Экспериментальное определение фильтрационных свойств песчаных грунтов в трубке СПЕЦГЕО

Водонепроницаемость пород, то есть способность пропускать воду, зависит от размера пустот, трещин. При одинаковой пористости водонепроницаемость обратно пропорциональна удельной боковой поверхности пор породы. Удельная поверхность возрастает с уменьшение эффективного диаметра частиц, зависит от неоднородности и содержания глинистого вещества. Гидравлические методы оценки пористости основаны на измерении объема профильтровавшейся воды через единичное сечение породы за определенный отрезок времени. В лабораторных установках для измерения интенсивности фильтрационного потока обычно используют ламинарные параллельноструйчатые потоки жидкости, без разрывов, пульсаций, подчиняющиеся закону Дарси.

Закон Дарси экспериментально устанавливает линейную зависимость между скоростью фильтрации V и градиентом упора J, обуславливающего фильтрационный поток.

V=K*J,

где K - коэффициент фильтрации.

Гидравлический градиент:

J=(H₁-H₂)/(X₁-X₂)=d_h/d_x

Если J=1, то V=K, то есть единицы измерения коэффициента фильтрации и скорости фильтрации одинаковы.

Скорость фильтрации V определяется как расход фильтрационного потока Q через единичную поверхность F:

V=Q/F

Расход потока измеряется в м³/сут, см³/с. Если площади потока измеряются в м³ или см³, то скорость фильтрации будет измеряться м/сут или см/сек. Такова же единица измерения и коэффициента фильтрации.

Вязкость воды изменяется в зависимости от температуры, поэтому необходимо полученные в результате опытов значения коэффициента фильтрации приводить к одной температуре, то есть к 10⁰С. Это осуществляется введением температурной поправки,

τ = 0,7-0,003*t⁰

тогда приведенный к 10⁰С коэффициент фильтрации определим так:

K10=Kt/τ=Q/(F*J*τ)=V/(F*J*t*τ)

где V - объем профильтровавшейся воды за время t (сут.,с), м³ или см³.

В зависимости от значений коэффициента фильтраций фунты классифицируются на следующие:

1. Водонепроницаемые (К<0,001 м/сут - глины, аргилитты, суглинки).

2. Слабопроницаемые (0,001<К<0,01 - глинистые пески, суглинки).

3. Полупроницаемые (0,01<К<0,2 - супеси, легкие суглинки).

4. Водопроницаемые (0,5<К).

Трубка СПЕЦГЕО состоит из мерного сосуда Мариотта 1, металлического цилиндра 2, в который засыпается исследуемый грунт, закрывающегося сверху и снизу крышками 3 и 4 с галунными сетками, через которые свободно проходит вода; крышки имеют резиновый уплотнитель.

Сосуд Мариотта заполняется водой и устанавливается на верхнюю крышку отверстием вниз. Если уровень воды понижается, то поверхностным натяжением перекрывается поступление воздуха в сосуд. Как только вследствие инфильтрации воды в песке уровень понизится, происходит снижение уровня воды в сосуде Мариотта, напор цилиндре остается постоянным.

Количество профильтровавшейся воды V в определенный отрезок времени t определяется по шкале, нанесенной на поверхность сосуда Мариотта, одно деление которой соответствует 1см. Поперечное сечение цилиндра с пробой грунта = 25 см(обозначено на верхней поверхности).

Порядок выполнения работы:

На металлическую трубку 2 надевают крышку и засыпают песок небольшими порциями, уплотняя через каждые 2 см.

Запаленный песком до верхнего края обреза цилиндр устанавливается в банку с водой для насыщения грунта водой снизу вверх(по капиллярам). Замачивание наливом сверху недопустимо. так как при этом возможно защемление в порах пузырей воздуха и уменьшение площади сечения потока, что искажает результаты измерений.

После пропитывания водой поверхности пробы трубка заполняется песком на уровне верхнего среза и закрывается верхней крышкой.

Установив пробу в банку для сбора профильтровавшейся жидкости, полностью заполняют сосуд Мариотта водой и, закрыв указательным пальцем отверстие, быстро опрокидывают и устанавливают отверстием вниз в пружинных зажимных крышки.

Фильтрация начинается с момента появления первых мелких пузырьков воздуха. После снижения уровня воды в мерном сосуде на 5-10 делений можно приступить к производству первых замеров. Рекомендуется записывать время просачивания 10 или 20 см воды. При этом последовательно производятся 3-4 замера (например, время прохождения между делениями 90-70, 70-50, 50-30 и тд).

Если разница в расчетах не превышает 10%, то такие измерения считаются качественными, если расхождение больше, то опыт повторяется.

Ниже на фотографиях 4.3-4.4 показано экспериментальное определение фильтрационных свойств песчаных грунтов.

Рисунок 5.3 Экспериментальное определение фильтрационных свойств песчаных грунтов в трубке СПЕЦГЕО

Рисунок 5.4 Экспериментальное определение фильтрационных свойств песчаных грунтов в трубке СПЕЦГЕО

Рисунок 5.5 Лабораторная 1

Рисунок 5.6 Лабораторная 2