ГОСТ Р ИСО 22475-1-2017. Национальный стандарт Российской Федерации. Геотехнические исследования и испытания. Методы отбора проб и измерения подземных вод. Часть 1. Технические принципы для выполнения

9.2 Пьезометры

 

9.2.1 Открытые системы

9.2.1.1 Открытые системы могут быть разделены на следующие две группы (см. рисунок 6):

a) открытый ствол;

b) открытая труба с внутренним шлангом.

 

 

1 - уплотнение; 2 - фильтр; 3 - труба; 4 - фильтрующий

элемент; 5 - индикатор

 

Рисунок 6 - Примеры открытых систем пьезометров

 

9.2.1.2 Пьезометр в открытых системах должен состоять из фильтра и трубки пьезометра, которая выводится на поверхность земли или выше и обеспечивает равновесие с атмосферным давлением.

Примечание 1 - В устойчивых грунтах и скальных породах наблюдение за подземными водами допускается проводить в открытых трубах.

Примечание 2 - Подземные воды способны свободно колебаться в трубке пьезометра. Наблюдение за подземными водами в трубках пьезометров могут быть проведены либо путем установления уровня воды, либо путем измерения давления воды в трубке пьезометра на заданной глубине ниже водной поверхности. В открытых системах давление определяется относительно текущего атмосферного давления на поверхности земли.

 

9.2.1.3 Измерения должны быть записаны либо вручную (например, с помощью электрического прибора для контактных измерений), либо автоматически (например, с помощью датчика давления).

9.2.1.4 В зависимости от типа открытые системы следует использовать для измерения напоров подземных вод в грунтах и скальных породах со значением водопроницаемости от среднего до высокого. В общем случае открытые системы не следует использовать для определения напора подземных вод в грунтах и скальных породах с очень низкой водопроницаемостью или для измерения быстрых изменений порового давления в малопроницаемых грунтах и скальных породах.

9.2.2 Закрытые системы

9.2.2.1 Общие положения

9.2.2.1.1 Пьезометр в закрытых системах должен состоять из прочной обсадной трубы, которую устанавливают в породе, с фильтром на нижнем конце (фильтрующий мундштук) и заполненной водой камеры, позади которой давление воды передается на измерительное устройство. Следует применять фильтры достаточно высокой производительности. Измерения давления могут быть выполнены с помощью измерительных систем, показанных на рисунке 7:

- гидравлические измерительные системы;

- пневматические измерительные системы;

- электрические измерительные системы.

 

 

1 - датчик давления; 2 - регулятор потока; 3 - трубка

подвода давления; 4 - обратная трубка в атмосферу;

5 - вентиль для обмывки; 6 - мембрана; 7 - измерительный

прибор; 8 - электрический преобразователь;

9 - мундштук фильтра; 10 - фильтр

 

Рисунок 7 - Примеры закрытых систем пьезометров

 

9.2.2.1.2 Размеры пор и производительность фильтра должны быть выбраны на основе типа грунта и ожидаемого порового давления с тем, чтобы предотвратить проникновение внутрь пузырьков воздуха.

9.2.2.1.3 Поровое давление должно быть вычислено как разница измеренного и атмосферного давления на поверхности земли. При использовании датчика абсолютного давления оба давления (абсолютное поровое давление в месте измерения и текущее атмосферное давление на поверхности земли) следует определять одновременно.

9.2.2.1.4 Закрытые системы могут быть использованы для измерения значения порового давления и, таким образом, определения распределения потенциала подземных вод во всех типах грунта. В частности, закрытые пьезометры требуются при определении значений порового давления в грунтах и скальных породах с очень низкой проницаемостью, измерении быстрых изменений значений порового давления и для условий артезианских вод. Электрические измерительные системы следует использовать при выполнении измерений быстрых изменений порового давления и непрерывной регистрации данных. Закрытые системы могут быть использованы для долговременных применений (то есть в течение нескольких лет), когда является доступным адекватный уровень избыточности или если система может быть проверена и повторно калибрована.

9.2.2.1.5 Требуемая точность измерений для определенного проекта должна быть определена заранее, чтобы можно было подобрать необходимое для проекта оборудование.

Принимая во внимание все возможные погрешности и колебания атмосферного давления, точность измерений должна быть не менее 1 кПа в диапазоне от 1 до 100 кПа и 2 кПа для значений, превышающих 100 кПа.

9.2.2.2 Гидравлические системы

Поровое давление передается через заполненную жидкостью трубку к датчику давления, расположенному на поверхности земли. Система должна обеспечивать удаление захваченных пузырьков газа и быть защищена от замерзания.

Гидравлические системы не используют, если разность уровней между расположенным на поверхности земли датчиком давления и поверхностью грунтовых вод или уровнем напора грунтовых вод превышает 7 м для заполненных водой систем и около 9 м для систем, заполненных маслом, чтобы избежать кавитации в напорной трубке.

9.2.2.3 Пневматические системы

Пневматические системы состоят из мембраны, расположенной за фильтром, и двух трубок (подающей и возвратной), соединяющих заднюю стенку мембраны с контрольно-измерительными приборами на поверхности земли. Расходомер и регулятор должны обеспечивать постоянный поток сжатого воздуха в питательную трубку на протяжении всех измерений. Необходимо использовать сухой газ для предотвращения образования конденсата в трубках. Показания с приборов необходимо снимать только после того, как измеряемые значения станут постоянными.

Примечание - Мембрана перекрывает соединение между подающей и обратной трубками, прежде чем в подающей трубке создается избыточное давление. Чтобы выполнить измерение, давление воздуха в подающей трубке увеличивается до тех пор, пока давление воздуха на задней стороне мембраны не становится равным поровому давлению, действующему на переднюю сторону мембраны, и мембрана поднимется, соединившись с обратной трубкой. Поэтому небольшое избыточное давление, которое требуется, чтобы открыть мембрану, также остается постоянным. Давление измеряется датчиком давления в подающей трубке после того, как был установлен заданный постоянный поток воздуха. По причине открытой обратной трубки пневматические системы всегда измеряют давление относительно действительного атмосферного давления на земной поверхности. Чтобы не допустить избыточной нагрузки на мембрану, поток воздуха увеличивается постепенно, чтобы мембрана незначительно поднималась. Так как мембрана закрывается, прежде чем в питательной трубке создается избыточное давление, приложение нагрузки фактически является независимым от порового давления. Так как пневматические системы в значительной степени являются невосприимчивыми к тому, чтобы дрейфовать, невозможно проверить либо мембрану, либо фильтр непосредственно в течение рабочего периода.

 

9.2.2.4 Электрические системы

Электрические системы измеряют абсолютное или относительное поровое давление с использованием электрического преобразователя, установленного позади фильтра. При измерении абсолютного порового давления должно быть одновременно измерено атмосферное давление на поверхности земли.

Примечание - Если датчик давления на стороне, не открытой для воздействия порового давления, оснащается средством выравнивания этого давления с атмосферным давлением (например, выпускной трубкой), то измеряется давление относительно атмосферного давления на поверхности земли. Системы регистрации электрических данных являются сравнительно механически прочными, так как фильтр, мембрана и электрический чувствительный элемент размещаются в общем прочном корпусе и данные передаются на поверхность земли по электрическим кабелям, которые являются относительно невосприимчивыми к колебаниям. Данные могут быть переданы и зарегистрированы или считывающим устройством, или непрерывно регистратором. Однако электрические системы очень чувствительны к гидравлической перегрузке, так как поровое давление действует непосредственно на мембрану. Постоянное движение и натяжение также подвергают мембрану высоким нагрузкам, что негативно влияет на ее долговечность. Невозможно проверить фильтр, мембрану или электрический преобразователь давления непосредственно в течение рабочего периода, если не используется система съема данных датчика давления.