Определение коэффициента фильтрации песков с помощью прибора КФ-ООМ (ГОСТ 25584-83)

Способность грунтов пропускать воду через систему сообщающихся пор называется водопроницаемостью. Движение воды в порах грунта происходит под действием возникающих в ней неуравновешенных давлений. Так, пленочная вода двигается под действием разности осмотических давлений в различных сечениях, капиллярная – адсорбционных сил смачивания поверхности грунтовых капилляров, гравитационная – под действием напора воды.

Наибольший практический интерес представляет движение гравитационной воды под влиянием силы тяжести или разности напоров. Считается, что для песчаных и большинства глинистых грунтов это движение может быть описано законом Дарси (закон ламинарного движения):

(26)

где V_w – объем воды протекающей параллельно струями через водопроницаемое тело;

А – площадь поперечного сечения тела;

t – время фильтрации;

I – отношение разности напоров к длине фильтрации (гидравлический градиент);

k_f – коэффициент фильтрации.

Численно коэффициент фильтрации равен объему воды, протекающему в 1с через поперечное сечение площадью 1 см³ при гидравлическом градиенте I=1. Выражают его в см/с или м/сутки. Коэффициент фильтрации зависит от размеров и форм пор, гранулометрического состава и плотности грунта, температуры воды. Так, например, в песках, обладающих порами крупных размеров, фильтрация воды происходит легче и быстрее, чем в глинистых грунтах, которые имеют большое количество пор очень малого поперечного сечения. Поэтому коэффициент фильтрации для песчаных грунтов в среднем значительно больше, чем для глинистых. Таким образом, коэффициент фильтрации количество характеризует водопроницаемость грунтов.

Коэффициент фильтрации используется при расчетах скорости уплотнения грунтов под нагрузкой, подсчете запасов подземных вод, определении притока воды в строительные котлованы, проектирование водоотводных и дренажных сооружений и других аналогичных расчетах.

Ориентировочные значения коэффициентов фильтрации

k_f ,см/с (i – любое число от 1 до 9)

Коэффициент фильтрации может быть определен в лаборатории с помощью специальных приборов на образцах естественной или нарушенной структуры и косвенным путем – по гранулометрическому составу и пористости грунтов или по времени уплотнения грунта при данной нагрузке.

Прибор КФ-ООМ (рис. 8) предназначен для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов с нарушенной структурой при различных напорных градиентах от 0 до 1. Испытание производят путем пропуска воды через грунт сверху вниз при заданном градиенте напора, причем образец грунта предварительно насыщают водой снизу вверх.

При испытании песчаных грунтов нарушенной структуры рекомендуется коэффициент фильтрации определять дважды: при рыхлом их сложении и при максимально плотном. В учебных целях определение коэффициента фильтрации k_f производится только в рыхлом состоянии.

Если требуется определить k_f грунтов с ненарушенной структурой, то с цилиндра снимается дно, и он в вертикальном положении задавливается непосредственно в грунт.

Рис. 8. Прибор КФ-ООМ

Содержание работы

1. Из корпуса прибора вынуть цилиндр и разобрать его.

2. Налить в корпус прибора воду и вращением подъемного винта поднять подставку в крайнее верхнее положение.

3. Надеть на цилиндр дно с латунной сеткой, покрытой кружном марли.

4. Цилиндр с дном и латунной сеткой заполнить песчаным грунтом в предельно рыхлом состоянии путем насыпания грунта с высоту 5-10 см без уплотнения.

5. Поместить на грунт латунную сетку, надеть на цилиндр муфту, установить цилиндр на подставку, вращением подъемного винта медленно погрузить его в воду в крайнее нижнее положение и оставить в этом положении на 15 мин. до полного увлажнения грунта. При этом поддерживать уровень воды у верхнего края корпуса.

6. Вращением подъемного винта установить цилиндр с грунтом до совмещения отметки необходимого градиента напора (в первом опыте I=1.0) на планке с верхним краем крышки корпуса и долить воду в корпус до верхнего его края.

7. Замерить температуру воды.

8. Заполнить мерный стеклянный баллон водой и, закрывая большим пальцем его отверстие, опрокинуть отверстие вниз, поднести, возможно, ближе к цилиндру с грунтом и, отнимая палец, быстро вставить в муфту цилиндра так, чтобы горлышко баллона соприкасалось с латунной сеткой, а в баллон равномерно поднимались мелкие пузырь воздуха. Если в мерный баллон прорываются крупные пузырьки воздуха, необходимо сильнее прижать его к латунной сетке, добившись появления мелких пузырьков: в таком виде мерный баллон автоматически поддерживается над грунтом постоянный уровень воды в 1-2 мм, обеспечивая постоянство градиента напора.

9. Отметить время, когда уровень воды достигнет деления шкалы мерного баллона, отмеченного цифрой 10 (или 20) см³, принять это время за начало фильтрации воды.

10. Зафиксировать время, когда уровень воды достигнет соответственно делений 20, 30 (или 30, 40) см³ или других кратных значений. Сделать два отсчета. Записать результаты в журнал (форма 16).

11. Вычислить для двух измерений коэффициент фильтрации грунта k_f10, м/сутки, приведенный к условиям фильтрации при температуре 10°С, по формуле:

(27)

где V_w – объем профильтрованной, см³;

t – продолжительность фильтрации, с;

А – площадь поперечного сечения цилиндра, см² (А=25 см²);

I – градиент напора;

Т=(0.7+0.03*Т_w) – поправка для приведения коэффициента фильтрации к условиям фильтрации воды при температуре 10°С;

Т_w – фактическая температура воды при испытании, °С;

864 – переводной коэффициент (из см/с в м/сутки).

Записать результаты в журнал (форма 16).

12. Определить коэффициент фильтрации k_f10 при градиентах напора I=0.8 и I=0.6. Записать результаты в журнал (форма 16).

13. Вычислить коэффициент фильтрации k_f10 , как среднее арифметическое нескольких его определений (форма 16).

РАБОТА 10