Раздел 2. Определение важнейших механических характеристик свойств грунтов
К основным механическим свойствам грунтов относятся водопроницаемость, сжимаемость и сопротивление грунтов сдвигу. Определение этих характеристик в лабораторных условиях выполняется:
· Для проектирования естественных оснований - на образцах грунтов ненарушенной структуры, извлечённых из шурфов и скважин.
· Для проектирования земляных сооружений – на образцах нарушенной структуры, имеющих плотность и влажность, соответствующие проектным величинам.
Лабораторная работа № 1.
Определение водопроницаемости песчаного грунта в фильтрационном приборе КФ-ООМ. Исследование влияния гранулометрического состава песка на его водопроницаемость
Водопроницаемостью называется способность грунтов пропускать (фильтровать) через свои поры воду под давлением.
Водопроницаемость грунтов описывается законом ламинарной фильтрации (Дарси).
(1)
где Vф - скорость фильтрации (объем профильтровавшейся воды в единицу времени через единицу площади), см/с.
Гидравлический градиент i характеризует напорные условия фильтрации и определяется как отношение напора Н к длине пути фильтрации L.
(2)
Водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации Кф, представляющим собой скорость фильтрации воды при гидравлическом градиенте i = 1.
Коэффициент фильтрации зависит от гранулометрического состава и плотности песка, температуры воды и некоторых других факторов.
Коэффициент фильтрации используется при определении притока воды к котлованам, дренажным и водозаборным устройствам, расчете осадки фундаментов во времени, фильтрационных потерь воды через земляные сооружения и т.д.
|
|
Если пропускать воду через образец грунта площадью F и толщиной L при напоре H, то за время t профильтруется вода в объеме Q = Kф·F·i·t, отсюда коэффициент фильтрации:
, см/с (3)
где r = 0,7 + 0,03 Т°C - температурная поправка (вводится потому, что вязкость воды зависит от температуры, которая в реальных условиях обычно бывает около 10°C.).
Если фильтрационный поток направлен по вертикали вниз, а слой воды на поверхности грунта значительно меньше мощности фильтрующего слоя грунта, то гидравлический градиент i = 1.
Принцип метода определения коэффициента фильтрации состоит в измерении расхода воды, профильтровавшейся через образец грунта известного сечения в течение определённого промежутка времени.
В настоящей работе опыт проводится с песчаным грунтом нарушенной структуры. Схема фильтрационного прибора КФ-ООМ представлена на рис.1. Сосуд Мариотта автоматически поддерживает постоянный уровень воды, практически совпадающий с поверхностью песка, поэтому напор Н равен пути фильтрации L, т.е., 
. Когда сосуд перевёрнут отверстием вниз, вода из него будет вытекать только в том случае, если под вогнутую часть проникает наружный воздух. Если вода из-под вогнутой части расходуется на фильтрацию, то её расход компенсируется из сосуда, при этом уровень воды во время испытания практически совпадает с поверхностью грунта. Этим обеспечивается постоянство напора при проведении испытания. Шкала на поверхности сосуда, позволяет измерять расход воды.
Каждая бригада получает песок определённой крупности (гранулометрического состава), проводит его испытание на фильтрацию. После завершения экспериментальной части работы результаты всех испытаний обобщаются.
|
|
При подготовке прибора к испытанию устанавливается гранулометрический состав песка и производится определение удельного веса твёрдых частиц песка (gs = 2,68 г/см3).
Таблица 1.
Классификация песчаных грунтов по плотности
в зависимости от коэффициента пористости