Коэффициента фильтрации

Методы определения коэффициента фильтрации по ГОСТ 25584 применяются для песчаных, пылеватых и глинистых грунтов и не распространяется на грунты в мерзлом состоянии, а также не устанавливают коэффи­циент фильтрации при химической суффозии грунтов. Коэффициентом фильтрации называют скорость фильтра­ции воды при градиенте напора, равном единице, и линейном за­коне фильтрации. Коэффициент фильтрации определяют на образцах нена­рушенного (природного) сложения или нарушенного сложения заданной плотности. Для определения коэффициента фильтрации песчаных грун­тов нарушенного сложения следует применять образцы, высушен­ные до воздушно-сухого состояния. Максимальный размер частиц песчаных грунтов не должен превышать 1/5 внутреннего диаметра прибора для определения ко­эффициента фильтрации. Коэффициент фильтрации песчаных грунтов определяют при постоянном заданном градиенте напора с пропуском воды сверху вниз или снизу вверх, при предварительном насыщении образца грунта водой снизу вверх. Коэффициент фильтрации пылеватых и глинистых грунтов определяют при заданных давлении на грунт и переменном градиенте напора с пропуском воды сверху вниз или снизу вверх, при предварительном насыщении образца грунта водой снизу вверх без возможности его набухания. Для насыщения образцов грунта и фильтрации применяют грунтовую воду с места отбора грунта или воду питьевого качест­ва. В случаях, устанавливаемых программой исследований, допус­кается применять дистиллированную воду.

Образцы грунта взвешивают на лабораторных весах с погрешностью ±0,01 г.

Результаты определения коэффициента фильтрации дол­жны сопровождаться данными о гранулометрическом составе по ГОСТ 12536, влажности, плотности частиц, плотности сухого грунта, границе текучести и раскатывания по ГОСТ 5180, степени влажности и коэффициенте пористости.

Количество частных определений коэффициента фильтра­ции для каждого инженерно-геологического элемента (слоя грун­та) должно составлять не менее шести. Количество частных определений коэффициента фильтрации грунта допускается уменьшать при наличии одноименных опреде­лении в материалах предыдущих испытаний, выполненных на той же площадке для того же инженерно-геологического элемента. Нормативные значения коэффициента фильтрации для каждого инженерно-геологического элемента (слоя грунта) уста­навливают методом статистической обработки результатов част­ных определений по ГОСТ 20522. Расчетные значения коэффициен­та фильтрации следует принимать равными нормативным.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ

ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ

В комплект оборудования для определения коэффици­ента фильтрации должны входить:

прибор КФ-ООМ; ПКФ-3 или аналогичные им. Весы лабораторные квадрантные (ВЛК) или лабораторные об­щего назначения; термометр с погрешностью измерения не более 0,5⁰ С по ГОСТ 215; секундомер; нож из нержавеющей стали с прямым лезвием; лопатка; пресс винтовой; пластины плоские с гладкой поверхностью (из стекла, плек­сигласа или металла).

Примечание. Для определения коэффициента фильтрации допускается применять приборы, конструкция которых подобна КФ-00М (КФ-01, ПКФ-3 СоюздорНИИ, ФВ-3).

Цилиндр, планка со шкалой градиентов напора, сетки, подъемный винт фильтрационных приборов должны изготавливаться из некоррозирующегося металла.

Подготовка к испытанию

К испытанию грунт следует подготавливать в следующей последовательности:

песок и воду, предназначенные для определения коэффициен­та фильтрации, выдерживают в лаборатории до выравнивания их температуры с температурой воздуха; из корпуса прибора извлекают фильтрационную трубку и раз­бирают ее; заполняют цилиндр испытываемым грунтом или уплотняют песчаный грунт в фильтрационном приборе; цилиндр с грунтом медленно погружают в воду и оставляют его в та­ком положении до тех пор, пока грунт увлажнится. В процессе водонасыщсння грунта поддерживают постоянный уровень воды у верхнего края корпуса; помещают на образец грунта латунную сетку или гравий.

Заполнение цилиндра испытываемым грунтом ненару­шенного сложения в приборе типа КФ-00М выполняют в следующем порядке:

Заранее взвешенный цилиндр ставят заостренным краем на выровненную поверхность грунта и винтовым прессом (или рукой) слегка вдавливают его в грунт, обозначая границы будущего об­разца для проведения испытаний;

грунт у заостренного края цилиндра (с внешней его стороны) срезают острым ножом в виде столбика диаметром на 0,5—1 мм больше диаметра цилиндра и высотой примерно 10 мм. Одновре­менно, по мере срезания грунта, легким надавливанием пресса постепенно надвигают цилиндр на грунт, не допуская перекоса, до полного заполнения цилиндра. В грунт, из которого не удается вырезать столбик, цилиндр вдавливают; верхний торец образца грунта зачищают ножом вровень с краями цилиндра и накрывают заранее взвешенной пластинкой; подхватывают цилиндр с грунтом снизу лопаткой, перевертывают его, зачищают нижний торец образца грунта вровень с края­ми цилиндра и также накрывают заранее взвешенной пластинкой; взвешивают цилиндр с образцом грунта и покрывающими его пластинками; определяют плотность грунта по ГОСТ 5180. Надевают на цилиндр с образцом грунта дно с латунной сеткой, покрытой кружками марли.

Заполнение цилиндра грунтом нарушенного сложения выполняют в следующем порядке:

на цилиндр надевают дно с латунной сеткой, покрытой круж­ком марли;

наполняют цилиндр грунтом через верх слоями толщиной 1—2 см;

необходимую массу грунта (m) в граммах вычисляют по фор­мулам:

m=V*r или m = (V*r_s (1 + W))/(1 + e) (1.39)

где V — объем цилиндра, см³; r —заданная плотность, г/см³; W — влажность грунта, доли единицы; r_s — плотность частиц грунта, г/см³.; e— коэффициент пористости.

Если грунт массой m не укладывается в цилиндр, то его уплот­няют трамбованием.

Заполнение цилиндра испытываемым грунтом в предель­но рыхлом и предельно плотном состоянии выполняют в следую­щем порядке:

цилиндр с дном и латунной сеткой, покрытой кружком марли, взвешивают;

для получения образца в предельно рыхлом состояния цилиндр заполняют грунтом, насыпая его с высоты 5-10 см без уплотне­ния, в предельно плотном состоянии — слоями толщиной 1—2 см с уплотнением каждого слоя трамбованнем; зачищают поверхность образца грунта вровень с краями ци­линдра и взвешивают цилиндр с грунтом; определяют плотность грунта по ГОСТ 5180.

Проведение испытания

Коэффициент фильтрации грунта в приборе типа КФ-00М определяют в следую­щем порядке:

вращением подъемного винта устанавливают цилиндр с грун­том до совмещения отметки необходимого градиента напора на планке с верхним краем крышки корпуса и доливают воду в кор­пус до верхнего его края. Испытания проводят при поэтапном уве­личении значений градиента напора; замеряют температуру воды; заполняют мерный стеклянный баллон водой и, закрывая пальцем его отверстие, опрокидывают отверстием вниз, подносят возможно ближе к цилиндру с грунтом н, отнимая палец, быстро вставляют в муфту фильтрационной трубки так, чтобы его гор­лышко соприкасалось с латунной сеткой, а в баллон равномерно поднимались мелкие пузырьки воздуха. Если в мерный баллон прорываются крупные пузырьки воздуха, то его необходимо опус­тить ниже, добившись появления мелких пузырьков; отмечают время, когда уровень воды достигнет деления шкалы мерного баллона, отмеченного цифрой 10 (или 20) см³, принимая это время за начало фильтрации воды. В дальнейшем фиксируют время, когда уровень воды достигнет соответственно делений 20, 30, 40, 50 (или 20, 40, 60, 80) см³ или других кратных значений.

Производят четыре отсчета.

Для фильтрационного прибора ПКФ-3 СоюздорНИИ трубку прибора с уплотненным песчаным грунтом заполняют водой до отметки выше нулевой и отмечают в стеклянной водомерной трубке по секундомеру время снижения уровня напоров от 0 до 5 см. Затем воду доливают и отсчеты времени снижения уровня напоров повторяют 4 раза, определяя для расчета среднее значение в с.

Обработка результатов

Для фильтрационного прибора КФ-00М коэффициент фильтрации К₁₀, м/сут, приведенный к ус­ловиям фильтрации при температуре 10° С, вычисляют по формуле

K₁₀ = (864*V_W)/ (t_m*A*T*J) (1.40)

где V_W — объем профильтровавшейся воды при одном замере, см³; t_m— средняя продолжительность фильтрации (по замерам при одинаковых расходах воды), с; A — площадь поперечного сечения цилиндра фильтрационной трубки,см²; J — градиент напора; T = (0,7 + 0,03Т_ф)— поправка для приведения значения коэф­фициента фильтрации к условиям фильтрации воды при температуре 10 °С, где Т_ф Т_ф - фактическая температура воды при испытании, °С; 864 — переводной коэффициент (из см/с в м/сут).

Коэффициент фильтрации вычисляют до второй знача­щей цифры. Для расчета коэффициента фильтрации следует составлять таблицу расчетных данных для постоянного расхода воды из ци­линдра определенной площади поперечного сечения при различ­ных градиентах напора и температуре.

Для прибора ПКФ-3 расчет коэффициента фильтрации осуществляют по формуле 1.42, как для пылеватых и глинистых грунтов.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ПЫЛЕВАТЫХ

И ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ

В комплект оборудования для определения коэффици­ента фильтрации глинистых грунтов должны входить: компрессионно-фильтрационный прибор, позволяющий прово­дить испытания под нагрузкой при переменном напорном градиенте; весы лабораторные квадрантные (ВЛК) или лабораторные общего назначения; термометр с погрешностью измерения не более 0,5° С по ГОСТ 215; секундомер; нож из нержавеющей стали с прямым лезвием; лопатка; пресс винтовой; пластины плоские с гладкой поверхностью (из стекла, плекси­гласа или металла).

Подготовка к испытанию

Воду и грунт, предназначенные для определения коэффи­циента фильтрации, выдерживают в лаборатории до выравнивания их температуры с температурой воздуха.

Приготавливают образец грунта, предваритель­но смазав внутреннюю поверхность кольца техническим вазели­ном. Из остатков срезанного грунта отбирают пробы для определе­ния влажности по ГОСТ 5180. При заполнении кольца грунтом необходимо учитывать, в ка­ком направлении относительно природного напластования опре­деляют коэффициент фильтрации. На нижнюю и верхнюю поверхность грунта накладывают фильтровальную бумагу, смоченную водой и вырезанную по внут­реннему диаметру кольца.

Заполняют поддон прибора водой до верхней поверхности металлического фильтра через пьезометр и ставят на фильтр коль­цо с грунтом. Металлический фильтр ставят на образец грунта и опускают винт арретира так, чтобы при насыщении водой образец не набу­хал. В случае испытания грунта под нагрузкой закрепляют инди­катор.

Образец грунта насыщают водой снизу вверх через пье­зометр. Водонасыщенние следует производить не менее 2 сут. для супесей, не менее 5 сут для суглинков; продолжительность водонасыщения глин устанавливают заданием.

При степени влажности грунта более 0,98 водонасыщение мож­но не производить. Заливают образец грунта водой (до краев насадки или верха крышки) и передают на образец заданное давление ступе­нями. Значения ступеней давления и время их выдерживания назна­чают в соответствии с ГОСТ 12248.

Если заданное давление равно Р_стр (соответствующее струк­турной прочности), то образец нагружают ступенями давления по 0,0025 МПа до начала сжатия по ГОСТ 23908.

Подготовка образцов глинистого грунта нарушенного сложения

Для подготовки образцов глинистых грунтов с задан­ными значениями плотности необходимо размять грунт пестиком с резиновым наконечником до исчезновения комков крупнее 2 мм и определить влажность грунта по ГОСТ 5180. Массу грунта, которая в объеме кольца должна обес­печить заданное значение плотности, рассчитывают.

Если задано значение плотности сухого грунта (r_d), г/см³, то массу грунта в объеме кольца рассчитывают по формуле

m = r_{d *} (l+w)*V (1.41)

Заполняют кольцо приготовленным грунтом необходи­мой массы. Если вручную не удается уложить весь грунт, то применяют пресс. Накрывают торцы образца грунта кружками влажной фильтровальной бумаги.

Проведение испытания

Наливают воду в пьезометр и устанавливают начальный напор, соответствующий заданному градиенту напора. Начальный напор равен высоте столба воды от постоянного ее уровня над образцом грунта до уровня в пьезометре. В приборах, имеющих два пьезометра, соединенных с крышкой и поддоном, начальный напор равен разности уровней в пьезомет­рах. При исследовании фильтрации в нисходящем потоке пьезометр, присоединенный к верхней части прибора, должен быть заполнен водой до верхней отметки, а пьезометр, присоединенный к нижней части, — до нижней отметки и наоборот.

Открывают кран (краны), соединяющий (соединяющие) пьезометр (пьезометры) с прибором, и отмечают время начала фильтрации воды. Замеряют числа делений, на которые опустился (под­нялся) уровень воды в пьезометре, через одинаковые промежутки времени и температуру воды с точностью до 0,5° С. Отсчеты по пьезометру производят в зависимости от скорости фильтрации. Промежутки времени отсчетов могут быть 5, 10, 15, 30 мин 1 ч, при медленной фильтрации — два раза, в начале и конце рабочего дня. Производят не менее шести отсчетов. Если уровень воды в пьезометре понижается на одно деление за время, превышающее 40 с, то следует заменить пьезометры на более тонкие трубки. После испытания определяют влажность.

 

Обработка результатов

Коэффициент фильтрации грунта (К₁₀), м/сут, приведен­ный к условиям фильтрации при температуре 10° С, вычисляют по формуле

К₁₀ = [ j(S/H₀)/t]*(A_п /A_к)*(h/T)*864 (1.42)

где S — наблюдаемое падение уровня воды в пьезометре, отсчи­танное от первоначального уровня, см; H₀ — начальный напор, см; j(S/H₀)— безразмерный коэффициент, определяемый по таблице 1.51; t— время падения уровня воды, с;

A_п— площадь сечения пьезометра, см²; A_к — площадь кольца, см²; h —высота образца грунта, равная высоте кольца, см; T = (0,7 + 0,03Т_ф) — поправка для приведения значения коэф­фициента фильтрации к условиям фильтрации воды при температуре 10°С, где Т_ф— фактическая температура воды при опыте, °С; 864 — переводной коэффициент (из см/с в м/сут).

Коэффициент фильтрации вычисляют для каждого отсче­та по пьезометру. За коэффициент фильтрации образца грунта принимают сред­нее арифметическое отдельных вычисленных значений.

Коэффициент фильтрации выражают с точностью до второй значащей цифры.

 

Значения S/H₀ и S/H₀

Таблица 1.51

S/H0	S/H0	S/H0	S/H0	S/H0	S/H0
0.01	0.010	0.34	0.416	0.67	1.109
0.02	0.020	0.35	0.431	0.68	1.139
0.03	0.03	0.36	0.446	0.69	1.172
0.04	0.040	0.37	0.462	0.70	1.204
0.05	0.051	0.38	0.478	0.71	1.238
0.06	0.062	0.39	0.494	0.72	1.273
0.07	0.073	0.40	0.510	0.73	1.309
0.08	0.083	0.41	0.527	0.74	1.347
0.09	0.094	0.42	0.545	0.75	1.386
0.10	0.105	0.43	0.562	0.76	1.427
0.11	0.117	0.44	0.580	0.77	1.470
0.12	0.128	0.45	0.598	0.78	1.514
0.13	0.139	0.46	0.616	0.79	1.561
0.14	0.151	0.47	0.635	0.80	1.609
S/H0	S/H0	S/H0	S/H0	S/H0	S/H0
0.15	0.163	0.48	0.654	0.81	1.661
0.16	0.174	0.49	0.673	0.82	1.715
0.17	0.186	0.50	0.693	0.83	1.771
0.18	0.196	0.51	0.713	0.84	1.833
0.19	0.210	0.52	0.734	0.85	1.897
0.20	0.223	0.53	0.755	0.86	1.966
0.21	0.236	0.54	0.777	0.87	2.040
0.22	0.248	0.55	0.799	0.88	2.120
0.23	0.261	0.56	0.821	0.89	2.207
0.24	0.274	0.57	0.844	0.90	2.303
0.25	0.288	0.58	0.868	0.91	2.408
0.26	0.301	0.59	0.892	0.92	2.526
0.27	0.315	0.60	0.916	0.93	2.659
0.28	0.329	0.61	0.941	0.94	2.813
0.29	0.346	0.62	0.967	0.95	2.996
0.30	0.357	0.63	0.994	0.96	3.219
0.31	0.371	0.64	1.022	0.97	3.507
0.32	0.385	0.65	1.050	0.98	3.912
0.33	0.400	0.66	1.079	0.99	4.605

 

Для расчетов коэффициента фильтрации составляют вспо­могательные таблицы, разделив формулу для определения коэффициента фильтрации при 10⁰ С на два множителя:

В = j(S/H₀)/t и М = (A_п /A_к)*(h/T)*864 (1.43)

Рекомендуется составить таблицы значении множителя В в за­висимости oт значения падения уровня воды в пьезометре и значе­нии множителя М в зависимости от температуры воды при опыте.

 

---

Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 86; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!