Лабораторная работа № 5 водопроницаемость.

Дисперсные грунты как пористая среда способны пропускать жидкость и газы при наличии перепада давления.

Способность грунта пропускать воду называется водопроницаемостью. Водопроницаемость оказывает большое значение на скорость сжатия водонасыщенных грунтов, имеет важное значение при проектировании плотин, дамб, их оснований и других гидротехнических сооружений. Под действием перепада давления вода в порах грунта может перемещаться в любом направлении и с различной скоростью. Скорость напорного движения воды зависит от размеров пор, сопротивлений на пути фильтрации и величины действующих напоров.

Дарси установил закон прямолинейной (ламинарной) фильтрации, по которому

,

где - скорость фильтрации, представляющая собой расход воды в единицу времени через единицу площади поперечного сечения грунта;

- коэффициент фильтрации, имеющий размерность см/с, см/год, м/сут.

- градиент напора или гидравлический уклон.

,

где - разность напоров на пути фильтрации, равном .

Определение коэффициента фильтрации песчаных грунтов

Коэффициент фильтрации определяется с помощью прибора КФ-01, состоящего из фильтрационной трубки и винтового телескопического приспособления, позволяющего регулировать напорный градиент. Прибор предназначен для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов с нарушенной и ненарушенной структурой при постоянном напорном градиенте, равном 1.

Описание прибора

Фильтрационная трубка КФ-01 состоит из металлического плоского цилиндра с заостренными краями, на нижнюю часть которого надевается донышко, а на верхнюю часть – крышка. В донышко и в крышку вставляются латунные сетки. Кроме того, в крышку вставляется стеклянный мерный цилиндр со шкалой (мариоттов сосуд), который закрепляется в ней с помощью пружин.

Ход работы

1. При испытании песчаных грунтов с нарушенной структурой рекомендуется коэффициент фильтрации определить дважды: при рыхлом и плотном сложении. Поэтому наполнение трубки для первого случая производят простым насыпанием грунта до необходимой высоты. Во втором случае наполнение трубки грунтом ведут слоями в 1-2см с легким трамбованием. Для каждого случая производят определение объемной массы грунта.

При опытах с тонкозернистыми песками на дно трубки засыпают буферный слой песка из фракции 0,5-0,25мм на высоту 2-3мм.

Если требуется определить коэффициент фильтрации грунтов с ненарушенной структурой, то снимают донышко с латунной сеткой, цилиндр ставят на горизонтальную поверхность монолита грунта и вдавливают в грунт. После заполнения цилиндра грунт с обоих торцов срезают вровень с краями. Донышко с латунной сеткой снова надевают на цилиндр и трубку ставят в сосуд с водой, о чем судят по изменению цвета грунта в верхнем торце трубки. После этого воду из сосуда сливают, на грунт помещают латунную сетку и надевают крышку.

2. Заполняют мариоттов сосуд водой, предварительно измерив ее температуру, зажимают отверстие сосуда большим пальцем, быстро опрокинув его, вставляют в крышку фильтрационной трубки, чтобы его горлышко соприкасалось с латунной сеткой. В таком виде мерный цилиндр автоматически поддерживает под грунтом постоянный уровень воды в 1-2мм; как только этот уровень вследствие просачивания воды через грунт понизится, в мерный цилиндр прорывается пузырек воздуха и вытесняет оттуда соответствующее количество воды. Этим достигается постоянство напорного градиента.

Если в мерный цилиндр прорываются крупные пузырьки воздуха, то это свидетельствует о том, что горлышко цилиндра не касается латунной сетки и слишком высоко отстоит от поверхности грунта. В этом случае необходимо цилиндр опустить глубже и добиться, чтобы в мерный цилиндр равномерно поднимались мелкие пузырьки воздуха.

3. Отмечают по шкале уровень воды в мерном цилиндре, пускают секундомер по прошествии определенного времени (50-100с для среднезернистых песков; 250-500с для глинистых песков), замечают второй уровень воды в мерном цилиндре, что дает возможность определить расход воды Q, профильтровавшейся через грунт за время t секунд.

Расчет коэффициента фильтрации производят по формуле

, м/сутки,

где - коэффициент фильтрации при t=10C;

- расход воды, мл;

- площадь поперечного сечения трубки,см²;

t - время, с;

-температурная поправка =0,7+0,03С;

t - температура фильтруемой воды;

864 - переводной коэффициент.

Все цифровые данные, полученные при опыте, заносят в таблицу 2. Для облегчения расчета коэффициента фильтрации в таблице 3 даны расчетные данные для постоянного расхода воды =10мл и определенной площади поперечного сечения =25см² в интервале температур от 10 до 30С.

4. Для нахождения с помощью таблицы коэффициента фильтрации нужно:

а) замерить температуру воды, наливаемой в мариоттов сосуд;

б) определить время в секундах, в течении которого через грунт фильтруется 10мл воды;

в) найти по таблице 3 значение , соответствующее замеренной температуре;

г) разделить найденную цифру на время фильтрации.

Таблица 2

№ пп	Уровень воды		Расход воды, мл Q	Время фильтрации, с t	Температура воды, t	Коэффициент фильтрации, м/сутки
	в начале	в конце

Среднее значение коэффициента фильтрации

, м/сутки

где n – число определений коэффициента фильтрации.

Расчетные данные для определения коэффициента фильтрации в приборе при =25см² и =10см³

№ пп	t		№ пп	t		№ пп	t
1	10	345,6	8	17	285,6	15	24	234,4
2	11	335,5	9	18	278,6	16	25	238,3
3	12	325,9	10	19	272,1	17	26	233,5
4	13	317,0	11	20	265,8	18	27	228,8
5	14	308,6	12	21	259,8	19	28	224,3
6	15	300,4	13	22	254,1	20	29	220,1
7	16	292,9	14	23	248,6	21	30	215,9