ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ГРУНТА

Водопроницаемость - способность грунта пропускать сквозь себя воду. Движение воды по порам грунта обусловлено влиянием гравитационных сил и внешнихвоздействий. Численно водопроницаемость характеризуется коэффициен­том фильтрации грунта kФ, представляющим собой скорость фильтрации воды при гидравлическом уклоне (градиенте), равном единице.

Количество воды Q , протекающей через поперечное сечение площадью А в течение времени t при ламинарном (параллельнно-струйном) движении, по закону Дарси равно:

, ( 12 )

где kФ- коэффициент водопроницаемости (фильтрации); J -гидравлический уклон (градиент), равный отношению потери напора DН к длине пути фильтрации l:.

. ( 13 )

Следовательно, скорость фильтрации

, ( 14 )

откуда

, ( 15 )

т.е. при J=1 коэффициент фильтрации численно равен V . Поэтому величина kФ определяется в следующих единицах: см/с, м/сут, см/год и т.д, и при одинаковых условиях зависит, главным обра­зом, от пористости, давления, гранулометрического и минералоги­ческого составов.

Средние значения kФ для различных грунтов при давлении 0,1÷0,2 МПа представлены в табл. 12.

Таблица 12

Средние значения коэффициент фильтрации для различных грунтов

 

Тип грунта Коэффициент фильтрации kФ,см/с
Пески 10-1÷10-4
Супеси 10-3÷10-6
Суглинки 10-5÷10-8
Глины 10-7÷10-10

 

При kФ = 10-6 см/с грунты практически считаются водоупором.

Переход от одной единицы измерения величины kФ к другой: см/с = 864 м/сут; см/с=3*107 см/год = 3*I05 м/год.

Коэффициент фильтрации используется в расчетах при определении притока грунтовой воды в строительные котлованы, буровым скважинам, утечек воды из водохранилищ, консолидации водонасыщенных грунтов (времени затухания осадки фундаментов), в раз­личных фильтрационных расчетах, при проектировании дренажей, фильтров и т.д.

Существует несколько методов определения величиныkФ,которые можно объединить в три группы: полевые, лабораторные и по эмпирическим формулам. При лабораторных исследованиях kФ для песков и глин определяют с помощью различных приборов. Дан­ная лабораторная работа выполняется для песков с помощью прибо­ра КФ-01 (рис.4).

Определение значений коэффициента фильтрации для пылевато-глинистых грунтов производится c помощью одометра (компрессионного прибора) по рекомендациям [ 8 ].

Необходимое оборудование: прибор КФ-01, термометр,секундомер, глубокая тарелка (поддон).

Методика определения. 1. Заполнить фильтрационную трубку 4 грунтом 9 и надеть на нее муфту 2 и упорное дно 5, предваритель­но положив на торцовые поверхности грунта латунные сетки 3 и 6 (рис. 4). Если испытывается грунт с естественной структурой, трубка задавливается в монолит грунта. Грунт с нарушенной структурой засыпается в трубку с послойныи трамбованием до получения необходимой пористости. При опытах с тонкозернистыми песками на дно трубки насыпают буферный слой песка из фракций 0,5÷0,25 мм на высоту 2÷3мм.

2. Вставить трубку упор­ным дном во внешний стакан 7 на кольцевую подставку, соеди­ненную со шкалой напорного гра­диента 10. Винтом 9 установить нужный напорный градиент, следя за совмещением соответствующего деления на шкале 10 с верхом внешнего стакана. Заполнить внешний стакан водой и поставить на тарелку. 3. В течение 3÷4 мин небольшими порциями осторожно наливать воду на верхнюю сетку 3, пока вода не начнет выливаться из внешнего стакана. Это покажет, что грунт находится в состоянии полного водонасыщения, а вода в его порах – гидравлически непрерывна. 4. Заполнить мерный баллон водой и измерить ее температуру.Закрыть отверстие баллона большим пальцем и, быстро опроки­нув, вставить в муфту 2 до соприкосновения с сеткой 3. В таком
Рис.4. Схематический разрез прибора КФ-01 для опре­деления коэффициента фильтрации песчаных грунтов:1 - мерный баллон; 2 - муфта; 3 и 6 - ла­тунные сетки; 4 - фильтрационная трубка; 5 - упорное дно; 7 - внешний стакан; 8 - обра­зец грунта; 9 - винт для верти­кального перемещения фильтрационной трубки; 10 – шкала напорного градиента; 11 – поддон

виде баллон автоматически поддерживает над грунтом постоянный уровень воды в 1÷2мм. Когда последний вследствие фильтрации понижается, в баллон прорывается пузырек воздуха и соответствующее количество воды вытекает из него. Этим достигается постоянство напорного градиента. Если в баллон прорываются крупные пузырьки воздуха, значит, горлышко находится на значительном расстоянии от поверхности грунта. В этом случае баллон следует опустить ниже и добиться равномерного просачивания мелких пузырьков воздуха.

5. Достигнув равномерного появления мелких пузырьков воздуха в баллоне, определите время t, в течение которого профильтруется количество воды Q=10 мл. Определения произвести при двух различных положениях уровня воды в баллоне.

6. Изменить напорный градиент, долить воду во внешний стакан и повторить операции, описанные в п.5, а при необходимости - и в п.4.

7. Вылить воду из мерного баллона. Данные занести в журнал (табл. 14) и определить значение k1 по табл. 13 или по формуле

, ( 16 )

где Q – расход воды, равный 10 мл; А – площадь поперечного сечения цилиндра, равная 25 см2; J – напорный градиент; t - температурная поправка ; t° - температура фильтрующейся воды, °С; 864 – переводной коэффициент (из см/с в м/сут).

Таблица 13

Величина k1 для определения коэффициента фильтрации песков

 

№ п/п Температура фильтрующейся воды, t °С Величина k1 при значениях
J= 0,6 J= 0,8 J= 1,0
576,0 432,0 345,6
559,2 416,3 335,5
543,3 407,5 325,9
528,4 396,3 317,0
514,3 384,8 308,6
500,9 375,6 300,4
488,1 366,1 292,9
476,0 359,8 285,6
464,5 348,3 278,6
453,4 340,1 272,1
443,0 332,3 265,8
433,1 324,8 259,8
423,5 317,6 254,1
414,3 310,3 248,6

 

Таблица 14

Результаты определения коэффициента фильтрации песка

№ п/п J напорный градиент Температура фильтрующейся воды, t °С Время фильтрации t, с Коэффициент k1 Примечание
        А=25 см2 Q=10 мл

 

2. Определить коэффициент фильтрации kФ, м/сут:

, ( 17 )

где t- время фильтрации, с.

За величину kФ принять среднее арифметическое значение из полученных результатов. Результат сравнить с величинами, представленными в табл. 12.

Примечания: 1. Температурная поправка вводится потому, что вязкость воды зависит от температуры, которая в реальных условиях бывает около 10°С.

2. Так как студенту предлагается заряженный прибор при выполнении данной работы, п. 1 исключается.

3. Величину J рекомендуется принимать равной 1,0; 0,8; 0,6, чтобы можно было воспользоваться для расчетов данными из табл. 13.


Лабораторная работа № 7