1746
.pdfПосле появления воды в трубке над слоем гравия доливают воду в верхнюю часть трубки примерно на 1/3 её высоты.
Извлекают стакан с трубкой из ёмкости, устанавливают её на поддон. В этом случае начальный градиент напора воды в образце грунта равен единице.
Проведение испытания Испытания проводят в следующем порядке:
доливают воды в трубку не менее чем на 5 мм выше нулевого деления;
при вытекании воды через перфорированное дно определяют с по-
мощью секундомера падение уровня воды в пьезометре от 0 до 50 мм.
Указанную операцию повторяют не менее 4 раз, каждый раз доливая воду в трубку на 5 мм выше нулевого деления. В расчет принимают среднее время падения уровня воды. В случае отклонений отдельных отсчетов от среднеарифметического значения более чем на 10 % следует увеличить число определений.
При времени падения уровня воды в пьезометре более 2 мин допускается уменьшить высоту падения уровня. При времени падения уровня воды более 10 мин допускается проводить испытание при градиенте напора, равном 2. В этом случае трубку с подставкой извлекают из стакана и ставят непосредственно на поддон.
В течение всего испытания не допускается снижение уровня воды в трубке ниже слоя гравия.
Разность между плотностью сухого грунта в трубке di и максимальной плотностью d max, не должна превышать 0,02 г/см3. В противном случае испытания повторяют.
Плотность сухого грунта в трубке di ,г/см3, вычисляют по формуле
di |
|
mi |
, |
(7) |
V (1 W ) |
||||
|
i |
i |
|
|
где Vi − фактический объём грунта в трубке, см3; Wi −фактическая влажность грунта в трубке, доли.
Обработка результатов испытаний
Коэффициент фильтрации грунта Kф10 , м/сут, приведённый к условиям фильтрации при температуре 10 0С, вычисляют по формуле
|
10 |
|
h |
|
|
S |
|
|
864 |
|
|
|
K |
|
|
|
|
|
, |
(8) |
|||||
ф |
|
|
|
|||||||||
t |
|
H0 |
|
T |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13
где h − высота образца грунта в трубке, см; t – время падения уровня воды, с; S − наблюдаемое падение уровня воды в пьезометре, отсчитанное от первоначального уровня, см; H0 − начальный напор, см; (S/H0)− безразмерный коэффициент, определяемый по табл. 3; T − поправка для приведения значения коэффициента фильтрации к условиям фильтрации воды при температуре 10 0С, рассчитываемая по формуле (3); 864 − переводной коэффициент (из см/с в м/сут).
Количество частных определений коэффициента фильтрации должно быть не менее трех.
Таблица 3
|
|
S |
|
|
Значения безразмерного коэффициента φ |
|
|
||
|
||||
|
H0 |
|
||
|
|
|
|
S |
|
|
|
S |
|
|
|
S |
|
|
|
H0 |
|
H0 |
|
H0 |
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
0,01 |
0,010 |
0,34 |
0,416 |
0,67 |
1,109 |
||||||
0,02 |
0,020 |
0,35 |
0,431 |
0,68 |
1,139 |
||||||
0,03 |
0,030 |
0,36 |
0,446 |
0,69 |
1,172 |
||||||
0,04 |
0,040 |
0,37 |
0,462 |
0,70 |
1,204 |
||||||
0,05 |
0,051 |
0,38 |
0,478 |
0,71 |
1,238 |
||||||
0,06 |
0,062 |
0,39 |
0,494 |
0,72 |
1,273 |
||||||
0,07 |
0,073 |
0,40 |
0,510 |
0,73 |
1,309 |
||||||
0,08 |
0,083 |
0,41 |
0,527 |
0,74 |
1,347 |
||||||
0,09 |
0,094 |
0,42 |
0,545 |
0,75 |
1,386 |
||||||
0,10 |
0,105 |
0,46 |
0,562 |
0,76 |
1,427 |
||||||
0,11 |
0,117 |
0,44 |
0,580 |
0,77 |
1,470 |
||||||
0,12 |
0,128 |
0,45 |
0,598 |
0,78 |
1,514 |
||||||
0,13 |
0,139 |
0,46 |
0,616 |
0,79 |
1,561 |
||||||
0,14 |
0,151 |
0,47 |
0,635 |
0,80 |
1,609 |
||||||
015 |
|
0,163 |
0,48 |
0,654 |
0,81 |
1,661 |
|||||
016 |
|
0,174 |
0,49 |
0,673 |
0,82 |
1,715 |
|||||
0,17 |
0,186 |
0,50 |
0,693 |
0,83 |
1,771 |
||||||
0,18 |
0,196 |
0,51 |
0,713 |
0,84 |
1,833 |
||||||
0,19 |
0,210 |
0,52 |
0,734 |
0,85 |
1,897 |
||||||
0,20 |
0,223 |
0,53 |
0,755 |
0,86 |
1,966 |
||||||
0,21 |
0,236 |
0,54 |
0,777 |
0,87 |
2,040 |
||||||
0,22 |
0,248 |
0,55 |
0,799 |
0,88 |
2,120 |
||||||
0,23 |
0,261 |
0,56 |
0,821 |
0,89 |
2,207 |
||||||
0,24 |
0,274 |
0,57 |
0,844 |
0,90 |
2,303 |
||||||
0,25 |
0,288 |
0,58 |
0,868 |
0,91 |
2,408 |
||||||
0,26 |
0,301 |
0,59 |
0,892 |
0,92 |
2,526 |
||||||
0,27 |
0,315 |
0,60 |
0,916 |
0,93 |
2,659 |
||||||
0,28 |
0,329 |
0,61 |
0,941 |
0,94 |
2,813 |
||||||
0,29 |
0,346 |
0,62 |
0,967 |
0,95 |
2,996 |
||||||
0,30 |
0,357 |
0,63 |
0,994 |
0,96 |
3,219 |
||||||
0,31 |
0,371 |
0,64 |
1,022 |
0,97 |
3,507 |
||||||
0,32 |
0,385 |
0,65 |
1,050 |
0,98 |
3,912 |
||||||
0,33 |
0,400 |
0,66 |
1,079 |
0,99 |
4,605 |
||||||
14
Пример обработки результатов испытаний Исходные данные и результаты испытаний заносятся с 1 по 6 столбец в
табл. 4.
Таблица 4
Журнал для определения коэффициента фильтрации песка
№ |
h, см |
S, см |
H0, |
t, с |
Tф, 0С |
T |
S |
|
φ |
|
Kф10, |
|
|
10 |
|
|
|
||||||||||||
испы- |
|
|
см |
|
|
|
H0 |
|
S |
|
м/сут |
|
Kф , |
|
тания |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м/сут |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
H0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
9 |
|
10 |
11 |
||
1 |
10 |
2,5 |
10 |
120 |
20,0 |
1,300 |
0,25 |
0,288 |
15,95 |
22,19 |
||||
2 |
10 |
3,0 |
10 |
100 |
19,0 |
1,270 |
0,30 |
0,357 |
24,29 |
|||||
3 |
10 |
3,5 |
10 |
110 |
19,5 |
1,285 |
0,35 |
0,431 |
26,34 |
|
|
|
||
Рассчитывается по формуле (3) величина поправки Т для приведения значения коэффициента фильтрации к условиям фильтрации при температуре 10 0С. Например, для первого испытания Т=0,7+0,3·20=1,300. Результаты расчетов заносятся в 7 столбец табл. 4.
Определяется по табл.3 коэффициент φ( Ѕ/H0 ), значения которого заносятся в 9 столбец табл. 4.
По формуле (8) рассчитываются значения коэффициентов фильтрации, которые заносятся в 10 столбец табл. 4. Например, для первого испытания
Kф101 10 0,288864 15,95м/сут. 120 1,3
Определяется среднеарифметическое значение коэффициента фильтрации по формуле (4):
K10 1 15,95 24,29 26,34 22,19м/сут, 3
которое заносится в 11 столбец табл. 4.
Вывод: расчетное значение коэффициента фильтрации песка составляет
Kфр10 22,19м/сут.
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.
15
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
свысоты 30 см (рис. 4).
Вподдон 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.
16
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
17
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 Тн 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 Tк .
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 Kф10, м/сут, приведенный к условиям фильтрации при температуре 10 0С, вычисляют по формуле
10 |
|
864 V |
|
|
Kф |
|
|
, |
(7) |
|
||||
|
|
tATJ |
|
|
где V − объем профильтровавшейся воды при одном замере, см3; tm− продолжительность фильтрации, с; А − площадь поперечного сечения фильт-
18
рационного 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. Опреде-
ляется значение температуры в период фильтрации Tф как среднее между
Tфн и Tфk .
Таблица 5
Журнал для определения коэффициента фильтрации песка
№ испы- |
V, |
T, с |
А, |
Ј |
Tфн , |
TфК , |
Tф |
T |
10 |
|
|
|
|
|
||||
, |
|
K |
10 |
, |
||||||||||||||
тания |
см |
3 |
|
см |
2 |
|
0 |
С |
0 |
С |
|
|
Kф |
|
ф |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
м/сут |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м/сут |
|||||
1 |
2 |
|
3 |
4 |
|
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
11 |
|
|||
1 |
6 |
|
115 |
40 |
1 |
20 |
21 |
20,5 |
1,315 |
0,85 |
|
|
0,95 |
|
||||
2 |
8 |
|
125 |
40 |
1 |
21 |
22 |
21,5 |
1,345 |
1,03 |
|
|
|
|||||
3 |
7 |
|
120 |
40 |
1 |
20 |
21 |
20,5 |
1,315 |
0,96 |
|
|
|
|
|
|||
Рассчитывается по формуле (3) величина поправки Т для приведения значения коэффициента фильтрации к условиям фильтрации при температуре 10 0С. Например, для первого испытания Т = 0,7 + 0,3 · 20,5 = =1,315. Результаты расчетов заносятся в 9 столбец табл.5.
По формуле (7) рассчитываются значения коэффициентов фильтрации в каждом испытании, которые заносятся в столбец 10 табл. 5. Например, для первого испытания
Kф101 |
864 |
6 |
м/сут. |
(8) |
|
|
|
0,85 |
|||
115 40 |
|
||||
|
1,351 1 |
|
|
||
Определяется среднеарифметическое значение коэффициента фильтрации по формуле (4):
|
10ф |
1 |
|
0,85 1,03 0,96 0,95 м/сут, |
(9) |
|
K |
||||||
|
||||||
3 |
|
|
||||
которое заносится в 11 столбец табл. 5.
Вывод: расчетное значение коэффициента фильтрации песка составляет
Kфр10 0,95 м/сут.
19
4. Определение коэффициента фильтрации глинистых грунтов в компрессионном приборе полевой лаборатории ПЛЛ-9
Метод распространяется на определение коэффициента фильтрации глинистых грунтов на образцах как ненарушенного (природного), так и нарушенного сложения.
Необходимое оборудование и приборы Компрессионный прибор из комплекта полевой лаборатории ПЛЛ-9;
воронка; сосуд для слива воды вместимостью 1 л; секундомер; термометр.
Подготовка к испытанию Компрессионный прибор (рис. 5) закре-
пляют с помощью струбцины на горизонтальной поверхности. На верхней части прибора устанавливают телескопическую стойку 1, которую раздвигают таким образом, чтобы расстояние от верхней черты на стеклянной трубке 2 под воронкой 3 до оси верхней выводной трубки 4 из компрессионного прибора равнялось заданному напору Н, см.
Рис. 5. Схема полевого компрессионного прибора: 1 – телескопическая стойка; 2 – стеклянная трубка; 3 – воронка; 4 – верхняя выводная трубка; 5 – образец грунта; 6 – нижняя выводная трубка.
Затем компрессионную гильзу с образцом грунта устанавливают в прибор. При этом с помощью пластилина должно быть обеспечено герметичное соединение торцов кольца с нижней и верхней частями прибора.
После установки образца из нижней части прибора удаляют воздух, пропуская через нее воду, заливаемую в воронку ( при открытой выводной трубке 6 в нижней части прибора). Затем при помощи зажима выводную трубку закрывают, а воронку доливают водой доверху и увлажняют испытуемый образец, пропуская воду снизу вверх до полного насыщения грунта. Об этом будет свидетельствовать появление воды в верхней части прибора. Во время проведения испытания необходимо произвести измерение температуры воды.
20
|
Значения коэффициента Б (h/H) в формуле (10) |
Таблица 6 |
||
|
|
|||
|
|
|
|
|
Понижение |
Начальная |
высота напора |
воды, Н, см |
|
уровня воды |
|
|
|
|
h, см |
|
|
|
|
|
30 |
40 |
50 |
60 |
1 |
0,03391 |
0,02532 |
0,02021 |
0,01681 |
2 |
0,06899 |
0,05130 |
0,04083 |
0,03391 |
3 |
0,10537 |
0,07790 |
0,06188 |
0,05130 |
4 |
0,14311 |
0,10537 |
0,08339 |
0,06899 |
5 |
0,18233 |
0,13354 |
0,10537 |
0,08701 |
6 |
0,22315 |
0,16252 |
0,12784 |
0,10537 |
7 |
0,26571 |
0,19238 |
0,15083 |
0,12405 |
8 |
0,31016 |
0,22315 |
0,17436 |
0,14311 |
9 |
0,35668 |
0,25490 |
0,19846 |
0,16252 |
10 |
0,40547 |
0,28769 |
0,22315 |
0,18233 |
Проведение испытания С помощью рычажного устройства прикладывают к образцу заданную
вертикальную нагрузку и выдерживают под ней образец до условной стабилизации осадки.
Затем открывают кран воронки 3 и подвергают образец напорной фильтрации при заданной высоте напора Н, см, отсчитывая его от верхней выводной трубки и отмечая с помощью секундомера время t, с, в течение которого уровень воды в трубке понизится на определенную величину h, см, например, 5 или 10 см. Повторность испытания с образцом должна быть не менее трех.
Обработка результатов испытаний
Коэффициент фильтрации грунта Kф10, м/сут, приведенный к условиям фильтрации при температуре 10 0С, вычисляют по формуле
Kф10 13,52Б /(tT). |
(10) |
В формуле (10) обозначено: Б(h/H)− коэффициент, зависящий от отношения понижения уровня воды в трубке h к начальной высоте напора Н следующим образом ( табл. 6):
Б(h/H) [ ln(1 h/H)],
где t – продолжительность опыта, с; Т – поправка для приведения значения коэффициента фильтрации воды при температуре 10 0С, рассчитываемая по формуле (3).
21
Пример обработки результатов испытаний Измеренные значения параметров испытаний заносят с 1 по 5 столбец
в табл. 7.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 7 |
||
|
Журнал для определения коэффициента фильтрации глины |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ испы- |
Н, см |
h, см |
t, с |
TФ, 0С |
T |
Б |
10 |
2 |
, |
|
|
10 |
|
||||||||||||
тания |
|
|
|
|
|
|
Kфi∙10 |
|
|
Kф ∙102, |
||
|
|
|
|
|
|
м/сут |
|
|
|
м/сут |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
9 |
||
1 |
30 |
5 |
300 |
18,0 |
1,240 |
0,18233 |
0,66 |
|
|
0,74 |
||
2 |
30 |
5 |
270 |
18,5 |
1,255 |
0,18233 |
0,73 |
|
|
|||
3 |
30 |
5 |
240 |
17,5 |
1,255 |
0,18233 |
0,84 |
|
|
|
|
|
Рассчитывается по формуле (3) величина поправки Т для приведения значения коэффициента фильтрации к условиям фильтрации при температуре 10 0С. Например, для первого испытания Т = 0,7+0,3·18=1,240. Результаты расчетов заносятся в 6 столбец табл.7. По табл.6 при Н=30 см и h = 5 см определяется коэффициент Б = 0,18233 и заносится в 7 столбец табл.7. По формуле (8) для каждого испытания рассчитывается значение коэффициента фильтрации, которое заносится в столбец 8. Например, для первого испытания
Kф101 13,52 0,18233/ 300 1,240 0,66 10 2 .
Определяется среднеарифметическое значение коэффициента фильтрации по формуле (4):
K10ф 1 0,66 0,73 0,8410 2 0,74 10 2 м/сут, 3
которое заносится в 9 столбец табл. 7.
Вывод: расчетное значение коэффициента фильтрации глины составля-
ет Kф10p 0,74 10 2, м/сут. Согласно табл. 2 грунт слабоводопроницаемый.
5. Вопросы для защиты лабораторной работы
1.Какова цель выполненной лабораторной работы?
2.Какова последовательность определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов в выполненной работе?
3.Каково минимальное число определения частных значений коэффициента фильтрации?
4.Какой прибор использован для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов?
22