3. Определение коэффициента фильтрации песчаных грунтов

в приборе ПКФ–3 Союздорнии

Согласно ГОСТ 25584 1 метод распространяется на определение коэффициента фильтрации песчаных грунтов на образцах ненарушенного (природного) или нарушенного сложения. Для вычисления коэффициента фильтрации песчаных грунтов ненарушенного сложения следует применять образцы, высушенные до воздушно-сухого состояния.

Необходимое оборудование и приборы:

Прибор ПКФ–3 (рис.3); уплотнитель (рис.4); сито с отверстиями диаметром 5 мм по ГОСТ 6613; емкость для воды вместимостью 8…10 л; термометр с погрешностью измерения не более 0,5 ⁰С по ГОСТ 28498; секундомер; нож; лопатка; марлевая прокладка.

Подготовка к испытанию

Перед началом испытания прибор ПКФ–3 разбирается.

Для определения коэффициента фильтрации песчаного грунта его предварительно высушивают на воздухе до воздушно-сухого состояния, а затем просеивают через сито.

Просеянный песок перемешивают и распределяют слоем 2…3 см на листе плотной бумаги или фанеры, делят поверхность слоя на кварты, проводя ножом в продольном и поперечном направлениях полосы, и отбирают из каждого квадрата равное количество песка для средней пробы массой не менее 0,9 кг.

Отобранную среднюю пробу песка помещают в чашку, увлажняют водой из расчета 8 % (по массе), покрывают влажной тканью и помещают в эксикатор с водой не менее чем на 2 часа (для равномерного смачивания песка и набухания пылеватых и глинистых частиц). При проведении лабораторной работы 2-часовое ожидание не проводится.

Определение коэффициента фильтрации песчаных грунтов нарушенного сложения производят после предварительного их уплотнения в цилиндре фильтрационной трубки прибора (см.рис.4) до заданной плотности.

Грунт уплотняется в 3 слоя. Каждый слой уплотняется 25 ударами гири с высоты 30 см (рис. 4).

В поддон 2 с латунной сеткой помещают кружочек марли диаметром, равным внутреннему диаметру поддона, вставляют цилиндр заостренным торцом в поддон так, чтобы заостренный торец плотно прилегал к его донышку. Затем поддон переносится на жесткое основание.

На бортик фильтрационного цилиндра 1 надевают кольцо-насадку и укладывают перемешанный песок в цилиндр 1 слоем толщиной 4 см. С помощью трамбовки (рис. 4) производят уплотнение уложенного слоя.

После уплотнения первого слоя песка, взрыхлив ножом его поверхность на глубину 1…2 мм, в цилиндр засыпают второй слой песка такой же толщины, что и первый, и снова уплотняют. Аналогично поступают и с третьим слоем.

Окончив уплотнение верхнего слоя, насадку снимают и выступающий грунт срезают ножом заподлицо с верхней кромкой.

Рис. 3. Схема прибора ПКФ-3 Союздорнии Рис.4. Схема уплотнителя:

для определения фильтрации песчаных 1 – поддон; 2 – сетка; 3 – цилиндр

грунтов: 1 – цилиндр фильтрационной трубки фильтрационной трубки прибора;

прибора; 2 – поддон; 3 – сетка, 4 – сито; 4 – гиря ударная

5 – мерный сосуд; 6 – поплавок; 7 – подставка;

8 – корпус прибора; 9 – подъемный винт;

10 – шкала гидравлического градиента

со стрелкой-указателем; 11 – втулка;

12 – винтовое телескопическое приспособление

Проведение испытания

Цилиндр с образцом песка помещают на подставку 7 телескопического приспособления и медленно погружают с помощью штурвала 9 в воду, содержащуюся в корпусе 1 до отметки 0,8 шкалы гидравлического градиента для насыщения песка водой. Об этом судят по изменению его окраски.

На бортик цилиндра надевают сито, а затем плотно насаживают мерный сосуд 5. Поддон 2 с фильтрационным цилиндром опускают в крайнее положение – до совмещения отметки О шкалы.

При появлении воды в камере мерного сосуда под ситом очищают отверстие в камере и осторожно заполняют водой резервуар мерного сосуда. Для медленно фильтрующих песков (мелкозернистых и глинистых) воду в резервуар следует наливать до отметки 90 на шкале резервуара, т.к. при полном заполнении его водой поплавок 6 не сможет удержать столба воды в резервуаре.

Вращая подъемный винт, устанавливают подставку в фильтрационном цилиндре на значение гидравлического градиента 1, одновременно поддерживая постоянный уровень воды у верхнего края корпуса, чтобы не произошло отрыва нижней поверхности образца песка от воды ( в таком положении уровень воды должен быть в течение всего опыта). Затем замеряют температуру воды Т_н с точностью до 0,5 ⁰С и замечают на шкале резервуара мерного сосуда её уровень, одновременно включая секундомер. По истечении определенного времени t (20…100 с для медленно фильтрующих песков) отмечают второй уровень воды в резервуаре (замечая время, как и в первом случае), что дает возможность определить объем воды V, см³, профильтровавшейся через песок за время t, с. В конце опыта необходимо замерить температуру воды в сосуде T_к .

Опыт проводят не менее 3-х раз.

Описанным методом определяют коэффициент фильтрации при гидравлическом градиенте, изменяющемся от 0,1 до 1. Для медленно фильтрующих песков ( для которых за 60 с расход воды на фильтрацию не превышает 10 см³ ) испытание следует проводить при гидравлическом градиенте, равном 1.

Обработка результатов испытаний

Коэффициент фильтрации грунта , м/сут, приведенный к условиям фильтрации при температуре 10 ⁰С, вычисляют по формуле

, (7)

где V − объем профильтровавшейся воды при одном замере, см³; t_m− продолжительность фильтрации, с; А − площадь поперечного сечения фильтрационного цилиндра, см²; Т − поправка для приведения значения коэффициента фильтрации к условиям фильтрации воды при температуре 10 ⁰С, рассчитывается по формуле (3); 864 − переводной коэффициент (из см/с в м/сут).

Вычисления проводят с точностью до второго знака после запятой.

Пример обработки результатов испытаний

Исходные данные и результаты испытаний заносятся в табл.5. Определяется значение температуры в период фильтрации как среднее между и .

Таблица 5