4 Фильтрационные расчеты

Расчёт расстояний между дренами принят по методике разработанной А.И. Мурашко (метод фильтрационных сопротивлений). Расчётные схемы и зависимости применимы при коэффициентах фильтрации грунтов и проводимостью зоны фильтрации при атмосферном, грунтовом безнапорном, склоновом, намывном типах водного питания, а также при различных сочетаниях этих типов водного питания [3].

Для выполнения необходимых расчётов геологическое строение характерных участков объекта схематизировано и представлено приемлемой расчётной схемой, которая является основой для определения расстояний между дренами.

Расчётная схема определена геометрической формой пласта, т.е. мощностями слоёв грунта, фильтрационными характеристиками водоносных горизонтов. Верхней границей схемы является поверхность почвы, нижней – водоупор или кровля напорного горизонта. На схеме водоупор принимается в виде горизонтальной плоскости, проходящей через среднюю на данном участке отметку, волнистые и наклонные границы между слоями также заменяют горизонтальными линиями. Многослойный пласт приводим к расчётным схемам: однослойной и двухслойной. Внутренней их границей является плоскость раздела двух слоёв с разной проницаемостью.

В данном проекте рассматриваются три характерные расчётные схемы и для них определяются расстояния между дренами для установившейся и неустановившейся фильтрации с пластмассовыми дренами с круглой перфорацией и с защитой дрен от заиления. Расчетные схемы, выбранные для определения расстояний между дренами, представлены глубокозалежным торфом, подстилаемым минеральными грунтами (песком) с глубиной ; мелкозалежным торфяником с глубиной торфа , и однородным минеральным грунтом.

Расчёт расстояний между дренами для первой расчётной схемы производится по следующим зависимостям:

установившаяся фильтрация

(4.1),

(4.2),

где определяется по табл. П1.1 [3] , ;

(4.3),

где определяется по табл.П1.5 [3], по табл.П1.2 [3],

по табл.П1.1 [3];

неустановившаяся фильтрация

(4.5),

(4.6),

(4.7),

(4.8),

(4.9),

(4.10),

(4.11),

(4.12),

где определяется по рис П1.2 [3];

(4.13),

находится по (3.4) при ,

по табл.П1.2 [3],

(4.14),

определяется по табл.П1.1[3].

Расчёт расстояний между дренами для второй расчётной схемы производится по следующим зависимостям:

установившаяся фильтрация

B по (4.1),

по (4.3),

(4.15),

(4.16),

по табл.П1.2 [3],

и по табл. П1.1 [3];

неустановившаяся фильтрация

B по (4.5),

(4.17),

по (4.14),

по (4.16) при ,

по (4.9),

по (4.11),

по (4.8),

по (4.12),

по рис П1.2 [3],

по (4.13),

по (4.10),

по табл.П1.2 [3],

по табл.П1.1 [3].

Расчёт расстояний между дренами для третьей расчётной схемы производили по следующим зависимостям:

установившаяся фильтрация

при (4.18),

(4.19),

(4.20),

(4.21),

при (4.22),

и по табл. П1.1 [3],

по табл.П1.2 [3];

неустановившаяся фильтрация

(4.23),

(4.24),

по (4.14),

по (4.7),

по (4.8),

по (4.11),

по (4.12),

по рис П1.2 [3],

по (4.21) при ,

по табл.П1.2 [3],

по табл.П1.1 [3].

В расчетных зависимостях и на схемах приняты следующие обозначения:

- мощность пахотного слоя почвы, ;

- глубина залегания УГВ к началу расчетного периода, ;

- глубина залегания УГВ к концу расчетного периода, ;

- общая мощность зоны фильтрации под дреной в многослойных грунтах (расстояние от оси дрены до водоупора), м;

- мощность зоны фильтрации верхнего слоя под дреной, м;

- мощность зоны фильтрации под дреной в однородных грунтах, м;

- мощность нижнего слоя в двухслойных грунтах, м;

- мощность i-го слоя, м;

, , - расчетная мощность зоны фильтрации над дреной, м;

- превышение УГВ в междренье над осями дрен в начале расчетного периода, м;

- тоже в конце расчетного периода, м;

- гидростатический напор в дрене (подпор от уровня воды в канале), ;

- гидродинамический напор в дрене, ;

- расчетный напор, м;

-расстояние между осями соседних дрен, м;

- глубина заложения дрены (расстояние от оси дрены до поверхности земли), м;

, - коэффициенты водоотдачи соответственно торфяников (по А.И. Ивицкому) и минеральных грунтов (по Г.Д. Эркину);

- расчетный коэффициент фильтрации грунта (осредненный), м/сут;

, - коэффициенты фильтрации соответственно верхнего и нижнего слоев осушаемых грунтов, м/сут;

- коэффициент фильтрации i-ro слоя грунта, м/сут;

- проводимость пласта (зоны фильтрации), м/сут;

, -коэффициенты фильтрации соответственно фильтра и трубо-фильтра, м/сут;

, - коэффициент фильтрации i-ro слоя многослойного фильтра, м/сут;

- интенсивность осадков, м/сут;

- сумма осадков за расчетный период, м;

- интенсивность испарения, м/сут;

- запас воды в слое снега к началу таяния, м;

- слой воды на поверхности почвы, м;

- коэффициент стока талых вод;

- уклон поверхности земли;

- толщина слоя воды, подлежащего отведению дренажем за расчетный период, м;

- интенсивность инфильтрационного питания (среднесуточный приток воды к дренам за расчетный период), м/сут;

- продолжительность расчетного периода, сут;

- время стабилизации, сут;

- общие фильтрационные сопротивления (по степени и характеру вскрытия пласта), м;

- фильтрационные сопротивления на несовершенство дренажа по характеру вскрытия пласта, зависящие от конструкции дренажных труб, параметров защитных фильтров и схем их укладки (безразмерная величина);

- фильтрационные сопротивления дренажных труб, уложенных без фильтра (безразмерная величина);

- приращения (положительные или отрицательные) фильтрационных сопротивлений, обусловленные влиянием фильтра (безразмерная величина);

- диаметр дренажных труб (наружный и внутренний соответственно), м;

- длина керамических дренажных труб, м;

- ширина стыкового зазора между керамическими дренажными трубами, м;

- толщина фильтра, стенок трубофильтра, м;

- толщина i-го слоя многослойных фильтров, м;

- ширина полосы фильтра, укладываемого на стыках керамических дренажных труб, м;

- шаг перфорации дренажных труб, м;

- диаметр перфорационных отверстий, см;

- число рядов перфорации;

Основной задачей фильтрационных расчетов дренажа является определение максимально допустимых расстояний между дренами, которые обеспечивают необходимое снижение уровней грунтовых вод, позволяющее вести на осушаемых землях сельскохозяйственные работы в весенний период, либо сохранять оптимальный водный режим почв для сельскохозяйственных растений в период их вегетации, т.е. обеспечивающую норму осушения. Поэтому расчетными периодами для фильтрационных расчетов являются весенний и летне-осенний. Весенний период длительностью пятнадцать суток после окончания снеготаяния является основным, летне-осенний – поверочным. В весенний период возможны два варианта:

• отсутствие затопления поверхности почвы при расположении уровней грунтовых вод к началу расчетного периода на глубине ;

• полное насыщение почвы водой и затопление поверхности участка водой слоем .

Расчет расстояний между дренами производится с помощью ЭВМ.

Результаты расчета приведены в приложении А.

Вывод: технические и физические характеристики пластмассового дренажа на много лучше чем керамического, например, срок службы пластмассового дренажа в 3 – 4 раза дольше, чем керамического; использование пластмассовых труб, особенно из гофрированного поливинилхлорида, позволяет почти полностью исключить ручной труд при прокладке дренажных систем. Пластмассовые трубы перфорированы и эластичны, поэтому при необходимости могут быть изогнуты. Увеличение количества отверстий на 1 п.м. изделий способствует более быстрому пропуску, сбору и отводу излишней воды с участка. Поэтому по результатам расчёта принимаем пластмассовые трубы со сплошной обёрткой стеклохолстом с расстояниями между дренами 16-32 м.