ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ПЕСЧАНОГО ГРУНТА

    Водопроницаемостью грунтов называют способность их пропускать через себя воду.

    Вода в порах грунтов может передвигаться под влиянием ряда причин: силы тяжести; внешнего давления; капилярных сил; адсорбционных сил, развивающихся на поверхности раздела твердых частиц и воды; промерзания породы; давления газов и др. При инженерно-геологических изысканиях и гидрогеологических исследованиях чаще всего практический интерес представляет передвижение воды под влиянием силы тяжести и разности напоров.

    Водопроницаемость грунтов характеризуется коэффициентом фильтрации, входящим в зависимость Дарси для определения скорости фильтрации:

где U  -       скорость фильтрации;

I   -       градиент напора;

jН -       разность напоров;

jS -       длина пути фильтрации;

К_Ф -       коэффициент фильтрации.

Коэффициент фильтрации – скорость фильтрации воды в грунте при градиенте напора, равном единице и обычно выражается в см/с или в м/сут.

Коэффициент фильтрации используется при подсчете запасов подземных вод, определении притока воды в строительные котлованы и горные выработки, а также при ряде других расчетов.

В соответствии с ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация» по степени водопроницаемости грунты подразделяют согласно таблице 10.

                                                                                                        Таблица 10

ОпределяетсяК_фв соответствии с ГОСТ 25584-90 «Грунты. Методы определения коэффициента фильтрации» на приборе КФ - ООМ. Прибор предназначен для определения коэффициента фильтрации пес­чаных и глинистых грунтов нарушенной и ненарушенной структуры при переменных напорных градиентах от 0 до 1. Схема прибора приведена на рис. 3.

Краткое описание прибора.

Прибор состоит из фильтрационной трубки, специального винтового телескопического приспособления, позволяющего насыщать грунт и ре­гулировать напор воды, и корпуса прибора с крышкой.

Фильтрационная трубка состоитиз основного металлического ци­линдра 5, муфты 6, надеваемой на нижнюю часть цилиндра и латунной сетки 7, вставляемой в дно. На верхней части цилиндра устанавлива­ется муфта 2 с латунной сеткой 3 и со стеклянным баллоном 1 (мариоттовым сосудом) на одной стороне которого нанесена шкала.

Телескопическое приспособление состоит из подставки 11, винта 8 и планки 4. На планке 4 нанесены деления напорного градиента от 0 до 1 с ценой деления 0,02.

Рис. 3

Ход работы.

1. Из корпуса прибора извлекают фильтрационную трубку. Снимают с фильтрационной трубки муфту 2, латунную сетку 3 и мерный баллон 1.

2. При испытании песчаных грунтов нарушенной структуры рекомен­дуется коэффициент фильтрации грунтов определять дважды при рыхлом их сложении и при максимально плотном. Наполнение металлического цилиндра для первого случая производится засыпанием грунта до необходимой высоты. Во втором случае наполнение грунтом ведут слоями в 10 - 20 мм, с легкой трамбовкой. Для каждого случая произво­дят определение объемной массы грунта. В опытах с тонкозернистыми песками на дно трубки засыпают буферный слой пескаиз фракции 0,5 ¸ 0,25мм.

Если требуется определить коэффициент фильтрации грунтов с нена­рушенной структурой, то с цилиндра 5 снимают муфту 6 с латунной сет­кой 7, и цилиндр в вертикальном положении вдавливается в грунт.

3. После заполнения цилиндра грунтом в корпус 10 заливают воду и вращением винта 8 поднимают подставку 11 до совмещения отметки на планке 4 напорного градиента с верхним краем крышки 9.

4. На подставку 11 устанавливают фильтрационную трубку с испы­туемым грунтом. Вращением винта 8, медленно погружают фильтрационную трубку с грунтом в воду до отметки напорного градиента I = 0,8. В таком положении оставляют прибор до момента появления влаги в верхнем торце цилиндра, о чем судят по изменившемуся цвету грунта.

5. Помещаютна грунт латунную сетку3, надевают на трубку муфту 2и вращением винта 8 опускают фильтрационную трубку в крайнее нижнее положение.

6. Заполняют мерный баллон 1 водой, предварительно измерив ее температуру, зажимаютего отверстие большим пальцем и быстро опроки­нув, вставляютв муфту фильтрационной трубки так, чтобы горлышко баллона соприкасалось с латунной сеткой.

7. В таком виде мерный баллон автоматически поддерживает над грунтом постоянный уровень воды в 1-2мм. Как только этот уровень вследствие просачивания воды через грунт понизится, в мерный баллон прорывается пузырек воздуха, и соответствующее количество воды выте­кает из него. Этим достигается постоянство напорного градиента. Если в мерный баллон прорываются крупные пузырьки воздуха, это сви­детельствует о том, что горлышко баллона отстоит на значительном расстоянии от поверхности грунта. В этом случае необходимо баллон опустить на 1-2 мм и добиться того, чтобы в него равномерно подни­мались мелкие пузырьки воздуха.

После этого c помощью винта 8 устанавливают планку на градиент напора I= 0.6 и доли­вают воду в корпус 10 до верхнего края.

8. Отмечают по шкале уровень воды в мерном баллоне, пускают секундомер и по истечении определенного времени t = 50 ¸100 сек. для среднезернистых грунтов, 250 ¸ 500 сек. для глинистых песков, замечают второй уровень воды в мерном баллоне 1, что дает возможность определить расход воды Q, профильтровавшейся через грунт за время t сек. Для получения средней величины коэффициента фильтрации повторяют замеры расхода воды при различных положениях уровня воды в мерном баллоне за время t сек.

9. Опустив цилиндр с грунтом в крайнее положение, снимают мерный баллон 1, заполняют его водой и вновь вставляют в муфту 2.

10. Устанавливают планку 4 на напорный градиент I = 0.8. Далее поступают согласно пункту 8. Так производят определение для любого напорного градиента. Для I = 1,0 телескопическим приспо­соблением можно не пользоваться, тогда фильтрационная трубка ста­вится на любую ровную поверхность.

11. По данным опыта производят расчет коэффициента фильтрации К_фпо формуле:

где: К_ф - коэффициент фильтрации при Т =10°С, м/сутки;

Q-расход воды, мл;

F - площадь поперечного сечения цилиндра, см²;

t- время, сек;

I - напорный градиент;

r- температурная поправка (0,7 + 0,03 Т°);

864 - переводной коэффициент из см/сек в м/сут.

Все цифровые данные, полученные в процессе определения коэффи­циента фильтрации, записывают в таблицу 11.

Для облегчения расчета коэффициента фильтрации можно составить таблицу расчетных данных для постоянного, расхода воды из цилиндра с определенной площадью поперечного сечения при различной темпера­туре и различных градиентах. Расчетные данные для определения коэф­фициента фильтрации при Q =10 мл и F=25см² в интервале температур от 10 до 30°С представлены в таблице 12.

Для нахождения по таблице 12 коэффициента фильтрации нужно:

а) замерить температуру воды, наливаемой в мерный баллон;

б) определить время в секундах, в течение которого через грунт фильтруется 10 мл воды;

в) найти по таблице значение К, соответствующую взятому напор­ному градиенту и замеренной температуре воды. Расчетные данные Кдля прибора КФ-ООМ при F= 25 см² и Q = 10 мл вычислены по формуле:

г) разделить найденную цифру на время фильтрации:

К_Ф = К / t

Пример: Т = 23 °С; I = 0.6;  t = 140 сек.

К_Ф = К / t = 414,3/140 = 2,96 м/сут.

Таблица 11.

Таблица 12.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5