Руководство по геотехническому контролю за подготовкой оснований и возведением грунтовых сооружений в энергетическом строительстве (стр. 50 )

8.6.3.9. Коэффициент фильтрации грунта определяется с учетом капиллярных сил по формуле:

K = (q · l) / [(Ha + z + l) wL], см/с, (132)

где q - инфильтрационный расход через внутренний цилиндр, см3/с; wL - площадь сечения внутреннего цилиндра, см2; z - глубина воды в цилиндре, см; l - глубина просачивания воды от дна шурфа к моменту времени, при котором наблюдался расход воды (определяется бурением скважины в центре цилиндра немедленно после осушения шурфа); Ha - высота капиллярного поднятия, см.

8.6.3.10. Метод Семенова применяется для изучения фильтрационной анизотропии грунтов, т. е. для определения коэффициента фильтрации на контакте двух смежных слоев грунта, для исследования фильтрационных свойств и фильтрационной прочности уложенных грунтов на контакте со скалой основания или бортов, а также на контакте с бетоном. Этот метод применим для изучения вышеперечисленных свойств как связных, так и сыпучих грунтов, укладываемых в сооружение (с влажностью, требуемой по условиям укладки), кроме того, метод Семенова применяется для определения коэффициента фильтрации грунтов основания, расположенных выше уровня грунтовых вод.

8.6.3.11. Опытный участок оборудуется одним опытным шурфом и не менее, чем двумя наблюдательными. В случае изучения фильтрационных свойств и фильтрационной прочности грунта на контакте со скалой основания, бортами или бетоном опытный участок организуется одним опытным шурфом и двумя наблюдательными шурфами, расположенными непосредственно на контакте. Шурфы должны иметь форму квадрата. При этом размеры шурфов должны быть следующими:

1,0 м £ aк ³ 5d90, (133)

1,0 м £ ³ 5d90, (134)

2,0 м £ ³ 10d90, (135)

где aк - сторона квадрата; - глубина опытного шурфа; - глубина наблюдательного шурфа.

Расстояние a между опытным и наблюдательным шурфами должно быть:

1,0 м £ aк ³ 5d90. (136)

8.6.3.12. В опытный шурф на всю его глубину наливается вода. Для того, чтобы стенки этого шурфа не обрушились, следует установить опалубку из досок с просветами. Пространство между стенками шурфа и опалубкой засыпают грунтом, крупность которого должна быть подобрана по принципу обратного фильтра. Коэффициент фильтрации грунта засыпки должен быть в 2-5 раз больше такового исследуемого грунта. Заполнение опытного шурфа водой должно производиться быстро, а уровень воды в нем должен поддерживаться постоянным.

8.6.3.13. Определение коэффициента фильтрации производится путем вычисления действительной скорости фильтрации vd, применяя данные наблюдательного шурфа

K = (vd · n) / I = n [(l · a) / (t · h)], (137)

где t - промежуток времени от начала опыта (т. е. от залива воды в опытный шурф до нужной отметки) до появления влажного пятна в наблюдательных шурфах; n - пористость исследуемого грунта в долях единицы. Остальные размеры (a, l, h) показаны на рис. 51.

Рис. 51. Схема определения коэффициента фильтрации грунта в полевых условиях методом Семенова

Гидравлический градиент, при котором происходит инфильтрация по траектории l, определяется по формуле I = h / l, а действительная скорость фильтрации vd = a / t.

8.6.4. Метод опытных нагнетаний

8.6.4.1. В практике гидротехнического строительства очень часто необходимо определять коэффициент фильтрации грунтов, слагающих основание и залегающих выше уровня грунтовых вод. В таких случаях для определения коэффициента фильтрации нельзя применять метод опытных откачек, а следует производить инфильтрацию воды в грунт основания путем нагнетания.

8.6.4.2. Для проведения опыта устраивается центральная скважина, в которую нагнетается вода, и наблюдательные скважины, в которых наблюдается уровень воды, устанавливающийся в зависимости от напора и расхода. Расчетная схема определения коэффициента фильтрации в полевых условиях методом опытных нагнетаний представлена на рис. 52.

Рис. 52. Схема определения коэффициента фильтрации грунта в полевых условиях методом опытных нагнетаний

1 - центральная нагнетательная скважина; 2 - наблюдательные скважины.

8.6.4.3. Во время производства опытных нагнетаний необходимо вести наблюдения за давлением воды по манометру и измерять расходы подаваемой воды. При нагнетании с постоянным расходом воды, пропускаемой через бак-регулятор, необходимо следить за тем, чтобы вода постоянно переливалась через сливной кран бака-регулятора.

Определение коэффициента фильтрации методом опытных нагнетаний должно производиться специализированной организацией на основании соответствующих инструкций.

8.6.5. Метод индикаторов

8.6.5.1. Для определения коэффициента фильтрации на основе установления действительных скоростей движения грунтового потока применяется метод индикаторов. Расчетные зависимости для определения параметров фильтрации при этом методе следующие:

v = K I; (138)

v = K Im; (139)

v = n vg; (140)

где vg - истинная скорость движения воды в грунте; v - скорость фильтрации; n - пористость, определяемая по формуле (112).

8.6.5.2. Определение действительных скоростей (vg) движения грунтовых вод производится с помощью индикаторов. В качестве индикаторов применяются различные красящие вещества, например флуоресцин, который придает воде желто-красную окраску. Также применяются различные соли, наличие которых в воде определяется химическим путем или же по изменению электропроводности грунтовой воды. Применяются также пахучие вещества, как например, нашатырь, хлороформ, керосин и т. д.

8.6.5.3. Для проведения опыта делается центральная скважина, куда загружается индикатор, и несколько наблюдательных скважин, из которых через установленные промежутки времени берутся пробы воды. По взятым пробам воды в зависимости от загружаемого индикатора определяется содержание его в воде.

Расстояния наблюдательных скважин от центральной скважины зависят от водопроницаемости пород. На практике эти расстояния составляют 1-7 м.

8.6.5.4. Истинную скорость движения воды в порах изучаемого грунта можно определить по зависимости:

vg = ls / t, (141)

где ls - расстояние между наблюдательной скважиной и центральной; t - промежуток времени от начала загрузки индикатора в центральную скважину до момента появления его в наблюдательных скважинах.

Имея карту гидроизогипс, можно определить направление движения потока и гидравлический градиент I. Зная гидравлический градиент и истинную скорость движения воды в грунте, по одной из вышеприведенных формул (138), (139) можно определить значение коэффициента фильтрации.

8.6.5.5. Таким образом, полученное значение коэффициента фильтрации (если определение его основано на местной скорости движения воды) может характеризовать в основном только участок, ограниченный наблюдательными скважинами. Поэтому метод индикаторов мало применяется при проведении инженерно-гидрогеологических изысканий. Самое главное в этом методе это точно определить время прохождения воды с индикатором от центральной скважины к наблюдательным при нагнетании, и от наблюдательных скважин к центральной - при откачках. Этот метод может быть использован лишь при наличии установившейся фильтрации в исследуемом грунте.

8.6.6. Метод напорной фильтрации

8.6.6.1. Этот метод рекомендуется применять при изучении фильтрационно-суффозионных свойств сухих грунтов (залегающих вне зоны грунтовых вод, где метод откачек неприменим): трещиноватых, песчаных, гравелисто-песчаных и гравелисто-галечниковых пород, а также глинистых грунтов.

8.6.6.2. В соответствии с поставленной задачей экспериментальные исследования должны обеспечить возможность проследить за процессами, которые будут происходить в грунте ненарушенной структуры под воздействием фильтрационного потока. В данном случае для исследований принята схема, соответствующая случаю вертикальной фильтрации сверху вниз (рис. 53).

Рис. 53. Схема установки для определения коэффициента фильтрации сухих грунтов методом напорной фильтрации

8.6.6.3. Исходя из принятой схемы фильтрации, была разработана фильтрационная установка вертикального типа, которая включает в себя следующие основные детали:

а) крышку прибора 1, в которой установлен манометр 2, термометр 3, трубу для удаления воздуха 4, а также переходный фланец напорной трубы 5;

б) металлический цилиндр 6, диаметр и высота которого определяются в зависимости от крупности частиц исследуемого грунта;

в) для наблюдения за пьезометрическим давлением по высоте цилиндра установлены пьезометрические оголовки 7, которые через трехходовые краники и штуцеры посредством резиновых шлангов соединяются со стеклянными трубками 8, смонтированными на щите;

г) напор на исследуемый образец грунта создается напорным баком 9, посредством наращивания фланцев напорной трубы. Перегородка 10 в напорном баке обеспечивает постоянство напора при исследовании;

д) вода из бака 11 насосом подается в напорный бак. Лишняя вода сливается из напорного бака через переливную стенку в сливной мерный бак 12;

е) минимальный диаметр прибора составляет 70 см, но не менее пяти диаметров фракций, содержащихся в исследуемом грунте в количестве 90% по массе.