Аннотация

Аннотация

Представлены результаты длительных лабораторных исследований водопроницаемости сфагнового торфа. Опыты выполнялись на фильтрационных установках, обеспечивающих возможность учета фильтрационной анизотропии. Получено, что в течение 16 месяцев наблюдается снижение водопроницаемости торфа в 2,7-4,0 раза.

Полный текст

Для расчета дренажных систем на заторфованных территориях необходимы данные исследований изменения водопроницаемости торфа во времени. Известно, что коэффициент фильтрации торфа зависит от степени его разложения, состава и структуры, а также величины пригрузки, температуры и продолжительности фильтрации. Снижение водопроницаемости торфа во времени объясняется кольматацией пор частицами, переносимыми потоками воды, закупоркой пор пузырьками воздуха, набуханием частиц, адсорбцией, изменением pH [1-4]. Может оказывать влияние и процесс разложения торфа в ходе проведения эксперимента. Указанный процесс имеет место как в аэробных, так и в анаэробных условиях [5, 6]. Установлено, что разложение торфа в естественных условиях при температуре 5-15 ºС происходит медленно, существенное ускорение этого процесса наблюдается при температуре 20 ºС и выше [6, 7]. Нами выполнялись эксперименты продолжительностью до 16 месяцев на фильтрационных установках, обеспечивающих возможность учета фильтрационной анизотропии. Изучалась водопроницаемость характерного для г. Архангельска сфагнового торфа. Схема фильтрационной установки представлена на рис. 1. Фильтрационные приборы 1 выполнены в виде пластмассовых крестовин, внутри которых расположена перфорированная труба с внутренним диаметром 95 мм для размещения образца торфа высотой 170 мм. Рис. 1. Установки для исследования фильтрации торфа: 1 - фильтрационный прибор; 2 - перфорированное днище; 3 - перфорированный поршень; 4 - фильтрационная трубка; 5 - гравий; 6 - емкость для подачи воды; 7 - лоток; 8 - сливное отверстие Fig. 1. Equipment for studying the filtration of peat: 1 - filtration device; 2 - perforated bottom; 3 - perforated piston; 4 - filtration tube; 5 - gravel; 6 - capacity for water flow; 7 - tray; 8 - drain hole Крестовина с четырех сторон имеет раструбы с возможностью установки заглушек для обеспечения фильтрации в вертикальном или горизонтальном направлении. На заглушках устанавливались краны для спуска воздуха при установке заглушек, а также для определения водопроницаемости в горизонтальном направлении. Для обеспечения возможности учета влияния кольматации на приборы сверху устанавливались фильтрационные трубки 4, заполненные торфом на высоту 500 мм. Через них в ходе эксперимента постоянно пропускалась болотная вода. Для предотвращения размыва на торф отсыпался слой гравия 5 толщиной 30 мм. В приборах поддерживался постоянный уровень за счет подачи воды из емкости 6. Эксперименты проводились при температуре в помещении 5-15 ºС. Для исследований использовался слаборазложившийся сфагновый торф ненарушенной структуры. Плотность торфа составила 1,02-1,04 г/см3, плотность частиц 1,49-1,51 г/см3, влажность 13,0-14,0, коэффициент пористости 17-19. Образцы торфа в приборах и фильтрационных трубках были предварительно уплотнены давлением 25, 50 и 75 кПа и зафиксированы с помощью перфорированных поршня 3 и днища 2 для предотвращения разуплотнения. Подача воды в приборы осуществлялась из емкости 6. Определение коэффициента фильтрации выполнялось с помощью установок, схемы которых показаны на рис. 2. Коэффициент фильтрации образцов торфа определялся с интервалом 15-60 дней при градиенте напора, равном 3. Общая продолжительность эксперимента составила 16 месяцев. 3 1 2 6 6 5 1 4 а а б Рис. 2. Схемы определения водопроницаемости торфа в приборах в вертикальном и горизонтальном направлениях: 1 - фильтрационный прибор; 2 - емкость для подачи воды; 3 - лоток; 4 - сливное отверстие; 5 - трубка с водой; 6 - мерный цилиндр; а - фильтрация в вертикальном направлении; б - фильтрация в горизонтальном направлении Fig. 2. The definition of permeability peat devices in vertical and horizontal directions: 1 - filtration device; 2 - capacity to supply water; 3 - tray; 4 - drain; 5 - tube with water; 6 - measuring cylinder; a - filtering in a vertical direction; b - filtering in the horizontal direction Данные, представленные в таблице, свидетельствуют о снижении коэффициента фильтрации за 16 месяцев эксперимента в 2,7-4,0 раза. Наиболее существенное снижение водопроницаемости наблюдалось по истечении 15 суток с момента начала фильтрации. В последующем этот процесс замедлился как для вертикальной, так и для горизонтальной фильтрации. Следует заметить, что не выявлено существенной фильтрационной анизотропии исследованных образцов. Изменение водопроницаемости торфа во времени Сhanges in the permeability of peat in time Номер прибора Давление, кПа Коэффициент фильтрации торфа, м/сут, при времени с начала опыта, сут 0 15 60 180 480 Вертикальная фильтрация 1 25 5,5·10-2 3,0·10-2 1,9·10-2 1,6·10-2 1,5·10-2 2 25 6,5·10-2 3,7·10-2 2,8·10-2 2,3·10-2 2,1·10-2 3 50 2,7·10-2 1,8·10-2 1,2·10-2 0,96·10-2 0,85·10-2 4 50 2,9·10-2 1,5·10-2 1,0·10-2 0,83·10-2 0,73·10-2 5 75 5,1·10-3 2,7·10-3 1,9·10-3 1,5·10-3 1,3·10-3 6 75 4,4·10-3 2,4·10-3 1,5·10-3 1,3·10-3 1,2·10-3 Горизонтальная фильтрация 1 25 4,8·10-2 3,0·10-2 1,8·10-2 1,5·10-2 1,3·10-2 2 25 5,8·10-2 3,7·10-2 2,3·10-2 1,9·10-2 1,7·10-2 3 50 1,8·10-2 1,1·10-2 0,6·10-2 0,53·10-2 0,46·10-2 4 50 2,7·10-2 2,0·10-2 1,6·10-2 1,2·10-2 1,0·10-2 5 75 5,9·10-3 2,6·10-3 2,2·10-3 1,8·10-3 1,6·10-3 6 75 3,4·10-3 1,7·10-3 1,3·10-3 1,0·10-3 0,87·10-3 На основании проведенного исследования можно сделать следующие выводы: - водопроницаемость сфагнового торфа как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях при постоянной фильтрации через него воды из болотного массива снизилась за 16 месяцев в 2,7-4,0 раза; - кратковременные испытания по определению водопроницаемости торфа не позволяют обеспечить проектировщиков надежными данными для проектирования дренажных систем.