Определение коэффициента фильтрации песков в трубке Г. Н. Каменского.

Если в трубку, к которой снизу прикреплена сетка, загрузить песок (с одновременным насыщением его водой), а затем наполнить трубку водой доверху и дать возможность свободно стекать просачивающейся сверху вниз воде, то уровень воды в трубке будет падать, и вместе с ним будут уменьшаться действующий напор и скорость фильтрации.

При одинаковой площади сечения трубки по всей её длине скорость фильтрации v будет равна скорости падения уровня воды в трубке:

 

 

где — падение уровня за промежуток времени .

В этом случае закон Дарси можно записать в виде

 

 

где K — коэффициент фильтрации;

l — длина путифильтрации, т. е. высота столба песка в трубке;

I — гидравлический градиент;

h₀ — первоначальный напор.

Для удобства вычислений Г. Н. Каменским составлена таблица [табл. 7; 1] ряда значений , которой следует пользоваться при вычислении коэффициента фильтрации.

Подготовка к испытанию.

1. Установить трубку на подставке в банке высотой 20 – 25 см и осторожно, небольшими порциями, наполнить трубку песком до высоты 10 см, слегка уплотняя его лёгкой деревянной трамбовкой. В банку по мере наполнения трубки песком понемногу наливать воду.

2. Когда весь песок будет насыщен водой, добавить в банку такое количество воды, чтобы, просочившись под напором снизу, она образовала над песком слой в 1 – 2 см.

3. Насыпать над песком слой гравия толщиной 1 – 2 см для предохранения песка от размыва.

Проведение испытаний.

1. Наполнить трубку водой сверху и установить на подставке в наполненный водой стакан.

2. Стакан вместе с трубкой поместить в широкий низкий цилиндр, куда будет собираться вода, переливающаяся через край стакана по мере падения уровня в трубке.

3. Отметить время прохождения мениска воды в трубке через нулевое деление, а затем через ряд последующих делений (для малопроницаемых песков – через 2-3 деления, а для хорошо фильтрующих – через большее число делений).

4. Одновременно с наблюдением за падением уровня замерить температуру воды.

5. Опыт произвести при 2-3 значениях начального напора, который нужно изменять, устанавливая трубку на различной высоте с помощью подставок, вкладываемых в стакан.

6. Данные опыта занести в журнал

 

Таблица. Журнал определения коэффициента фильтрации в трубке Каменского

№ опыта	Краткое описание грунта	Первоначальный напор h 0, см	Падение уровня s, см	Время фильтрации T, с	s / h0	φ( s / h 0)	Длина пути фильтрации, см	Коэффициент фильтрации К, см/с	Температура воды Т, °С	Температурная поправка 𝜏 = 0,7 + 0,03 t	Коэффициент фильтрации при 10 °С, K 10 = 864· K / 𝜏, м/сут
	Песок мелкий				0,238	0,274		0,0075		11,71	0,551
				0,476	0,654		0,0053		27,7	0,1653

 

 

 

Рисунок 11. Установка трубки Каменского при фильтрации.

 

 

Определение размокания и величины набухания

ПНГ (ГОСТ 24143-80)

Набухание грунта - свойство глинистого грунта увеличивать свой объем при взаимодействии с водой или другой жидкостью.

Обычно набухание характеризуется относительным набуханием без нагрузки, т.е отношением увеличения высоты образца грунта в результате его замачивания водой к начальной высоте образца грунта природной влажности:

Ɛ_sl = ∆h/h, (1);

где: ∆h – увеличение образца при замачивании, мм;

h – первоначальная высота образца, мм.

Подготовка к испытанию

1. Отбор пробы из монолита с помощью кольца с насадкой производится следующим образом. Кольцо острым краем насадки устанавливается на срезанную горизонтальную поверхность монолита и вдавливается в грунт. При этом нужно следить, чтобы погружение происходило вертикально и по мере погружения обрезать грунт с наружной стороны кольца. С появлением над верхним краем кольца слоя грунта толщиной 1-1,5 см кольцо с насадкой с помощью ножа отделяется от общей массы монолита, насадка снимается и грунт аккуратно срезается по плоскости вровень с краями кольца.

При испытаниях грунта с нарушенной структурой поступают следующим образом. Воздушно-сухой грунт размельчают в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником и просеивают через сито с отверстиями 0,5 мм. Просеянный грунт заливают водой и доводят до консистенции приблизительно границы раскатывания. Из изготовленной массы кольцом вырезают образец.

2. Собирают прибор (рис.1): в углублении диска кладется вырезанный по внутреннему диаметру режущего кольца и смоченный водой бумажный фильтр, ставится кольцо с грунтом, поверх которого кладется второй бумажный фильтр и устанавливается поршень; соединительная скоба винтами крепиться к диску. Индикатор на скобе укрепляется так, чтобы ножка его касалась головки поршня.

Проведение испытаний

1. В прибор наливают жидкость и наблюдают за развитием деформаций во времени, записывая показания индикатора в журнал испытаний (табл.1). Деформации регистрируют через 5, 10, 30, 60 мин, далее через 2 часа и т.д.

За начало деформаций следует считать относительную деформацию Ɛ_sl, превышающую 0,001.

 

За критерий условной стабилизации деформаций набухания глинистых грунтов следует принимать деформацию не более 0,01 мм за 16ч.

Обработка результатов

По полученным данным, в соответствии с формулой (1), рассчитывают величину относительного набухания Ɛ_sl, классифицируют грунт по ГОСТ 25100-82. Все полученные результаты заносят в таблицу 1.

 

 

Таблица 1. Журнал испытаний свободного набухания грунта в ПНГ

Наименование грунта	Песок средней крупности
Высота кольца, мм
Время, мин
Показания индикатора, мм	0,07	0,07	0,07	0,07	0,07
Деформация образца грунта, мм		-0,07
Относительное набухание Ɛsl	-3,5×10^-3
Заключение	Грунт не набухающий

 

В ходе проведения испытаний выполнялось фотографирование показаний индикатора, см. фото 1, 2.

Рисунок 13. Показания индикатора до начала испытания

Рисунок 14. Показания индикатора спустя 1 мин после начала испытания