книги из ГПНТБ / Булычев, В. Г. Механика дисперсных грунтов

Пористость

4 1

4 3

4 5

4 7

0 ,0 5 3 3 9

0 ,0 6 2 6 7

0 ,0 7 2 9 5

0 ,0 8 4 5 5

Формула Крюгера

имеет вид:

1,44

•

10®

- ~ у /

м/сутки,

(31)

где

—скорость при температуре

18°С;

П -пористость грунта,

выраженная

объемом

пор

F

в 1

см3 грунта;

-

суммарная

поверхность (в

см^)

частиц

в

1 см3

грунта считая, что в пределах каждой

фракции все зерна шаровой формы

одинаково­

го среднего диаметра

(табл. 6 ).

Т а б л и ц а 6

Значения суммарной поверхности частиц грунта

Фракция

В мм

Средний диаметр

Суммарная

по­

в мм

верхность

час­

тиц в

1 см3

гоѵнта

2

в см^

От 0 ,0 0 1 ДО 0 ,0 1

0 ,0 0 5

1 2 0 0 0

" 0 ,0 1

!/

0 ,0 5

0 ,0 3

2 0 0 0

"

0 ,0 5

п

0,1

0 ,0 7 5

'

800

"

0,1

Г/

0 ,2

0 ,1 5

4 0 0

"

0,2

//

0 ,5

0 ,3 5

170

'

0,5

!Г

1

0 ,7 5

80

"

1

//

2

1,5

40

"

2

tf

3

2,5

20

О расходимости результатов, получаемых при

применении

приведенных формул,

можно судить по скорости

фильтрации

для песка с

ЭФ*

=

0 ,1 2 мм

и

а , . =

4,3:

Формула

Скорость фильтрации

в

м/сутки

Хазена

(28)

14,4

Слихтера

(30)

7,1

Крюгера

(31)

7,8

чета коэффициента фильтрации песчаных грунтов

по

данным

гранулометрического состава. Когда необходимы

более точ­

ной структуры,

то в

каждом отдельном случае прибегают к

специальным экспериментам с помощью того или иного

при­

бора.

В принципе все такие приборы исходят из схемы,

предло­

женной Дарси.

Наиболее распространенные из них -

это

при­

боры Дарси, Тима, Каменского и Терцаги.

П р и б о р

Т и м а

имеет два цилиндрических

сосу­

да А и Б

(рис. 23), соединенных между собой

фланцем

В . В месте соединения цилиндров проложена круглая с

от­

верстиями пластина

Г .

При сболчивании фланца с

двух

сторон этой пластины прокладывают листовую резину,

что

обеспечивает водонепроницаемость. Перед заполнением

ци­

верстия в пластине.

Цилиндр А наполняют грунтом нарушенной

структуры при

легком трамбовании, причем на пластине Г поверх

метал­

лической сетки насыпают крупный песок или мелкий

гравий.

Воздух удаляют из грунта снизу через трубку

а ,

посте­

пенно увеличивая напор и пропуская воду до тех пор,

пока

она не начнет сливаться через трубку <Г.

Для

установления потери напора при прохождении

водой

определенных участков

грунта имеются

пьезометрические

трубки

6 . Вытеснив

воздух и, следовательно, заполнив при­

бор

А

водой, меняют направление движения воды на

обрат­

ное,

т.

е. сверху вниз.

Для поДачи воды в прибор подводится

трубка

г .

Измеряя количество воды, прошедшей через грунт в

опре­

деленное время, а также потерю напора,

зная

длину пути и

площадь поперечного сечения образца грунта,

нетрудно

на

цилиндр

А

,

опирающийся на другой цилиндр

Б .

Сверху

на цилиндр

А

плотно надевают сливное

приспособление

В .

Для замера потери напора имеются две

пьезометрические

трубки

а .

Прибор Каменского рассчитан для работы с грунтами

не­

нарушенной структуры, поэтому цилиндр А заполняют

грун­

том, заглубляя цилиндр в естественный

массив.

В

зависи­

мости от обследуемого грунта цилиндр при одном и том

же

диаметре (1 0

см) имеет различную высоту. Если исследует­

Перед погружением в грунт внутренние стенки цилиндра

А

смазывают тавотом.

Собранный прибор заполняется водой и приводится в

дей­

ствие, так

же как и прибор Тима.

Измеряя

расход воды, потерю напора и зная высоту и

по­

П р и б о р

Т е р ц а г и

(рис. 25) состоит

из

сосу­

да

А , на внутренних выступах

Б которого лежит

порис­

тая

бронзовая пластина

В

, покрытая металлической сеткой.

Во время опыта сосуд

А

наполняют водой, кладут

на

место пластину

В с сеткой,

удаляют с сетки

пузырьки

воздуха, насыпают чистый кварцевый песок (диаметр

зерен

0 ,5

мм) и покрывают поверхность песка фильтровальной

бу­

магой. Затем берут кольцо

Г

(на рис. 25 оно

показано

уложенным поверх сосуда), заполняемое на высоту

2

см

исследуемой пластичной глиной,

замешанной в воде.

Кольцо

помощью другого (более низкого) кольца Д и

болтов ^ . З а ­

тем поверхность глины покрывают

бумагой и засыпают пес­

ком. Нагрузка производится

через

штамп

Ж .

Заполненное

водой пространство ниже дырчатой пластинки

3 сообщается

с вертикальной трубкой 3

высотой 100

см,

диаметром

0 ,6 см.

Под действием нагрузки влажность образца

уменьшается и

только тогда, когда установится равновесие,

вертикальную

трубку наполняют водой, которая и фильтрует вверх

через

3 -4 раза в день, Вначале он падает быстро, а потом

все

медленнее. Обычно требуется 4 —6 недель,

чтобы вся

вода

из вертикальной трубки просочилась через

довольно

жирную

толщину и поперечное сечение образца глины, можно

вычис­

лить ее коэффициент фильтрации обычным способом по

фор­

муле Дарси.

но отличает данный прибор от всех описанных ранее,

в

том

числе и от прибора Дарси.

На основании ряда опытов К. Терцаги

предложил

полуэм-

пирические формулы для определения коэффициента

фильтра­

ции песчаных и глинистых грунтов.

Формула для песчаных грунтов имеет вид:

п - 0,13

(32)

'О

“t

п

где

п —пористость;

ъ*а —коэффициент вязкости

воды при 10°С;

Vt - коэффициент вязкости воды при температуре

£°С;

С —эмпирический коэффициент, величина

которого

может изменяться

от

8 0 0 Ѵ9 до

4 6 0

Z/0

;

опыт показал, что величина

8 0 0

Ѵ0 соответст­

вует пескам с округлыми и гладкими

зернами,

величина

же 4 6 0

Ѵ9

относится к пескам

с

зернами неправильной формы и шероховатыми;

эффективный диаметр.

Формула для глинистых грунтов

имеет вид:

где

<г - коэффициент пористости грунта, т. е. отношение

объема пор

к объему скелета; остальные обо­

значения те

же, что и в формуле (32) .

Формула (33) построена для глинистых грунтов в

состоя­

нии "грунтовой массы", т. е. когда все поры заполнены

во­

дой, можно считать, что она связывает влажность

(через

величину

€г ) с

водопроницаемостью.

Для определения величины

, входящей в

формулу

(33), Терцаги предлагает использовать зависимость

водо­

проницаемости от влажности. Для этого достаточно

получить

результат только одного испытания глинистого грунта с

из­

вестным

d 3ф

при определенной влажности, т. е.

его

величину

к , которая может быть использована для

опре­

деления

величины

к при всякой

иной влажности. Это

ука­

раз больше

с/эф другой глины

(

т неизвестно). Предпо­

ложим также, что водопроницаемость глины с

опреде­

ляется по Терцаги формулой:

Л-,-3,314

t°

^

(е -0,15)40,0166 ‘

(34)

Тогда водопроницаемость глины с

тй эф будет:

к г .

â,34. . 0 - ' А

. ( e - o . ' g ) 11«

^ ) „ г .

(35)

сти, благодаря чему можно решить уравнение (35)

относи­

тельно т . Зная же т , можно по формуле (35)

вычер­

тить всю кривую. Последующие опыты должны дать

точки,

ги, указанная зависимость применима только к

однородной

смеси глины с водой. Для глин же комковатого

строения

эти зависимости неприменимы.

Г и д р о д и н а м и ч е с к о е

д а в л е н и е

ф и л ь т р у ю щ е й

в о д ы .

Отличие скорости дви­

массиве грунта объясняется тем, что скелет грунта

оказы­

вает движению препятствия в виде трения или точнее

тор­

грунта

точно такое

же, но противоположное по знаку

дейст­

вие. Поскольку это

явление может иметь место только

в

случае

движения (фильтрации) воды, это давление на

скелет

воды в грунтах, приведем следующие рассуждения1 .

Пред­

ставим себе

массив грунта с дневной поверхностью

Д -

Д

(рис. 26) . Внутри массива на некоторой глубине по

направ­

лению

г - 2

движется поток грунтовой воды. Мысленно

вы­

делим на глубине И

от дневной поверхности

произволь­

ный призматический, расположенный горизонтально

объем

грунта

АБ

длиной

Е и поперечным сечением

и/ .

Г е р с е в а н о в Н .

М . Основы динамики грунтовой

массы.

М.-Л., ОНТИ,

1937 .

6 5

д

д

g c o i = (Л, - h i )

ь) А ,

(36)

преобразовав

которое, получим

или

g~ =

,

(37)

где

g -

гидродинамическое давление воды,

отнесенное

Пользуясь формулой (27), а также уравнением (37),

по­

лучим

5

=

(38)

Таким образом, как видно из формул (37) и

(38), гидро­

динамическое давление в грунтах находится в

зависимости

от пьезометрического

уклона J

и скорости фильтрации V :

чем

больше

J

и чем

больше

V , тем значительнее

гид­

родинамическое

давление.

В практическом отношении гидродинамическое

давление

имеет огромное значение. Устойчивость земляных

сооруже­

ний,

прочность грунтов как основания сооружений,

взвеши­

вание сооружения в части, расположенной ниже

уровня

грун—

. товых вод,

- все эти вопросы неразрывно связаны с

гидро­

пускающих воду, определяется простым замером в шурфе

или

буровой скважине, то для связных грунтов такой замер

со­

вершенно неприменим, так как эти грунты отдают столь

ма­

шурфах и скважинах (глухарь, хлопушка, метод Ранга,

изме­

ритель Стокера, прибор Куната, Тихомирова и др.)

нет ни

одного, который был бы пригоден для связных грунтов.

Не­

целесообразность применения шурфа или скважины с

целью

установления отметки уровня грунтовых вод в связных

грун­

тах может быть проиллюстрирована примером,

приводимым

Н. М. Герсевановым-'- .

Представим себе (рис.

27)

массив грунта с дневной

по­

верхностью Д ~Д .

Линия

С~С , находящаяся на

глубине

Н от дневной поверхности, соответствует уровню

грунтовой

воды в массиве. В произвольном месте массива

отрыт

шурф

с отметкой заложения

h

ниже уровня грунтовых вод.

При

ными радиусами кривизны.

На уровне С - С мениски

будут

плоскими, но чем

ближе к дневной поверхности, тем

они бу­

дут становиться все более и более вогнутыми; по мере

же

удаления от линии

С~С

к отметке заложения шурфа

'-ме­

ниски под влиянием напора в грунтовой воде будут

стано­

виться все более и более выпуклыми.

Таким образом,

вода из

массива грунта только в том

слу­

л

■д

с

с

Рис. 27

Для примера возьмем

более показательный случай,

когда

чения

скважины, заложенной в грунте с жестким

скелетом,

равна

100 см ^. Коэффициент фильтрации

к = 100

см/год.

Пусть скважина заглублена на 1 м ниже

уровня

грунтовых

обходимое для того, чтобы вода заполнила скважину до

от­

метки уровня грунтовых вод.

При среднем пьезометрическом уклоне (градиенте)

J

И

1 _

100

1 _ _L .

L

‘ 2

100 '

Z Z ’

подош­

средняя скорость поступления воды в скважину через

ву будет равна

V = — 100

= 50

см/год .

Следовательно, время, необходимое для заполнения

сква-

жины до отметки уровня грунтовых вод, будет равно

100

■ 100

= 2

года.

50 .

100

Естественно, что такой срок не может

удовлетворить

ис­

следователя, а следовательно,

неудовлетворительным

должен

считаться и самый метод.

В докладе инж. Во

на Международном судоходном

конг­

рессе в Брюсселе в 1935 г.,

приводились указания на

ме­

тод и прибор, примененный в

Гаврском порту для измерения

напора грунтовых вод в мелком неорганическом иле.

Прибор (рис. 28) представляет собой

водонепроницаемую

стальную обсадную трубу

А

, в которую наливается

вода,

же вода не напорная, то соответствующее показание

мано­

метра определяет положение уровня грунтовых вод.

основу этого прибора, его конструкцию все же нельзя

счи­

тать удовлетворительной. Во-первых, ег.о действие

ограниче­

но вакуумом, который немедленно появится в приборе

при

опускании его более чем на 10 м (практически 7 -8 м);

во-

вторых, совершенно не исключено влияние на прибор

темпе­

ратуры окружающего грунта и воздуха, а оно,

по-еидимому,

может быть значительным, так как вода в трубе

закрыта

герметически.

По инициативе проф. Н. М. Герсеванова, автором в

1 9 3 6 -

1937 гг. разработана конструкция прибора, в

котором

уст­