Методическое пособие к выполнению лабораторных, практических и самостоятельных работ по инженерной геологии (стр. 3 )

- время полного распада: t = 4,0 мин.

- характер распада: распад на мелкие частицы

Рис. 1.3. График зависимости величины распада от времени

Лабораторная работа №3.

Определение коэффициента фильтрации песка

в универсальной трубке КФ–00 М

Грунт является пористым материалом, способным пропускать сквозь себя воду. Такое свойство грунта называется водопроницаемостью. В песчаных грунтах, поры которых относительно крупные, фильтрация происходит быстрее, чем в пылевато-глинистых грунтах. Водопроницаемость численно характеризуется коэффициентом фильтрации. Фильтрация воды в грунтах подчиняется закону Дарси, в соответствии с которым расход воды в единицу времени через единицу площади поперечного сечения грунта (скорость фильтрации) прямо пропорционален гидравлическому градиенту. Формула закона Дарси для песчаных грунтов имеет вид

υф = кф · i ; (1.1 )

где: υф – скорость фильтрации, см/с, см/сут., м/сут., м/год.

кф – коэффициент фильтрации, см/с, см/сут., м/сут., м/год.

i - гидравлический градиент.

Для пылевато-глинистых грунтов, обладающих вязкостью и пластичностью, зависимость скорости фильтрации от градиента имеет вид

υф = кф · ( i – i0 ); (1.2 )

где i0 – начальный градиент напора.

Из выражений (1.1) и (1.2) следует, что если в песках вода фильтруется сразу с появлением гидравлического градиента, то в связных грунтах фильтрация начинается после преодоления i0 , т. е когда i > i0 .

Коэффициент фильтрации кф – это есть скорость фильтрации при градиенте, равном единице. В расчетах механики грунтов во избежание малых значений коэффициента фильтрации, часто выражают кф в см/год, принимая примерно 1см/с ≈ 3 · 107 см/год.

Приборы и оборудования: прибор КФ–00М (рис. 1.4), песчаный грунт, секундомер, термометр, поставка для воды.

Описание прибора КФ–00М. Прибор КФ–00М состоит [23] из фильтрационной трубки и специального винтового телескопического приспособления, позволяющего насыщать грунт и регулировать напор воды, а также корпуса 10 с крышкой 9. Фильтрационная трубка состоит из основного металлического цилиндра 7 (внутренний диаметр 56,5мм и высота 100мм) с заостренным краем; поддона 1, надеваемого на нижнюю часть цилиндра и латунной сетки 2, вставляемой в поддон. На верхней части цилиндра устанавливается муфта 5 с латунной сеткой 6 и мерным стеклянным баллоном 4 (мариоттовый сосуд), на одной стороне которого нанесена шкала. Телескопическое приспособление состоит из подставки 11, винта 8, планки 3. На планке 3 нанесены деления напорного градиента от 0 до 1 с ценой деления 0,02.

а б в

Рис.1.4. Общий вид, детали и схема прибора КФ–00М

Методика проведения опыта:

1. Из корпуса прибора КФ–00М (рис.1.4) извлечь фильтрационную трубку. Снять с фильтрационной трубки муфту 5 с латунной сеткой 6 и мерным баллоном 4.

2. Наполнить цилиндр 7 песчаным грунтом в рыхлом или плотном состоянии (с укладкой слоев по 1 - 2см и трамбовкой).

3. После заполнения цилиндра грунтом в корпус 10 налить воды и вращением винта 8 поднять подставку 11 до совмещения отметки напорного градиента i =1 на планке 3 с верхним краем крышки 9.

4. На подставку 11 установить фильтрационную трубку с испытываемым грунтом. Вращением винта 8 медленно погрузить фильтрационную трубку с грунтом в воду до отметки напорного градиента i = 0,8. В таком положении оставить прибор до момента появления влаги в верхнем торце цилиндра, о чем судят по изменяющемуся цвету грунта.

5. Ставить на грунт латунную сетку 6, надеть на фильтрационную трубку муфту 5 и вращением винта 8 опустить трубку в крайнее нижнее положение.

6. Заполнить мерный баллон 4 водой, зажать отверстие большим пальцем и, быстро опрокинув, вставить в муфту фильтрационную трубку так, чтобы горлышко баллона соприкасалось с латунной сеткой. В таком виде мерный баллон автоматически поддерживает над грунтом уровень воды в 1-2 мм. Как только этот уровень воды вследствие просачивания воды через грунт понизится, в мерный баллон прорывается пузырек воздуха и соответствующее количество воды вытекает из него. Этим достигается постоянство напорного градиента.

В случае появления в мерном баллоне крупных пузырьков необходимо баллон опустить на 1-2 мм и добиться того, чтобы в него равномерно поднимались мелкие пузырьки.

7. Установить планку 3 на градиент i = 0,6 и долить воду в корпус 10 до верхнего края.

8. Отметить по шкале уровень воды в мерном баллоне, включить секундомер и по истечении определенного времени t (50–100сек– для песков, 250 – 500 сек – для связных грунтов), заметить второй уровень воды в мерном баллоне 4, что дает возможность определить расход воды Q, профильтровавшийся через грунт за время t. Для получения средней величины коэффициента фильтрации повторить замеры расхода воды при различных положениях уровня воды в мерном баллоне.

9. Опустив цилиндр с грунтом в крайнее положение, снять мерный баллон 4, заполнить его водой и вновь вставить в муфту 5 .

10. Установить планку 3 на напорный градиент i = 0,8. Далее поступить согласно п. 8. Так произвести определение для любого напорного градиента. Данные опыта заносит в журнал (табл. 1.4).

Таблица 1.4

№№ п/п	Гради- ент	Время филь- трации	Расход воды	Коэффи- циент фильтрации	Среднее значение
	i	t	Q	кф	кф ср
1	0,6
2	0,8
3	1,0

11. Определить коэффициент фильтрации по формуле

кф = Q • 864 / t• F• i ; м/сут (1.3. )

где: кф – коэффициент фильтрации; Q – расход воды, мл;

F – площадь поперечного сечения цилиндра;

t – время, сек; i – напорный градиент;

864 – переводной коэффициент из см/сек в м/сут.

Примечание: в формуле (1.3) температурная поправка не учтена.

2. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

2.1. Построение геологического разреза

(Расчетно-графическое задание №1)

Геологический разрез – это вертикальное сечение верхней части оболочки Земли (литосферы). При проектировании инженерных сооружений необходимо прежде всего обосновать место строительной площадки. Для этого необходимо изучить геологическое строение, геоморфологию, гидрогеологические условия, природные геологические и инженерно-геологические процессы, свойства горных пород и прогноз их изменений при строительстве и эксплуатации сооружений. На основе инженерно-геологической съемки составляют инженерно-геологические карты и разрезы, на которых отображают возраст, состав и условия залегания горных пород, мощность пластов и гидрологические условия.

Цель данной работы – научить студентов строить геологические разрезы по данным буровых скважин и далее дать общую инженерно-геологическую оценку изучаемой территории. В соответствии с индивидуальным заданием студенты должны построить по одному геологическому разрезу и дать его описание. Геологические данные по скважинам приведены в (табл 2.1.).

В наиболее простом случае геологический разрез строится по материалам одной скважины. Такой разрез называется колонкой. Для составления колонки необходимо знать абсолютную отметку устья скважины. (т. е. отметку поверхности земли на месте заложения скважины) и иметь журнал с записями, относящимися к данной выработке.

Для выполнения расчетно-графического задания журнал данных по буровым скважинам для построения разреза и отметки устьев скважин для академических групп приведен соответственно в табл2.1. и табл.2.2.

В таблице 2.1. приведены данные по 7-ми скважинам, что позволяет строить геологический разрез как по отдельно взятой колонке так и по линии всех скважин, что и является целью данного расчетно-графического задания. Наличие прочерка в отдельных графах говорит об отсутствии данного наименования породы в скважинах. В данном случае при построении геологического разреза следует, не делая пропусков, наносить следующий слой, присутствующий в разрезе. Об этом говорит в табл.2.1. равенство глубин подошв предыдущих и кровли последующих слоев горных пород.

Разрез должен строиться в определенном масштабе. Следует стремиться к тому, чтобы вертикальный и горизонтальный масштабы были одинаковыми.