Руководство по геотехническому контролю за подготовкой оснований и возведением грунтовых сооружений в энергетическом строительстве (стр. 43 )

- замеряют температуру воды;

- заполняют мерный стеклянный баллон водой и, закрывая пальцем его отверстие, опрокидывают отверстием вниз, подносят возможно ближе к цилиндру с грунтом и, отняв палец, быстро вставляют в муфту фильтрационной трубки так, чтобы его горлышко соприкасалось с латунной сеткой, а в баллон равномерно поднимались мелкие пузырьки воздуха. Если в мерный баллон прорываются крупные пузырьки воздуха, его необходимо опустить ниже, добиваясь появления мелких пузырьков;

- отмечают время, когда уровень воды достигнет деления шкалы мерного баллона, отмеченного цифрой 10 (или 20) см3, принимая это время за начало фильтрации воды. В дальнейшем фиксируют время, когда уровень воды достигнет соответственно делений 20, 30, 40, 50 (или 20, 40, 60, 80) см3 и других кратных значений. Производят четыре отсчета.

7.18.5.6. Коэффициент фильтрации песчаного грунта K10, м/сут, приведенный к условиям фильтрации при температуре 10 °С, вычисляют по формуле

K10 = 864 · V / (t · A · T · I), (92)

где V - объем профильтровавшейся воды, см3; t - средняя продолжительность (по замерам при одинаковых расходах воды), с; A - площадь поперечного сечения цилиндра фильтрационной трубки, см2; I - градиент напора; T = (0,7 + 0,03 TW) - поправка для приведения значения коэффициента фильтрации к условиям фильтрации воды при температуре 10 °С, где TW - фактическая температура воды при испытании, °С; 864 - переводной коэффициент (из см/с в м/сут).

Коэффициент фильтрации K10 вычисляют до второй значащей цифры.

Для расчета коэффициента фильтрации рекомендуется составить таблицу расчетных данных для постоянного расхода воды из цилиндра определенной площади поперечного сечения при различных градиентах напора и температуре.

7.19. Компрессионно-фильтрационные испытания грунтов

7.19.1. Общие положения

7.19.1.1. Компрессионно-фильтрационные приборы наиболее часто применяют при исследовании глинистых грунтов, для которых необходимо определять влияние изменений плотности на фильтрационные свойства.

7.19.1.2. В зависимости от целей исследования коэффициент фильтрации в компрессионно-фильтрационном приборе может определяться по образцам естественного и нарушенного сложения.

7.19.1.3. Основной частью компрессионно-фильтрационного прибора (рис. 34) является база 1, представляющая собой массивный полый стакан. Внутри стакана, в верхней его части, на кольцевом выступе помещается металлическая решетка 2 с большим количеством отверстий. С боковой стороны стакана закреплен штуцер 10. На решетку 2 устанавливают кольцо 4, в которое загружают исследуемый грунт. Кольцо к стакану притягивают болтами через фланцы 3, между которыми укладывают уплотнительную резиновую прокладку. На кольцо 4 навинчивают направляющий цилиндр 5, в верхней части снабженный сливной трубкой 6. Давление на исследуемый грунт передается дырчатым штампом 7, имеющим сверху углубление для стального шарика 8 - на него упирается шток пресса, под которым производят уплотнение грунта. Для замера деформации грунта при уплотнении на специальной стойке укреплен индикатор 9.

Рис. 34. Принципиальная схема конструкции компрессионно-фильтрационного прибора

К базе прибора 1 присоединяют стеклянную пьезометрическую трубку 11, служащую одновременно для питания прибора водой и для замера действующего напора. Пьезометрическая трубка укреплена на деревянной панели 12 с миллиметровой шкалой.

7.19.2. Исследования образцов грунта естественного и нарушенного сложения

7.19.2.1. Для определения коэффициента фильтрации грунта естественного сложения и влажности монолит вскрывают, определяют его сохранность и пригодность для испытания. Он не должен иметь следов нарушения сложения - трещин, смятий и др.

7.19.2.2. Из монолита вырезают образец размерами, точно соответствующими по высоте и диаметру кольцу 5. Вырезание образца выполняют режущим кольцом. После взятия образца его взвешивают на технических весах для определения плотности грунта с точностью до 0,01 г. Одновременно из монолита отбирают пробы для определения влажности грунта и плотности частиц.

7.19.2.3. Перед сборкой прибора база 1 заполняется водой через пьезометр до появления пленки воды на поверхности решетки 3. Решетку покрывают листом фильтровальной бумаги. Поверх фильтровальной бумаги на решетку осторожно устанавливают кольцо с грунтом, которое закрепляют на базе болтами через фланцы 4. Затем на кольцо навинчивают направляющий цилиндр, грунт покрывают листом фильтровальной бумаги и на него устанавливают штамп 8. На стойке закрепляют индикатор. В таком виде прибор, загруженный грунтом, подготовлен для испытания на фильтрацию.

7.19.2.4. Прибор устанавливают под пресс, рычаг которого с помощью уравнительного винта приводят в горизонтальное положение. Затем рычаг неподвижно закрепляют упорным винтом, а прибор заливают сверху водой без нагрузки на рычаг. Одновременно ножку индикатора ставят на штамп и производят запись показаний индикатора. Закрепление рычага предупреждает разбухание грунта в приборе. Грунт в приборе при закрепленном рычаге выдерживают до пяти суток для полного насыщения водой. При естественной степени насыщения грунта водой более 0,95 можно приступить к его испытаниям на фильтрацию без выдерживания после заливки водой.

7.19.2.5. При испытаниях грунта естественного сложения образцы должны загружаться в прибор ориентированными соответственно условиям естественного залегания.

7.19.2.6. При испытаниях грунта нарушенного сложения его размельчают и просеивают или протирают через сито с отверстиями 1 мм. За одни сутки до загрузки прибора из грунта с водой приготавливают тесто консистенции, соответствующей пределу текучести. Далее, также как и при подготовке приборов для испытания грунта естественного сложения, из приготовленного теста режущим кольцом вырезают образец. Затем прибор собирают, ставят под пресс и заливают водой. Одновременно производят запись показания индикатора.

7.19.2.7. Зарядив прибор испытуемым грунтом и выдержав его под прессом до полного насыщения водой, приступают к определению коэффициента фильтрации.

Сущность опыта состоит в определении скорости фильтрации воды через грунт, предварительно уплотненный нагрузкой. Число и размер ступеней нагрузки устанавливают до начала опыта в зависимости от предъявляемых требований. Обычно испытания производят при нагрузках в 0,05; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6 МПа.

7.19.2.8. После насыщения грунта водой к нему прикладывают первую ступень нагрузки, равную 0,05 МПа. Под этой нагрузкой грунт выдерживают до стабилизации уплотнения. Наблюдения за уплотнением ведут по индикатору.

7.19.2.9. После стабилизации уплотнения грунта от первой, второй и последующих ступеней нагрузки в пьезометрическую трубку наливают воды на 50 см выше уровня сливной трубки прибора и создают тем самым напор, под действием которого вода начинает фильтроваться из пьезометрической трубки в прибор и в нем снизу вверх. Одновременно ведут наблюдения за скоростью понижения уровня воды в пьезометрической трубке, для чего отсчеты по пьезометру производят через определенные промежутки времени в зависимости от водопроницаемости грунта, но не реже двух раз в течение рабочего дня. Следует учитывать, что коэффициент фильтрации получается тем точнее, чем больше было сделано наблюдений за уровнем воды в пьезометрической трубке. Горизонт воды в приборе в процессе опыта необходимо поддерживать на уровне сливной трубки прибора. Если расход воды, фильтрующейся через грунт, меньше потерь на испарение, то воду в направляющий цилиндр прибора подливают сверху до уровня сливной трубки.

7.19.2.10. Коэффициент фильтрации грунта вычисляют по данным, полученным в процессе испытаний, исходя из условий, что уровень воды в пьезометрической трубке при первом отсчете через время t1 (часов или секунд) от начала наблюдения понизился на S1 (см) от первоначального уровня, через время t2 на S2 (см), через время t3 на S3 (см), через время ti на Si (см), откуда по формуле Дарси*

K1 = m1 / (f · I1 · t1); K2 = m2 / (f · I2 · t2);

(93)

K3 = m3 / (f · I3 · t3); Ki = mi / (f · Ii · ti);

где K1, K2, K3, Ki - коэффициенты фильтрации, см/с; m1, m2, m3, mi - количества воды (см3), профильтровавшейся через слой грунта за время t1, t2, t3, ti, определенные пo-формулам:

(94)

где d - диаметр пьезометрической трубки, см; I1, I2, I3, Ii - гидравлические градиенты в моменты t1, t2, t3, ti, равные:

I1 = h1 / l; I2 = h2 / l; I3 = h3 / l; Ii = hi / l, (95)

l - толщина испытуемого слоя породы (см) к моменту окончания стабилизации осадки от той или иной ступени нагрузки; h1, h2, h3, hi - средние действующие напоры за время t1, t2, t3, ti, равные:

h1 = h – (S1 / 2); h2 = h – (S2 – S1)/ 2;

(96)

h3 = h – (S3 – S2)/ 2; hi = h – (Si – Si-1)/ 2;

h - начальный напор, см; f - площадь поперечного сечения образца грунта, см2.

______________

* Примечание: Здесь приведена методика приближенного определения коэффициента фильтрации при переменном напоре.

Средний коэффициент фильтрации за время опыта при первой ступени нагрузки составит:

K = (K1 + K2 + K3 + … + Ki) / i, (97)

где i - число наблюдений.

В целях сокращения вычислений коэффициент фильтрации может быть определен с достаточной точностью по формуле: