Определение коэффициента фильтрации грунта

Водопроницаемость – способность грунта пропускать сквозь себя воду. Численно водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации грунта k_Ф, который определяется линейным соотношением между скоростью фильтрации υ (средняя скорость течения воды, отнесенная к поперечному сечению фильтрующего грунта) и гидравлическим градиентом J (отношение напора к длине пути фильтрации) при условии ламинарного характера течения воды, подчиняющегося закону Дарси.

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

, [13]

где k_Ф- коэффициент водопроницаемости (фильтрации);

J – гидравлический уклон (градиент), равный отношению потери напора ΔН к длине фильтрации :

. [14]

Скорость фильтрации определяется откуда ,

при J=1 получается , поэтому единица измерения коэффициента фильтрации: см/с, м/сут, см/год. При k_Ф=10^-6 см/с грунты практически считаются водоупором.

Существует несколько выводов определения величины k_Ф, которые объединили в три группы : полевые, лабораторные и по эмпирическим формулам. При лабораторных исследований k_Ф для песков и глин определяется с помощью приборов, а именно прибор КФ-01 (рис.4).

Рис. 4. Схематичный 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.

Определение k_Ф для пылевато-глинистых грунтов производится одометром (компрессионного прибора) по рекомендациям ГОСТ 25584-90 (1999) «Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации».

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

Методика определения.

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

2) Вставить трубку упорным дном во внешний стакан 7 на кольцевую подставку, соединенную со шкалой напорного градиента 10. Винтом 9 установить напорный градиент, следя за совмещением соответствующего деления на шкале 10 с верхом внешнего стакана. Заполнить внешний стакан водой и поставить на тарелку.

3) В течении 3-4 минут небольшими порциями налить воду на верхнюю сетку 3, пока вода не начнет выливаться из внешнего стакана. Значит 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 опрокинуть, вставить в муфту 2 до соприкосновения с сеткой 3. В таком виде баллон поддерживает над грунтом постоянный уровень воды в 1-2 мм. Этим достигается постоянство напорного градиента.

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

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

7) Вылить воду из мерного баллона. И определить значения k₁ по таблице №2 на странице 29 методических указаний к выполнению лабораторных работ «Физико-механические характеристики нескальных грунтов» или по формуле:

[15]

где Q - расход воды, равный 10 мл;

А – площадь поперечного сечения цилиндра, равная 25 см²;

J – напорный градиент;

τ – температурная поправка (0,7+0,03t˚);

t˚- температура фильтрующей воды, ˚С;

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

8) Определить коэффициент фильтрации k_Ф, м/сут:

[16]

где t – время фильтрации, с.

За величину k_Ф принять среднее арифметическое значение из полученных результатов. Результат сравнить с величинами, представленными в таблице 1 на странице 27 методических указаний к выполнению лабораторных работ «Физико-механические характеристики нескальных грунтов».

Лабораторная работа №8