+7 (925) 580-28-08
Коэффициент фильтрации грунта, градиент фильтрационного потока считаются заданными; начальное объемное содержание в грунте гипса вычисляют по данным химического исследования грунта. Зная скорость выщелачивания а, можно оценить интенсивность этого процесса во времени и подсчитать мощность выщелоченного грунта за любое время t после начала фильтрации.
Значение Т0 определяют экспериментальным путем (по методике ВНИИ ВОДГЕО). Так, для четвертичного суглинка, содержащего 2,3% гипса, при скорости фильтрации 0,02 м/сутки, Т0 составило 50 суток. С увеличением количества гипса в грунте и уменьшением скорости фильтрации время Т0 увеличивается. При установившейся неравномерной фильтрации с изменяющейся по направлению потока скоростью (например, в обход и в основании гидротехнических сооружений) время t, в течение которого выщелоченная зона А продвинется от точки с координатой до точки.
При наличии гидродинамической сетки фильтрации, полученной тем или иным способом, скорость выщелачивания а определяют для отдельных участков линии тока с постоянным значением градиента напора J. Ориентировочно время t полного растворения и выноса солей из материала тела земляной плотины с дренажем на низовом откосе может быть определено по Н. Н. Веригину. Выбор расчетных показателей грунтов (состава, влажности w, объемного веса, угла трения, сцепления с, коэффициента порового давления а, коэффициента фильтрации k, модуля деформации Е и др. ) представляет собой весьма ответственную задачу.
В исходных данных заданы коэффициент фильтрации k и градиент J. Для перехода к временны́м оценкам удобно явно фиксировать скорости и пористость: скорость Дарси vᴅ = k·J, фильтрационная (поровая) скорость vₚ = vᴅ / nₑ, где nₑ — эффективная пористость. Тогда при принятой кинематической схеме (1D вдоль линии тока) глубина/мощность выщелоченной зоны A(t) связана с выбранной моделью выщелачивания: в транспортно-контролируемом режиме — через vₚ, в кинетически контролируемом — через скорость выщелачивания a (определяемую по методике и, как вы указываете, по участкам с постоянным J по гидродинамической сетке).
В практической работе чаще ведут покомпонентный расчёт вдоль линии тока: участок длиной Δs с постоянным J → принимают a(J), находят время Δt = Δs / a, суммируют по участкам; параллельно ведут баланс гипса по объёмному содержанию S₀ (из химанализа) до состояния «полного выноса» для оценки предельной мощности Aₘₐₓ.
| Блок данных | Что фиксируют | Зачем это в модели |
|---|---|---|
| Химсостав поровой воды (верх/низ, до/после) | Концентрации Ca²⁺, SO₄²⁻, минерализацию, рН, электропроводность | Отслеживание фронта растворения и насыщения раствора, контроль кинетики a |
| Гидродинамика | Пьезометры по сетке фильтрации, дебиты дренажей | Уточнение J, проверка устойчивости режима |
| Порово-физические | nₑ (эффективная пористость), грансостав, плотность | Переход от vᴅ к vₚ; оценка суффозионной устойчивости |
| Инженерные свойства до/после выщелачивания | ϕ, c, E, mᵥ на образцах «как есть» и выщелоченных | Задание расчётных состояний «начальное → переходное → выщелоченное» |
| Инженерно-геологическая неоднородность | Анизотропия k, прослои, зоны разуплотнения | Правильная разбивка сетки на участки с постоянным J |
В рабочей практике параметры берут не «одним числом», а по состояниям. Это позволяет учесть деградацию скелета при выносе растворимых солей и корректно проверить устойчивость:
| Состояние | Что задают | Где используют |
|---|---|---|
| Начальное | ϕ₀, c₀, E₀, k₀, nₑ₀, S₀ (объёмное содержание гипса) | Исходная фильтрация, начальная устойчивость откосов/основания |
| Переходное (t = T₀…T) | ϕ(t), c(t), E(t), k(t), nₑ(t); частично выщелоченные образцы | Проверка на фильтрационные деформации и локальные просадки |
| Выщелоченное | ϕ*, c→, E→, k→, nₑ→ после полного выноса солей | «Худший» случай для расчёта откосов, фильтрации и осадок |
Переход от k₀ к k(t) и от E₀ к E(t) принимают по лабораторным испытаниям выщелоченных образцов (эдиометр/триаксиал), чтобы не закладывать произвольные допущения. Это же касается сцепления c и угла внутреннего трения ϕ: растворение цементирующих солей может резко менять c при умеренном изменении ϕ — это отражают в «переходном» состоянии.
При наличии построенной сети фильтрации удобно «привязать» кинетику:
Такой же подход применяют для тела земляной плотины с дренажом на низовом откосе: ориентировочную оценку времени полного выноса солей по Н. Н. Веригину дополняют покомпонентным временем продвижения фронта по сетке, чтобы учесть неравномерность J и влияние дренажа.
Наблюдения ставят не только «по уровню», но и по химии и деформациям, чтобы корректировать a и расчётные параметры:
| Контроль | Что и где меряют | Для чего корректируют |
|---|---|---|
| Пьезометрия/дебиты | Уровни, градиенты, расходы дренажей | J, проверка стационарности, уточнение k |
| Химконтроль | Сульфаты/кальций в ключевых створах | Верификация фронта и скорости a |
| Деформации | Осадочные марки, инклинометрия откосов | Переход к состояниям «переходное/выщелоченное» по E, ϕ, c |
| Визуальный/геофизика | Зоны фильтрационного размыва/суффозии | Локальные меры, уточнение неоднородностей |
К кинетике выщелачивания обычно прикладывают: исходные химданные (по слоям, с пересчётом на объёмное содержание гипса), принятые k, J, nₑ, алгоритм определения a и сегментацию по сетке; таблицу времени продвижения зоны A(t) по створам; набор расчётных состояний (параметры до/после выщелачивания) и результаты проверок устойчивости, фильтрационной прочности и осадок для каждого состояния; обоснование выбора T₀ (эксперимент ВНИИ ВОДГЕО) и диапазона применимости оценки по Н. Н. Веригину для тела плотины с дренажом.
Время T₀ и скорость a чувствительны к температуре и минерализации фильтрующей воды; это отражают либо в экспериментальной калибровке, либо в разбивке сетки на участки с разными водами (верховой/низовой притоки, дренаж).
При наличии тонких прослоев с низкой проницаемостью используют эффективные параметры анизотропии k (по толщинно-взвешенным схемам), чтобы корректно воспроизвести J на линии тока.
Оценка суффозионной устойчивости (в зонах уже выщелоченного грунта) — обязательное сопровождение: растворение гипса меняет грансостав и может переводить массив в склонный к фильтрационному размыву; это учитывают при выборе дренажных фильтров/обратных фильтров и в проверке фильтрационной прочности.
