SU1118900A1

SU1118900A1 - Способ определени коэффициента фильтрации грунта

Info

Publication number: SU1118900A1
Application number: SU833636046A
Authority: SU
Inventors: Александр Валентинович Голли; Ольга Ростиславовна Голли; Борис Иванович Далматов; Олег Александрович Шулятьев
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Гидротехники Им.В.Е.Веденеева
Priority date: 1983-08-19
Filing date: 1983-08-19
Publication date: 1984-10-15

Abstract

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ГРУНТА, заключающийс в приложении к образцу грунта гидростатического давлени , отличающийс тем, что, с целью сокращени времени определени , перед приложением гидростатического давлени в образце грунта размещают иглу датчика порового давлени и одновременно с приложением гидростатического давлени регистрируют зависимость порового давлени от времени, использу которую рассчитывают коэффициент фильтрации.

Description

11 Изобретение относитс к фундаментостроению , в частности к способам определени физико-механических свойств грунта, и может быть использовано при строительстве дорог и аэро дромных покрытий. Известен способ определени коэффициента фильтрации при действии падающего напора, заключающийс в том. что образец грунта подвергаетс действию падакнцего напора за счет прило жени гидростатического давлени сверху образца, который вызывает процесс фильтрации жидкости через об разец. Отфильтрованна жидкость отводитс в мерный сосуд. Определе етс момент начала установившегос процес са фильтрации, т.е. стабилизации ско рости фильтрации. Затем по величине действующего напора, скорости фильтрации , высоте и площади поперечного сечени образца определ етс коэффициент фильтрации lj . Недостатки способа - его длительность , а также непосто нство напора. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому вл етс способ определени коэффициента фильтра ции грунта, заключающийс в приложении к образцу грунта гидростатичес ого давлени . Перепад давлени на образце поддерживают посто нным. Пос ле достижени стабилизации скорости фильтрации измер ют расход жидкости, на основании которого рассчитывают коэффициент фильтрации 2. Недостаток известного способа длительность измерений, обусловленна необходимостью достижени стацио нарного режима фильтрации. Длительна фильтраци может приводить также к испарению профильтровавшейс жидкости из мерного сосуда и к возможным механической и химической суффози м грунта, что снижает точность определени . Целью изобретени вл етс сокращение времени определени . Поставленна цель достигаетс тем что согласно способу определени коэффициента фильтрации грунта, заключающемус в приложении к образцу грунта гидростатического давлени , перед приложением гидростатического давлени в образце грунта размещают иглу датчика порового давлени и одновременно ,с приложением гидростатического давлени регистрируют зависимость порового давлени от времени 0 использу которую рассчитывают коэффициент фильтрации. При действии напора за счет приложени гидростатического давлени возникает фильтраци и повышаетс давление в поровой воде, а следовательно, сжимаетс газ, обычно присутствующий в грунте. Сжатие газа происходит по закону Клапейрона-Менделеева. Полага неизмен емость в процессе фильтрации за врем ut объема поры грунта, получаем , что изменение объема газа ( &V|) равно изменению объема воды В данной поре ( uVg): Таким образом, исследу скорость изменени порового давлени во времени , можно определить скорость изменени объема воды. Из закона Клапейрона-Менделеева получаем: VfZ Рг2 где Vj. , Vj. , - начальньй и последующие объемы газа, , р. - начальное и последующие давлени Т, Т, Tg - начальна и последующие температуры газа. Принима Тц Т -Т (процесс изотермический ), получим, что объем газа Vf. при давлении в газе Р павен: V. Аналогично Следовательно, из feнeниe объема газа А V за врем &t равно: rH fHvPrzPri С другой стороны, объем V. воды, рофильтровавшейс в элементарный лой (в котором производитс измереие порового давлени ) за врем д t авен, согласно закону Дарси: , де V. - объем воды, профильтровавшейс в рассматриваемый элементарный слой} ut - врем , за которое произош ла фильтраци объема воды в рассматриваемый элемент ный слой, F - площадь поперечного сечени образца, через которы происходит процесс фильтр ции; Pi Peepx- -p, где.д - действующее гидростатическое давление сверху образца грунта, среднее значение порового давлени в рассматриваемом элементарном слое грунта за промежуток времени &t; рассто ние от верхней точк образца до входного отверсти иглы датчика порового давлени J плотность ВОДЫ,ускорение свободного падени , коэффициент фильтрации. Нар ду с фильтрацией воды в элементарньй исследуемый слой грунта происходит и инфильтраци воды из него. Объем воды, инфильтрованнрй из да ного сло , равен: , РЗ врем , за которое произошла инфильтраци воды объема /g/ И31 рассматриваемого сл гидростатическое давление нижней точке образцаj рассто ние от низа образца грунта до входного отверсти иглы датчика порового давле ни . Таким образом, изменение объема воды равно: ftPi ЬР; / )6 Iz/ zjСопоставл выражени (1), (2), (4), получим: ( а г l ЧиРги Ргг-РпУ )рь , Ргн и1Ргг-Рг,рь % Р .tt:lA. Pr,, Za) 00 Начальное давление газа вычисл етс по уравнению Лапласа: 1 . ргР +Р „Р +. /НГ Н.ПЛ R ) где Рд - атмосферное давление; Р - давление насыщенного пара; Руу - избыточное давление в поровой воде; 2(Л - поверхностное нат жение воды. Оценки показывают, что величина н п У пренебречь. Тогда изменение давлени газа равно изменению давлени в поровой воде (ЛР Ь Pg ). Обозначим отношение начального объема газа к начальному объему всего образца грунта через S (относительный начальньй объем газа в образце грунта), т.е. . И Обр Начальный объем образца грунта равен: - HospPS где Р - площадь поперечного сечени образца грунта; п - высота образца -грунта. Следовательно, bPhSPHpbQ. /А PI 1УРг Az/ %J Таким образом, по скорости измерени порового давлени по формуле (6) определ ют коэффициент фильтрации . В таблице представлены результа-: ты определени коэффициента фильтрации . На фиг. 1 схематически представлено устройство, реализующее предлагаемый способ} на фиг. 2 - зависимость из14енени порового давлени во времени . Пример. Проводилось определение коэффициента фильтрации водонасьщенного глинистого грунта, имеющего следующие характеристики: Влажность W0,34 Удельна вес v« , кН/м17,3 Коэффициент пористости с0,96 Степень водонасыщени G0,945 Начальный относительный объем газа S Высота образца h, см Площадь поперечного сечени образца F, см Плотность воды pjj , vr/r-M Игла внедрена так, что ее входное отверстие находитс на рассто нии Z 2,1 см от верха образца и Zq 1,4 см от низа образца. Определение коэффициента фильтрации проводилось на гидрокомпрессионном приборе, изображенном на фиг. 1. Сразу после установки исследуемого образца грунта 1 в среднюю камеру 2 в него внедр лась игла 3 датчика порового давлени 4 и производились ко jnpecHOHHbie испытани образца грзшта. После стабилизации деформации грунта от каждой ступени нагрузки производилось определение коэффициента филь рации как предлагаемым, так и извест ным способами. Дл этого в верхнюю камеру 5, предварительно заполненную водой, подавалось гидростатическое давление. Одновременно с этим непре0 ,0011,0j.026.3;,5.10.0j,1 ;.6o o™o25:o:io;6(.

Аналогичным йбразом наход тс остальные значени Кф. По полученным п ти значени м iJqj находитс его среднеарифметическое значение.

Таким образом, дл определени коэффициента фильтрации предложенным способом потребовалось 7,5 мин.

После стабилизации процесса фильтрации , что было зафиксировано через 12ч, aJли проведены контрольные замеры расходы воды и определен т способом-прототипом , значение которого i, I

соответствовало значению, полученн5та предлагаемым способом, однако врем определени возросло более чем в 100 раз.

Необходимо отметить, что дл применени предлагаемого способа не требуетс изготовлени специального оборудовани . Способ можно примен ть при проведении испытаний в любом фильтрационном или гидрокомпрессионном приборе, имеющем датчик порового давлени . рывно определ лось поровре давление. Запись значений порового давлени , определ емого с помощью датчика порового давлени , осуществл лась самописцем . Одна из полученных кривых изменени порового давлени Р во времени t после предварительного уплотнени образца грунта под поршневой нагрузкой 0,12 МПа и при приложении к образцу сверху гидростатического давлени 0,02 МПа представлена на фиг. 2. По полученной кривой, использу формулу (6) было определено п ть Значений коэффициента фильтрации дл различных участков кривой. Значени порового давлени и определенный по ним коэффициент фильтрации приведены в таблице. , За первый расчетный промежуток времени i t 1 мин произошло изменение порового давлени с Р 0,1025 МПа до Pj 0,1036 МПа, т.е. йР 0,0011 МПа, Рд, 0,1031 МПа (см. табл. и фиг. 2). Таким образом, Кд, согласно формуле (6) равен: , ,,п-9 ( м/сек) . олоз I«

0,1025

1,0 0,1036 1,0 0,1046 1,0 0,1055 1,0

0,1031

2,8

3,3iO,5

0,1041 3,3

0,0009 0,1051 3,8 0,0006 0,1058 3,5

2.5

0,1070

8

1118900 Продолжение таблицы

0.0009 0,10663,2

Claims

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ГРУНТА, заключающийся в приложении к образцу грунта гидростатического давления, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени определения, перед приложением гидростатического давления в образце грунта размещают иглу датчика порового давления и одновременно с приложением гидростатического давления регистрируют зависимость порового давления от времени, используя которую рассчитывают коэффициент фильтрации.

Фиг.1

Й^Ц MZz J rzzz/i rzzzi v/^XV)22Ay»2A »АТ1р>

е