Способ определения коэффициента фильтрации грунта

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ГРУНТА, заключающийся в приложении к образцу грунта гидростатического давления, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени определения, перед приложением гидростатического давления в образце грунта размещают иглу датчика порового давления и одновременно с приложением гидростатического давления регистрируют зависимость порового давления от времени, используя которую рассчитывают коэффициент фильтрации.

„„SU„„1) 18900

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

31д) С 01 N 15!08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3636046/18-25 (22) 19.08;83

;(46) 15.10.84. Бюл. Ф 38 (72) А.В.Голли, О.P.Голли, Б.И.Далматов и 0.А.Шулятьев (71) Ленинградский ордена Октябрьской Революции, ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительный институт и Всесоюзный научно-исследовательский институт гидротехники нм. В . Е . Ведене е на (53) 539.217(088.8) (56) 1. Булычев В.Г.Механика дисперсных грунтов. M., "Недра", 1974, с.63.

2 ° Чаповский Е.Г. Лабораторные работы по грунтоведению и механике грунтов M "Недра" 1975 с 135,137 (п (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ГРУНТА, заключающийся в приложении к образцу грунта гидростатического давления, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью сокращения времени определения, перед приложением гидростатического давления в образце грунта размещают иглу датчика .пороного давления и одновременно с приложением гидростатического давления регистрируют зависимость порового давления от времени, используя которую рассчитывают коэффициент фильтрации.

1 11189

Изобретение относится к фундаменГ тостроению, в частности к способам определения физико-механических свойств грунта, и может быть использовано при строительстве дорог и аэродромных покрытий.

Известен способ определения коэффициента фильтрации при действии падающего напора, заключающийся в том, что образец грунта подвергается действию падающего напора за счет приложения гидростатического давления сверху образца, который вызывает процесс фильтрации жидкости через образец. Отфильтрованная жидкость отводится в мерный сосуд. Определеяется момент начала установившегося процесса фильтрации, т.е. стабилизации скорости фильтрации. Затем по величине действующего напора, скорости фильтрации, высоте и площади поперечного сечения образца определяется коэффициент фильтрации (1) .

Недостатки способа — его длительность, а также непостоянство напора.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является спо соб определения коэффициента фильтрации грунта, заключающийся в приложе нии к образцу грунта гидростатичес4ого давления. Перепад давления на образце поддерживают постоянным. После достижения стабилизации скорости фильтрации измеряют расход жидкости, на основании которого рассчитывают коэффициент фильтрации (2) . З5

Недостаток известного способа— длительность измерений, обусловленная необходимостью достижения стацио нарного режима фильтрации. Длительная фильтрация может приводить также 4О к испарению профильтровавшейся жидкости из мерного сосуда и к возможным механической и химической суффоэиям грунта, что- снижает точность определения.

Цеяью изобретения является сокращение времени определения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения коэффициента фильтрации грунта, зак- 5О лючающемуся в приложении к образцу грунта гидростатического давления, перед приложением гидростатического давления в образце грунта размещают иглу датчика порового давления и од- новременно,с приложением гидростатического давления регистрируют зависимость порового давления от времени, 00 2 используя которую рассчитывают коэффициент фильтрации.

При действии напора за счет приложения гидростатического давления возникает фильтрация и повышается давление в поровой воде, а следовательно, сжимается газ, обычно присутствующий в грунте.

Сжатие газа происходит по закону Клапейрона-Менделеева. Полагая неизменяемость в процессе фильтрации

sa время gt объема поры грунта, получаем, что изменение объема газа (ЧГ) равно изменению объема воды в данной поре (hVS):

hvar = к, (1)

Таким образом, исследуя скорость изменения порового давления во времени, можно. определить скорость изменения объема воды.

Из закона Клапейрона-Менделеева получаем:. t H гн г1рг1 Г2 г2

Тн Где Чг Чг V 2 начальный и после г1 дующие объемы rasa;

Рг, Рг, Рг — начальное и послегн г1 дующие давления газа

Т, Т, Т вЂ” начальная и.последуН кицие температуры rasa

Принимая T„Т, =Tg (процесс иэотермический), получим, что объем газа Чг при давлении в газе Рг„ бравен: ггн гн

Vrl —.

1г

Аналогично

I гн гн гя р

Следовательно, изменение объема газа h V„ sa время ht равно:

"гн н Q гд (2)

h r "гi "г * p p г1 п

С другой стороны, объем V, воды, профильтровавшейся в элементарный слой (в котором производится иэмереwe порового давления) эа время равен, согласно закону Дарси: где V — объем воды, нрофильтровавв шейся в рассматриваемый элементарный слой1

1118

Рь 9. ьР, г р р» 2.

Хg

6 х — время, за которое произош ла фильтрация объема воды в рассматриваемый элементарный слой, F — площадь поперечного сече5 ния образца, чере з который происходит процесс фильтраI ции;

Верх Pep ) гдеР— действующее гидростатичесВЕрх кое давление сверху образца грунта — среднее значение порового

Р давления в рассматриваемом

15 элементарном слое грунта за промежуток времени ; — расстояние от верхней точки образца до входного отверстия иглы датчика порового давления, 20 г Pb — плотность воды ».

1 — ускорение свободного падения, Кш — коэффициент фильтрации.

Наряду с фильтрацией воды в элементарнья исследуемый слой грунта происходит и инфильтрация воды из него.

Объем воды, инфильтрованной из данного слоя, равен:

М „ htF а (4) гPg+ где ht — время, эа которое произошла инфильтрация воды объема

ЧВ из рассматриваемого слоя — гидростатическое давление в нижней точке образца, 2,g — расстояние от низа образца грунта до входного отверстия40 иглы датчика порового давления °

Таким образом, изменение объема воды равно:

Сопоставляя выражения (1), (2), (4), получим:

° В ч,„Р„„ Р„ - Р„

=К ь р

Р„Р, ) 1 е . ЪЪ

РщЧ „ Р„ -Р,„1 рь

К з

900 4

Начальное давление газа вычисляется по уравнению Лапласа:

2ж, =Р <Р -Р„+ — ) нг ат w н и.

I где Р— атмосферное давление;

- давление насыщенного пара, l

Р— избыточное давление в поровой воде;

2к — поверхностное натяжение воды.

"о

Оценки показывают, что величинаЯФ ми P и — можно пренебречь. Тогда

Д изменение давления газа равно изменению давления в поровой воде (hP„ =

hP ). Обозначим отношение начального объема газа к начальному объему всего образца грунта через $ (относительный начальный объем газа в образце грунта), т.е.

VrH

5 ° —.

Й ое1»

Начальнья обьем образца грунта равен:

° НОВр )

Ф где — площадь поперечного сечения образца грунта;

Г» — высота образца грунта.

Следовательно, Таким образом, по скорости измерения порового давления по форму ле (6) определяют коэффициент фильтрации.

В таблице-представлены результаты определения коэффициента фильтрации.

На фиг. 1 схематически представлено устройство, реализующее предлагаемый способ, на.фиг. 2 — зависимость изменения порового давления во времени.

Пример. Проводилось определение коэффициента фильтрации водонасыщенного глинистого грунта, имеющего следукяцие характеристики:

Влажность И 0,34

Удельная вес «»

KH/NÇ 17,3

КоэфФициент пористости е 0,96

Степень водонасыщения G О, 945

1118900

Ч

0„0011. 0,026. 3 5.10.0 1 2 810Ч(0 12 — 0 1030 0 103

1 ° 60 ° О 1 025а О 1 036 (++ ) «+)

° а а а

2,1 1,4

Аналогичным образом находятся ос- соответствовало значению, полученную тальные значения К,р. По полученным предлагаемым способом, однако время пяти значениям Мо находится его сред- определения возросло более чем в неарифметическое значение. 35 100 раз °

Таким образом, для определения Необходимо отметить, что для прикоэффициента фильтрации предложенным менения предлагаемого способа не треспособом потребовалось 7,5 мин. буется изготовления специального обоПосле стабилизации процесса фильт- рудования. Способ можно применять рации, что было зафиксировано через . 40 при проведении испытаний в любом

12 ч, были проведены контрольные заме фильтрационном или гидрокомпрессион- ры расходы воды и определен К р спосо- ном приборе, имеющем датчик порового бом-прототипом, значение которого :давления.

Время от момента приложения гидростати» ческого давления, мин

Изменение порового давления

ДР, ИПа

Промежуток времени & t ,7 мин

Среднее значение.

Ку, 10 м/се к коэффициент ильтрации -9

10 и/сек

Среднее значение порового давления

Iñð э

ИПа

Значение парового давления в момент времени t, MIla

0,0011 0,1031 2,8

0 0010 0,1041 3,3

0,0009 0,1051 3,8

0,0006 0,1058 3,5

О, 1025

О, 1036

О, 1046

О, 1055

1,0

1,0

3,330 5

2,0

1,0

1,0

3,0

1,0

4,0

Начальный относительный объем газа S 0,026

Высота образца h, см 3,5

Площадь поперечного сечения образца F, см 150

Плотность воды, кг/см 10

Игла внедрена так, что ее входное отверстие находится на расстоянии

ЕЧ -2,1 см от верха образца и

Z< 1,4 см от низа образца.

Определение коэффициента фильтрации проводилось на гидрокомпрессион ном приборе, изображенном на фиг. 1.

Сразу после установки исследуемого 15 образца грунта 1 в среднюю камеру 2 в него внедрялась игла 3 датчика порового давления 4 и производились ком пресионные испытания образца грунта.

После стабилизации деформации грунта 20 от каждой ступени нагрузки производилось определение коэффициента фильтрации как предлагаемым, так и известным способами. Для этого в верхнюю камеру 5, предварительно заполненную 25 водой, подавалось гидростатическое давление. Одновременно с этим непре рывно определялось поровое давление.

Запись значений порового давления, определяемого с помощью датчика порового давления, осуществлялась самописцем. Одна из полученных кривых изменения порового давления P во времени t после предварительного уплотнения образца грунта под поршневой нагрузкой 0,12 ИПа и при приложении к образцу сверху гидростатического давления 0,02 ИПа представлена на фиг. 2.

По полученной кривой, используя

Э формулу (6) i было определено пять значений коэффициента фильтрации для различных участков кривой. Значения порового давления и определенный по ним коэффициент фильтрации приведены в таблице.

За первый расчетный промежуток времейи д = 1 мин произошло изменение порового давления с Р 0,1025 ИПа до Pg =, 0,1036 ИПа, т.е. Д P =

0,0011 ИПа, Р<р = 0,1031 ИПа (см. табл. и фиг. 2).

Таким образом, К согласно формуле (6} равен:

1118900

6 7

0,0009 0,1066

3,2

2,5

5,0

7 5

01И

orm

oroó

®ug Z

Составитель А.Кощеев

Редактор М.Циткина Техред Т.Фанта Корректор И.Максимишинеп а

Заказ 7443/30, . Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по. делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

0 1061

0,1070

Продолжение таблицы