Определение коэффициента фильтрации грунтов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА
ФИЛЬТРАЦИИ ГРУНТОВ
Методические указания
к лабораторной работе
по механике грунтов
3
Федеральное агенство по образованию
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
( СибАДИ )
Кафедра инженерной геологии, оснований и фундаментов
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА
ФИЛЬТРАЦИИ ГРУНТОВ
Методические указания
к лабораторной работе
по механике грунтов
Составители Н.И.Барац, В.Н.Шестаков
Омск
Издательство СибАДИ
2006
4
УДК
ББК
Рецензент канд. техн. наук, доц. А.Г. Малофеев
Работа одобрена научно-методическим советом по специальности
270205 «Автомобильные дороги и аэродромы» в качестве методических
указаний для студентов строительных специальностей.
Определение коэффициента фильтрации грунтов: Методические
указания к лабораторной работе по механике грунтов / Н.И. Барац, В.Н.
Шестаков. − Омск: Изд-во СибАДИ,2006. − 20 с.
Изложена методическая последовательность определения коэффициента фильтрации песка методами ГОСТ 25584-90 и глинистого грунта в компрессионном приборе полевой лаборатории ППЛ–9. Приведены примеры
обработки опытных данных.
Ил.5. Табл. 7. Библиогр.: 4 назв.
© Составители Н.И.Барац, В.Н.Шестаков, 2006
5
Учебное издание
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА
ФИЛЬТРАЦИИ ГРУНТОВ
Методические указания
к лабораторной работе
по механике грунтов
Составители Надежда Ивановна Барац, Владимир Николаевич Шестаков
Редактор Н.И.Косенкова
Дизайн, компьютерный набор,
графическое оформление выполнила
Е.А.Широватова
  
Лицензия ИД № 00064 от 16.08.99
Подписано к печати
. .2006.
Формат 60х90 1/16. Бумага писчая.
Гарнитура Times New Roman.
Оперативный способ печати.
Усл.п. л. 1.25, уч-изд.л. 1,75.
Тираж 250 экз. Заказ
Цена договорная.
  
Издательство СибАДИ
644099, г. Омск, ул. П. Некрасова, 10
Отпечатано в ПЦ издательства СибАДИ
644099, г. Омск, ул. П. Некрасова, 10
6
СОДЕРЖАНИЕ
Введение………………………………………………………………………..4
1. Основные положения…………………………………………………….…5
2. Определение коэффициента фильтрации песчаного грунта
в приборе Союздорнии……………………………………………………6
3. Определение коэффициента фильтрации песчаного грунта
в приборе ПКФ-3 Союздорнии………………………………………….11
4. Определение коэффициента фильтрации глинистого грунта
в компрессионном приборе полевой лаборатории ПЛЛ-9…………...16
5. Вопросы для защиты лабораторной работы……………………………..18
Библиографический список…….……………………………………………19
7
Введение
Прочность грунтов принципиальным образом определяется их влажностью: с повышением влажности прочность снижается.
Для регулирования влажности грунтовых оснований инженерных сооружений используют дренирующие слои, противофильтрационные завесы и т.д.1, 2.
Движение воды в грунте, когда его поровое пространство полностью
заполнено водой, и в ненасыщенном состоянии различаются.
Процесс движения свободной (гравитационной) воды в двухфазной
системе (твердая и жидкая фазы) называют фильтрацией. Характеризуют
этот процесс коэффициентом фильтрации Kф, м/сут.
Процесс движения воды в трехфазной системе (твердая, жидкая и газообразная фазы) носит диффузионный характер. Его называют влагопроводностью и характеризуют коэффициентом влагопроводности Kв, см2/ч.
Целью лабораторной работы является приобретение студентами практических навыков по определению коэффициента фильтрации грунтов в
соответствии с нормативными документами.
Выполнив и оформив лабораторную работу, студент должен её защитить, ответив на вопросы преподавателя (см. п.5).
8
1. Основные положения
Способность грунтов пропускать через себя воду под действием гидростатического напора называется фильтрацией.
Согласно закону Дарси при ламинарном движении воды в полностью
водонасыщенном грунте количество воды, фильтрующейся через него в
единицу времени, пропорционально площади А, разности напоров воды
ΔH, под действием которой происходит фильтрация, и обратно пропорционально длине пути фильтрации L:
q  K  AHL1 .
(1)
Здесь Kф – коэффициент фильтрации, а HL1  J – гидравлический
градиент напора.
Скорость фильтрации  ф определяется как расход воды, протекающей
через единицу площади поперечного сечения потока.
 ф  q  A1  K ф J ,
(2)
т.е. скорость фильтрации зависит линейно от гидравлического градиента.
Из линейного закона фильтрации (2) следует: коэффициент фильтрации
Kф представляет собой скорость фильтрации воды при градиенте напора
J=1. Измеряется Kф в м/сут.
Величина этого коэффициента для различных грунтов изменяется в широких пределах (табл.1) и является количественной характеристикой степени его водопроницаемости (табл.2).
Коэффициент фильтрации грунтов зависит от физических свойств грунта и физико-химических свойств воды.
Так как вязкость воды снижается с повышением ее температуры, то полученное в испытаниях значение Kф при фактической температуре воды Тф
приводит к температуре 10 0С путем его деления на поправку:
Т = 0,7 + 0,03Тф.
(3)
Расчетное значение коэффициента фильтрации K 10
фp следует принимать
10
равным нормативному K фn
, которое рассчитывается как среднеарифмети10
ческое n частных значений коэффициента фильтрации K фi
.
10
10
K фр
 K фn

9
1 n 10
 K фi .
n i1
(4)
Таблица 1
Ориентировочные значения коэффициентов фильтрации грунтов
Коэффициент фильтрации
Kф , м/сут
0,01…4
0,001…0,01
0,01…0,1
0,1…0,5
0,5…1,0
1…5
5…15
15…50
50…100
100…200
Разновидность грунтов
Торф
Глина
Суглинок
Супесь
Пески: пылеватый
мелкозернистый
среднезернистый
крупнозернистый
Песчано-гравийная смесь
Гравий
Таблица 2
Подразделения грунтов по степени водопроницаемости
(извлечение из прил. 5 ГОСТ 25100. Грунты. Классификация)
Коэффициент фильтрации
Kф, м/сут
<0,005
0,005…0,30
0,30…3
3…30
>30
Разновидность грунтов
Неводопроницаемый
Слабоводопроницаемый
Водопроницаемый
Сильноводопроницаемый
Очень сильноводопроницаемый
2. Определение коэффициента фильтрации песчаных грунтов
в приборе Союздорнии
Согласно ГОСТ 25584 3 этот метод распространяется на песчаные
грунты, применяемые в дорожном и аэродромном строительстве для устройства дренирующих и морозозащитных слоев дорожной и аэродромной
одежд.
Коэффициент фильтрации определяют на образцах нарушенного сложения при максимальной плотности и оптимальной влажности, значения
которых предварительно устанавливают по ГОСТ 22733 [4].
Необходимое оборудование и приборы:
Фильтрационный прибор Союздорнии ( рис.1 ); трамбовка с массой падающего груза ( рис.2 ); весы; термометр с погрешностью измерения не
более 0,5 0С по ГОСТ 28498; секундомер; эксикатор по ГОСТ 23932; сито с
отверстиями диаметром 5 мм; цилиндр мерный вместимостью 100 мл;
10
чашка фарфоровая; емкость для воды вместимостью 8…10 л; линейка металлическая длиной 300 мм; нож из нержавеющей стали с прямым лезвием.
Рис.1. Схема прибора Союздорнии
для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов: 1 – образец;
2 – пьезометр; 3 – фильтрационная
трубка; 4 – стакан; 5 – сетка;
6 – перфорированное съемное дно;
7 – подставка; 8 – поддон
Рис.2. Схема трамбовки: 1 – направляющая;
2 – фиксатор; 3 – падающий груз;
4 – наковальня
Подготовка к испытанию
Песок и воду, предназначенные для определения коэффициента фильтрации, выдерживают в лаборатории до выравнивания их температуры с
температурой воздуха.
Просеивают через сито с отверстиями 5 мм предварительно высушенный до воздушно - сухого состояния песчаный грунт и определяют его гигроскопическую влажность.
11
Отбирают в фарфоровую чашку пробу грунта способом квартования
массой не менее 450 г и увлажняют с помощью мерного цилиндра отобранную пробу до оптимальной влажности и выдерживают её в эксикаторе
с водой не менее 2 ч. Пески крупные и средней крупности допускается не
выдерживать в эксикаторе.
Необходимый для увлажнения объём воды Q, см3, определяют по формуле
m W0  Wg
Q
,
(5)
 w 1  Wg




где m − масса пробы грунта, г; W0 − оптимальная влажность грунта, доли
ед.; Wg − гигроскопическая влажность грунта, доли ед.; w − плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3.
Из подготовленной пробы влажного грунта отбирают навеску массой m1
для помещения в фильтрационную трубку прибора 3 и навеску для контрольного определения фактической влажности грунта.
Массу навески m1, г, вычисляют по формуле
m1  V   d max  1  W0  ,
(6)
3
где V − объём грунта в трубке, равный 200 см ;  d max − максимальная
плотность, установленная по ГОСТ 22733 [4], г/см3.
Фильтрационную трубку прибора заполняют песком в следующем порядке:
 съёмное перфорированное дно с латунной сеткой, покрытой кружком марли, смоченной водой, крепят к трубке и ставят её на жесткое
массивное основание;
 навеску влажного грунта массой m1 делят на три порции и последовательно укладывают их в трубку, уплотняя каждую из них при помощи трамбовки, производя по 40 ударов груза с высоты 30 см. Перед укладкой каждой порции поверхность предыдущей уплотненной
порции взрыхляют ножом на глубину 1…2 мм;
 измеряют линейкой расстояние от верхнего края трубки до поверхности уплотненного грунта. Измерения проводят не менее чем в трех
точках. В расчет принимают среднее значение. При высоте образца
грунта в трубке более 100 мм проводят дополнительное уплотнение,
которое заканчивают при высоте образца (1001) мм.
Укладывают на поверхность грунта слой гравия (фракция 2…5 мм) толщиной 5…10 мм.
Устанавливают трубку с грунтом на подставку 7 и вместе с ней помещают в стакан, который постепенно наполняют водой до верха.
Помещают стакан с трубкой в ёмкость для воды и заполняют ее до
уровня выше слоя гравия на 10…15 мм.
12
После появления воды в трубке над слоем гравия доливают воду в
верхнюю часть трубки примерно на 1/3 её высоты.
Извлекают стакан с трубкой из ёмкости, устанавливают её на поддон. В
этом случае начальный градиент напора воды в образце грунта равен единице.
Проведение испытания
Испытания проводят в следующем порядке:
 доливают воды в трубку не менее чем на 5 мм выше нулевого деления;
 при вытекании воды через перфорированное дно определяют с помощью секундомера падение уровня воды в пьезометре от 0 до 50
мм.
Указанную операцию повторяют не менее 4 раз, каждый раз доливая
воду в трубку на 5 мм выше нулевого деления. В расчет принимают среднее время падения уровня воды. В случае отклонений отдельных отсчетов
от среднеарифметического значения более чем на 10 % следует увеличить
число определений.
При времени падения уровня воды в пьезометре более 2 мин допускается уменьшить высоту падения уровня. При времени падения уровня воды
более 10 мин допускается проводить испытание при градиенте напора,
равном 2. В этом случае трубку с подставкой извлекают из стакана и ставят непосредственно на поддон.
В течение всего испытания не допускается снижение уровня воды в
трубке ниже слоя гравия.
Разность между плотностью сухого грунта в трубке  di и максимальной
плотностью  d max , не должна превышать 0,02 г/см3. В противном случае
испытания повторяют.
Плотность сухого грунта в трубке  di ,г/см3, вычисляют по формуле
mi
 di 
,
(7)
Vi  (1  Wi )
где Vi − фактический объём грунта в трубке, см3; Wi −фактическая влажность грунта в трубке, доли.
Обработка результатов испытаний
Коэффициент фильтрации грунта K ф10 , м/сут, приведённый к условиям
фильтрации при температуре 10 0С, вычисляют по формуле
K ф10 
h  S  864

 
,
t  H 0  T
13
(8)
где h − высота образца грунта в трубке, см; t – время падения уровня
воды, с; S − наблюдаемое падение уровня воды в пьезометре, отсчитанное
от первоначального уровня, см; H0 − начальный напор, см;  (S/H0)− безразмерный коэффициент, определяемый по табл. 3; T − поправка для приведения значения коэффициента фильтрации к условиям фильтрации воды
при температуре 10 0С, рассчитываемая по формуле (3); 864 − переводной
коэффициент (из см/с в м/сут).
Количество частных определений коэффициента фильтрации должно
быть не менее трех.
Таблица 3
S
H0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,10
0,11
0,12
0,13
0,14
015
016
0,17
0,18
0,19
0,20
0,21
0,22
0,23
0,24
0,25
0,26
0,27
0,28
0,29
0,30
0,31
0,32
0,33
 S
Значения безразмерного коэффициента φ 
 H0
S
S


H0
H0
0,010
0,020
0,030
0,040
0,051
0,062
0,073
0,083
0,094
0,105
0,117
0,128
0,139
0,151
0,163
0,174
0,186
0,196
0,210
0,223
0,236
0,248
0,261
0,274
0,288
0,301
0,315
0,329
0,346
0,357
0,371
0,385
0,400
0,34
0,35
0,36
0,37
0,38
0,39
0,40
0,41
0,42
0,46
0,44
0,45
0,46
0,47
0,48
0,49
0,50
0,51
0,52
0,53
0,54
0,55
0,56
0,57
0,58
0,59
0,60
0,61
0,62
0,63
0,64
0,65
0,66
0,416
0,431
0,446
0,462
0,478
0,494
0,510
0,527
0,545
0,562
0,580
0,598
0,616
0,635
0,654
0,673
0,693
0,713
0,734
0,755
0,777
0,799
0,821
0,844
0,868
0,892
0,916
0,941
0,967
0,994
1,022
1,050
1,079
14
0,67
0,68
0,69
0,70
0,71
0,72
0,73
0,74
0,75
0,76
0,77
0,78
0,79
0,80
0,81
0,82
0,83
0,84
0,85
0,86
0,87
0,88
0,89
0,90
0,91
0,92
0,93
0,94
0,95
0,96
0,97
0,98
0,99




1,109
1,139
1,172
1,204
1,238
1,273
1,309
1,347
1,386
1,427
1,470
1,514
1,561
1,609
1,661
1,715
1,771
1,833
1,897
1,966
2,040
2,120
2,207
2,303
2,408
2,526
2,659
2,813
2,996
3,219
3,507
3,912
4,605
Пример обработки результатов испытаний
Исходные данные и результаты испытаний заносятся с 1 по 6 столбец в
табл. 4.
Таблица 4
Журнал для определения коэффициента фильтрации песка
№
испытания
h, см
1
1
2
3
2
10
10
10
S, см
3
2,5
3,0
3,5
H0,
см
4
10
10
10
t, с
5
120
100
110
Tф, 0С
6
20,0
19,0
19,5
T
7
1,300
1,270
1,285
S
H0
8
0,25
0,30
0,35
φ
 S 


H
 0
9
0,288
0,357
0,431
Kф10,
м/сут
10
Kф ,
м/сут
10
15,95
24,29
26,34
11
22,19
Рассчитывается по формуле (3) величина поправки Т для приведения
значения коэффициента фильтрации к условиям фильтрации при температуре 10 0С. Например, для первого испытания Т=0,7+0,3·20=1,300. Результаты расчетов заносятся в 7 столбец табл. 4.
Определяется по табл.3 коэффициент φ( Ѕ/H0 ), значения которого заносятся в 9 столбец табл. 4.
По формуле (8) рассчитываются значения коэффициентов фильтрации,
которые заносятся в 10 столбец табл. 4. Например, для первого испытания
10
864
K ф101 
0,288
 15,95 м/сут.
120
1,3
Определяется среднеарифметическое значение коэффициента фильтрации по формуле (4):
10
1
K   15,95  24,29  26,34   22,19 м/сут,
3
которое заносится в 11 столбец табл. 4.
Вывод: расчетное значение коэффициента фильтрации песка составляет
10
K фр  22,19 м/сут.
3. Определение коэффициента фильтрации песчаных грунтов
в приборе ПКФ–3 Союздорнии
Согласно ГОСТ 25584 1 метод распространяется на определение коэффициента фильтрации песчаных грунтов на образцах ненарушенного
(природного) или нарушенного сложения. Для вычисления коэффициента
фильтрации песчаных грунтов ненарушенного сложения следует применять образцы, высушенные до воздушно-сухого состояния.
15
Необходимое оборудование и приборы:
Прибор ПКФ–3 (рис.3); уплотнитель (рис.4); сито с отверстиями диаметром 5 мм по ГОСТ 6613; емкость для воды вместимостью 8…10 л; термометр с погрешностью измерения не более 0,5 0С по ГОСТ 28498; секундомер; нож; лопатка; марлевая прокладка.
Подготовка к испытанию
Перед началом испытания прибор ПКФ–3 разбирается.
Для определения коэффициента фильтрации песчаного грунта его предварительно высушивают на воздухе до воздушно-сухого состояния, а затем
просеивают через сито.
Просеянный песок перемешивают и распределяют слоем 2…3 см на
листе плотной бумаги или фанеры, делят поверхность слоя на кварты, проводя ножом в продольном и поперечном направлениях полосы, и отбирают
из каждого квадрата равное количество песка для средней пробы массой не
менее 0,9 кг.
Отобранную среднюю пробу песка помещают в чашку, увлажняют водой из расчета 8 % (по массе), покрывают влажной тканью и помещают в
эксикатор с водой не менее чем на 2 часа (для равномерного смачивания
песка и набухания пылеватых и глинистых частиц). При проведении лабораторной работы 2-часовое ожидание не проводится.
Определение коэффициента фильтрации песчаных грунтов нарушенного сложения производят после предварительного их уплотнения в цилиндре фильтрационной трубки прибора (см.рис.4) до заданной плотности.
Грунт уплотняется в 3 слоя. Каждый слой уплотняется 25 ударами гири
с высоты 30 см (рис. 4).
В поддон 2 с латунной сеткой помещают кружочек марли диаметром,
равным внутреннему диаметру поддона, вставляют цилиндр заостренным
торцом в поддон так, чтобы заостренный торец плотно прилегал к его донышку. Затем поддон переносится на жесткое основание.
На бортик фильтрационного цилиндра 1 надевают кольцо-насадку и укладывают перемешанный песок в цилиндр 1 слоем толщиной 4 см. С помощью трамбовки (рис. 4) производят уплотнение уложенного слоя.
После уплотнения первого слоя песка, взрыхлив ножом его поверхность
на глубину 1…2 мм, в цилиндр засыпают второй слой песка такой же толщины, что и первый, и снова уплотняют. Аналогично поступают и с третьим слоем.
Окончив уплотнение верхнего слоя, насадку снимают и выступающий
грунт срезают ножом заподлицо с верхней кромкой.
16
Рис. 3. Схема прибора ПКФ-3 Союздорнии
для определения фильтрации песчаных
грунтов: 1 – цилиндр фильтрационной трубки
прибора; 2 – поддон; 3 – сетка, 4 – сито;
5 – мерный сосуд; 6 – поплавок; 7 – подставка;
8 – корпус прибора; 9 – подъемный винт;
10 – шкала гидравлического градиента
со стрелкой-указателем; 11 – втулка;
12 – винтовое телескопическое приспособление
17
Рис.4. Схема уплотнителя:
1 – поддон; 2 – сетка; 3 – цилиндр
фильтрационной трубки прибора;
4 – гиря ударная
Проведение испытания
Цилиндр с образцом песка помещают на подставку 7 телескопического
приспособления и медленно погружают с помощью штурвала 9 в воду, содержащуюся в корпусе 1 до отметки 0,8 шкалы гидравлического градиента
для насыщения песка водой. Об этом судят по изменению его окраски.
На бортик цилиндра надевают сито, а затем плотно насаживают мерный
сосуд 5. Поддон 2 с фильтрационным цилиндром опускают в крайнее положение – до совмещения отметки О шкалы.
При появлении воды в камере мерного сосуда под ситом очищают отверстие в камере и осторожно заполняют водой резервуар мерного сосуда.
Для медленно фильтрующих песков (мелкозернистых и глинистых) воду в
резервуар следует наливать до отметки 90 на шкале резервуара, т.к. при
полном заполнении его водой поплавок 6 не сможет удержать столба воды
в резервуаре.
Вращая подъемный винт, устанавливают подставку в фильтрационном
цилиндре на значение гидравлического градиента 1, одновременно поддерживая постоянный уровень воды у верхнего края корпуса, чтобы не
произошло отрыва нижней поверхности образца песка от воды ( в таком
положении уровень воды должен быть в течение всего опыта). Затем замеряют температуру воды Тн с точностью до 0,5 0С и замечают на шкале резервуара мерного сосуда её уровень, одновременно включая секундомер.
По истечении определенного времени t (20…100 с для медленно фильтрующих песков) отмечают второй уровень воды в резервуаре (замечая
время, как и в первом случае), что дает возможность определить объем воды V, см3, профильтровавшейся через песок за время t, с. В конце опыта
необходимо замерить температуру воды в сосуде Tк .
Опыт проводят не менее 3-х раз.
Описанным методом определяют коэффициент фильтрации при гидравлическом градиенте, изменяющемся от 0,1 до 1. Для медленно фильтрующих песков ( для которых за 60 с расход воды на фильтрацию не превышает 10 см3 ) испытание следует проводить при гидравлическом градиенте,
равном 1.
Обработка результатов испытаний
Коэффициент фильтрации грунта K ф10 , м/сут, приведенный к условиям
фильтрации при температуре 10 0С, вычисляют по формуле
864  V
K ф10 
,
(7)
tATJ
где V − объем профильтровавшейся воды при одном замере, см3; tm− продолжительность фильтрации, с; А − площадь поперечного сечения фильт18
рационного цилиндра, см2; Т − поправка для приведения значения коэффициента фильтрации к условиям фильтрации воды при температуре 10
0
С, рассчитывается по формуле (3); 864 − переводной коэффициент (из
см/с в м/сут).
Вычисления проводят с точностью до второго знака после запятой.
Пример обработки результатов испытаний
Исходные данные и результаты испытаний заносятся в табл.5. Определяется значение температуры в период фильтрации Tф как среднее между
Tфн и Tфk .
Таблица 5
Журнал для определения коэффициента фильтрации песка
№ испытания
1
1
2
3
V,
см3
2
6
8
7
T, с
3
115
125
120
А,
см2
4
40
40
40
Ј
5
1
1
1
Tфн ,
0
С
6
20
21
20
TфК ,
0
С
7
21
22
21
Tф
8
20,5
21,5
20,5
T
9
1,315
1,345
1,315
K ф10 ,
K ф10 ,
м/сут
10
0,85
1,03
0,96
м/сут
11
0,95
Рассчитывается по формуле (3) величина поправки Т для приведения
значения коэффициента фильтрации к условиям фильтрации при температуре 10 0С. Например, для первого испытания Т = 0,7 + 0,3 · 20,5 =
=1,315. Результаты расчетов заносятся в 9 столбец табл.5.
По формуле (7) рассчитываются значения коэффициентов фильтрации в
каждом испытании, которые заносятся в столбец 10 табл. 5. Например, для
первого испытания
864  6
(8)
K ф101 
 0,85 м/сут.
115  40  1,351  1
Определяется среднеарифметическое значение коэффициента фильтрации по формуле (4):
10
1
K ф  0,85  1,03  0,96   0,95 м/сут,
(9)
3
которое заносится в 11 столбец табл. 5.
Вывод: расчетное значение коэффициента фильтрации песка составляет
10
K фр
 0,95 м/сут.
19
4. Определение коэффициента фильтрации глинистых грунтов
в компрессионном приборе полевой лаборатории ПЛЛ-9
Метод распространяется на определение коэффициента фильтрации
глинистых грунтов на образцах как ненарушенного (природного), так и нарушенного сложения.
Необходимое оборудование и приборы
Компрессионный прибор из комплекта полевой лаборатории ПЛЛ-9;
воронка; сосуд для слива воды вместимостью 1 л; секундомер; термометр.
Подготовка к испытанию
Компрессионный прибор (рис. 5) закрепляют с помощью струбцины на горизонтальной поверхности. На верхней части прибора устанавливают телескопическую стойку 1,
которую раздвигают таким образом, чтобы
расстояние от верхней черты на стеклянной
трубке 2 под воронкой 3 до оси верхней выводной трубки 4 из компрессионного прибора равнялось заданному напору Н, см.
Рис. 5. Схема полевого компрессионного прибора:
1 – телескопическая стойка; 2 – стеклянная трубка;
3 – воронка; 4 – верхняя выводная трубка;
5 – образец грунта; 6 – нижняя выводная трубка.
Затем компрессионную гильзу с образцом грунта устанавливают в прибор. При этом с помощью пластилина должно быть обеспечено герметичное соединение торцов кольца с нижней и верхней частями прибора.
После установки образца из нижней части прибора удаляют воздух,
пропуская через нее воду, заливаемую в воронку ( при открытой выводной
трубке 6 в нижней части прибора). Затем при помощи зажима выводную
трубку закрывают, а воронку доливают водой доверху и увлажняют испытуемый образец, пропуская воду снизу вверх до полного насыщения грунта. Об этом будет свидетельствовать появление воды в верхней части прибора. Во время проведения испытания необходимо произвести измерение
температуры воды.
20
Таблица 6
Значения коэффициента Б (h/H) в формуле (10)
Понижение
уровня воды
h, см
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Начальная высота напора
30
0,03391
0,06899
0,10537
0,14311
0,18233
0,22315
0,26571
0,31016
0,35668
0,40547
40
0,02532
0,05130
0,07790
0,10537
0,13354
0,16252
0,19238
0,22315
0,25490
0,28769
воды, Н, см
50
0,02021
0,04083
0,06188
0,08339
0,10537
0,12784
0,15083
0,17436
0,19846
0,22315
60
0,01681
0,03391
0,05130
0,06899
0,08701
0,10537
0,12405
0,14311
0,16252
0,18233
Проведение испытания
С помощью рычажного устройства прикладывают к образцу заданную
вертикальную нагрузку и выдерживают под ней образец до условной стабилизации осадки.
Затем открывают кран воронки 3 и подвергают образец напорной
фильтрации при заданной высоте напора Н, см, отсчитывая его от верхней
выводной трубки и отмечая с помощью секундомера время t, с, в течение
которого уровень воды в трубке понизится на определенную величину h,
см, например, 5 или 10 см. Повторность испытания с образцом должна
быть не менее трех.
Обработка результатов испытаний
Коэффициент фильтрации грунта Kф10, м/сут, приведенный к условиям
фильтрации при температуре 10 0С, вычисляют по формуле
K ф10  13,52 Б /(tT ) .
(10)
В формуле (10) обозначено: Б (h / H ) − коэффициент, зависящий от отношения понижения уровня воды в трубке h к начальной высоте напора Н
следующим образом ( табл. 6):
Б (h / H )  [ ln(1  h / H )] ,
где t – продолжительность опыта, с; Т – поправка для приведения значения
коэффициента фильтрации воды при температуре 10 0С, рассчитываемая
по формуле (3).
21
Пример обработки результатов испытаний
Измеренные значения параметров испытаний заносят с 1 по 5 столбец
в табл. 7.
Таблица 7
Журнал для определения коэффициента фильтрации глины
№ испытания
1
1
2
3
Н, см
2
30
30
30
h, см
3
5
5
5
t, с
4
300
270
240
TФ , 0 С
5
18,0
18,5
17,5
T
6
1,240
1,255
1,255
Б
7
0,18233
0,18233
0,18233
10
10
K фi
∙102, K ф ∙102,
м/сут
8
0,66
0,73
0,84
м/сут
9
0,74
Рассчитывается по формуле (3) величина поправки Т для приведения
значения коэффициента фильтрации к условиям фильтрации при температуре 10 0С. Например, для первого испытания Т = 0,7+0,3·18=1,240. Результаты расчетов заносятся в 6 столбец табл.7. По табл.6 при Н=30 см и h
= 5 см определяется коэффициент Б = 0,18233 и заносится в 7 столбец
табл.7. По формуле (8) для каждого испытания рассчитывается значение
коэффициента фильтрации, которое заносится в столбец 8. Например, для
первого испытания
K ф101  13,52  0,18233 / 300  1,240   0,66  10 2 .
Определяется среднеарифметическое значение коэффициента фильтрации по формуле (4):
10
1
K ф  0,66  0,73  0,84 10  2  0,74  10  2 м/сут,
3
которое заносится в 9 столбец табл. 7.
Вывод: расчетное значение коэффициента фильтрации глины составля10
ет K фp
 0,74  10 2 , м/сут. Согласно табл. 2 грунт слабоводопроницаемый.
5. Вопросы для защиты лабораторной работы
1. Какова цель выполненной лабораторной работы?
2. Какова последовательность определения коэффициента фильтрации
песчаных грунтов в выполненной работе?
3. Каково минимальное число определения частных значений коэффициента фильтрации?
4. Какой прибор использован для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов?
22
5. Что называют коэффициентом фильтрации?
6. Какое свойство грунтов характеризует коэффициент фильтрации?
7. Что называют начальным напором Н0 при определении коэффициента фильтрации?
8. Что называют начальным градиентом напора и в чем он измеряется?
9. От чего зависит значение начального градиента напора?
Библиографический список
1. ОДН 218.046-01. Проектирование нежестких дорожных одежд. – М.,
2001. – 144 с.
2. Сологаев В.И. Фильтрационные расчеты и компьютерное моделирование при защите от подтопления в городском строительстве: Монография. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2002. – 416 с.
3. ГОСТ 25584-90. Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации.
4. ГОСТ 22733-02. Грунт. Метод лабораторного определения максимальной плотности.
23