. В рассматриваемом случае это квадрат со стороной 1ц(см. рис.3.1). Размер 1ц можно определить из геометрии рассматриваемой модели по рис.3.2.
Результаты исследований коэффициентов фильтрации геотекстилеи
Результаты определения пористости, коэффициента фильтрации и поверхностной плотности исследованных геотекстилей представлены в табл.4.1 (а также в приложении 1). По результатам определения поверхностной плотности можно сказать, что максимальная относительная погрешность составила 17% (для Polyfelt TS10). Для остальных - не более 10%. Это различие можно объяснить индивидуальностью партии, из которой взят материал. Площадь использованного для определения поверхностной плотности материала составляла от 785 см для Polyfelt F60 до 1178 см для остальных материалов. Из таблицы 4.1 видно, что все ЗФМ имеют коэффициент фильтрации больше 40 м/сут, что соответствует рекомендации [1] (Бугай Н.Г. и др.). Материалы Тураг имеют коэффициент фильтрации ниже, чем Polyfelt. Это объясняется различиями в технологии производства этих геотекстилей, а также меньшей пористостью материалов Тураг. Со временем происходит кольматация ЗФМ, степень которой зависит как от свойств грунта, так и от структуры геотекстиля. Проверка на кольматируемость по свойствам материала следует ниже в п. 4.3. Результаты эксперимента были сопоставлены со значениями, полученными по теоретической формуле (3.11). Это сравнение дается в Диаметр элементарного волокна определялся по фотографиям образцов геотекстиля. По результатам сравнения можно сделать вывод, что формула позволяет весьма точно оценить значение коэффициента фильтрации геотекстиля при наличии минимальных сведений о нем (отклонение от фирменных данных составляет в среднем 18%).
Таким образом, полученная формула может быть использована при проектировании геотекстиля по заданным фильтрационным свойствам, а также для анализа структуры геотекстиля (для определения по (3.10) расчетного диаметра криволинейного фильтрационного хода). Геотекстили должны пропускать суффозионные частицы грунта размером не более 0,05 мм [2]. Если ЗФМ не пропускает такие частицы, то они откладываются на его поверхности, а также проникают в толщу материала, кольматируя его. Если фильтр пропускает более крупные частицы, то они не всегда могут быть вынесены из дренажа и могут откладываться в виде наилка. Чтобы фильтр не кольматировался, должно выполняться следующее условие (по данным СевНИИГиМ): Где Dj - максимальный диаметр фильтрационного хода ЗФМ, мм; d? - максимальная крупность суффозионной частицы грунта (0,05 мм). Максимальный диаметр фильтрационного хода в геотекстиле можно определить, зная средний диаметр, для расчета которого можно использовать преобразованную формулу В.И.Штыкова (известную в виде (3.8)): где du - средний диаметр фильтрационного хода; К - коэффициент фильтрации ЗФМ (определялся под давлением 0,02 МПа); v - вязкость воды во время опыта; п - пористость материала под тем же давлением 0,02 МПа.
Тогда максимальный диаметр будет равен: После расчета получены следующие значения максимального диаметра фильтрационного хода: Из табл.4.3 видно, что условию (4.8) удовлетворяют все материалы, кроме Typar SF40. Поэтому по результатам исследования для защиты закрытых дренажей рекомендуется использовать следующие материалы: Polifelt TS10, Polifelt TS20, Polifelt TS30, Polifelt F60 и Typar SF27. Однако одного лишь значения максимального диаметра фильтрационного хода недостаточно. Ниже приведена фотография поверхности Typar SF27, сделанная с помощью электронного микроскопа (фото 4.1).
Похожие диссертации на Защита дренажно-коллекторной сети от заиления с помощью современных материалов и оборудования
