Kłosowski Łukasz Piotr Głogowskigr1.1.doc

Kłosowski Łukasz Piotr Głogowski

Cwiczenie nr 3

OZNACZANIE PRZEPUSZCZALNOŚCI

Przepuszczalnością nazywamy zdolność gruntu do przewodzenia wody wolnej przy istnieniu roznicy ciśnień wody . Miara przepuszczalności gruntu jest parametr zwany współczynnikiem filtracji k .

Do oznaczania przeupuszczalnosci stosujemy 3 metody badawcze :

-  metodę zmiennego naporu w edometrze średniowymiarowym

- metodę wydatku w komorze trójosiowej

- metodę wydatku w konsolidometrze hydraulicznym Rowe’a

1.      Wartość współczynników filtracji oznaczonych metodą zmiennego naporu przy użyciu edometru , oliczone ze wzoru :

K = {(f/A)*(h/t)*[-ln(1-s/H]}*0.001

K – wpołczynnik filtracji [m/s]

f – pole przekroju biulety pomiarowej cm2

A – powierzchnia przekroju próbki cm2

h – wysokość próbki cm

T – czas filtracji wody w biurecie s

S – obniżenie słupa wody w biurecie cm

H – wartość początkowego gradientu cm

Współczynnik filtracji charakteryzuje zdolność przesączania wody będącej w ruchu laminarnym przez skały porowate i jest miarą przepuszczalności hydraulicznej skał (gruntów). Przesączanie odbywa się siecią kanalików utworzonych z porów gruntowych. Grunt stawia opór przesączającej się wodzie, opór ten i współczynnik filtracji zależy od właściwości gruntu:

·         rodzaju ośrodka gruntowego

·         porowatości

·         uziarnienia

·         struktury gruntu

·         właściwości filtrującej cieczy – lepkości.

Pomiar ze stałym spadkiem hydraulicznym [edytuj]

Badanie polega na przepuszczeniu wody przez próbkę o znanych wymiarach geometrycznych i na pomiarze wydatku oraz spadku hydraulicznego. Współczynnik filtracji wyznacza się ze wzoru Darcy’ego:

(gdzie: Q-wydatek, , F-powierzchnia przekroju, I-spadek hydrauliczny, ,
V-objętość [m3], t-czas [s], v-prędkość [m/s], h-różnica poziomów [m], l-długość drogi filtracji [m])

W aparacie do pomiaru możliwy jest przepływ wody przez próbkę w kierunku z góry na dół i odwrotnie. Istnieje możliwość zmiany kierunku przepływu w trakcie badania. Powolne doprowadzanie wody do próbki od dołu ma na celu usuniecie powietrza z porów gruntu. Badanie wykonuje się dla kilku różnych spadków hydraulicznych, nie zmieniających się w trakcie badania (po 2-3 powtórzenia).

Pomiar ze zmiennym spadkiem [edytuj]

W aparatach tego typu istnieje możliwość dużych spadków hydraulicznych, co ma szczególne znaczenie przy filtracji przez grunty słabo przepuszczalne. W gruntach tych w przypadku całkowitego wypełnienia porów gruntu wodą związaną ruch wody jest możliwy po przekroczeniu spadku początkowego I0. Pomiaru dokonuje się w aparacie filtracyjnym obserwując opadanie poziomu wody w rurce o przekroju f w czasie ti poziom wody obniży się z wysokości h0 do h1. Utrzymując dolna wodę na poziomie przekroju C, ciśnienie piezometryczne w tym przekroju będzie równało się 0. W tym przypadku prędkość filtracji zmienia się w czasie, w zależności od wysokości H czyli wysokości położenia zwierciadła wody w rurce w danym momencie czasu.

Metoda wzorów empirycznych [edytuj]

Należy uznać skład granulometryczny, posiadać wykres uziarnienia i wartość porowatości gruntu. Uzyskuje się tą metodą wartości orientacyjne.

Metody laboratoryjne [edytuj]

Przy użyciu aparatów filtracyjnych różnej konstrukcji - ze stałym i ze zmiennym spadkiem hydraulicznym. Aparaty ze stałym spadkiem stosuje się do gruntów dobrze przepuszczalnych a ze zmiennym do słabo przepuszczalnych. Badania przeprowadza się na próbkach o strukturze nienaruszonej lub naruszonej. Wyniki badań otrzymane na próbkach o strukturze nienaruszonej są zbliżone do wyników badań polowych w warunkach naturalnych. Podczas pomiarów współczynnika filtracji należy określić temperaturę przesączającej się wody. Ze wzrostem temp cieczy zmniejsza się lepkość i zwiększa prędkość przepływu:

kT=k10*(0,7+0,03T)

kT - wsp. filtracji uzyskany dla wody o temp. T [st.C]

k10 - zredukowany współczynnik filtracji w odniesieniu do temp. wody 10 st.C

Charakter przepuszczalności Współczynnik filtracji
[m/s] Współczynnik filtracji
[m/h] Współczynnik przepuszczalności
[darcy] Bardzo dobra: > 10-3 > 3,6 > 100

·         rumosze

·         żwiry

·         piaski gruboziarniste i równoziarniste

·         skały masywne z bardzo gęstą siecią drobnych szczelin

Dobra: 10-4-10-3 0,36-3,6 10-100

·         piaski różnoziarniste, średnioziarniste

·         kruche, słabo spojone gruboziarniste piaskowce

·         skały masywne z gęstą siecią szczelin

Średnia: 10-5-10-4 0,036-0,36 1-10

·         piaski drobnoziarniste

·         less

Słaba: 10-6-10-5 0,0036-0,036 0,1-1

·         piaski pylaste, gliniaste

·         mułki

·         piaskowce

·         skały masywne z rzadką siecią drobnych spękań

Skały półprzepuszczalne: 10-8-10-6 0,000036-0,0036 0,001-0,1

·         gliny

·         namuły

·         mułowce

·         iły piaszczyste

Skały nieprzepuszczalne: <10-8 <0,000036 <0,001

·         iły

·         iłołupki (łupki ilaste)

·         zwarte gliny ilaste

·         margle ilaste

·         skały masywne niespękane

Pomiar współczynnika filtracji przy pionowym przepływie

Należy wykonać pięć pomiarów wydatku wody Q w czasach T. Następnie przeprowadza się to samo badanie przy odwrotnym kierunku przepływu wody. Współczynnik filtracji kt przy temperaturze t oblicza się ze wzoru kT=k10*(0,7+0,03T). Próbki o naruszonej strukturze narusza się bezpośrednio w pierścieniu aparatu do gęstości odpowiadającej zagęszczeniu gruntu w badanym nasypie. Dalszy przebieg badania tak samo jak dla próbek o NNS.

Pomiar współczynnika filtracji przy poziomym przepływie

Próbki do pierścienia pobiera się tak aby kierunek przepływu był zgodny z kierunkiem uwarstwienia.

Pomiar współczynnika filtracji przy ukośnym przepływie

W przypadku gruntu anizotropowego lub uwarstwionego przy ukośnym przepływie należy laboratoryjnie określić współczynnik filtracji dla kierunków pionowego i poziomego względem uwarstwienia. Do obliczeń przyjmuje się kśr = (kh*kv)^1/2

Gdzie: kh- WSP. Filtracji w kierunku poziomym

              kv- WSP. Filtracji w kierunku pionowym

Pomiary współczynnika filtracji w gruntach spoistych

W przypadku gruntów spoistych stosuje się aparaty o zmiennym spadku hydraulicznym.

Badanie polega na przepuszczaniu wody przez rurkę o średnicy = 0,2cm^2. Należy pamiętać o założeniu dodatkowych uszczelek gumowych zabezpieczających przed przepływem wody poza gruntem. Po umieszczeniu próbki w edometrze zalewa się edometr od góry i wysysa powietrze od dołu. Następnie przykłada się obciążenie oraz napełnia piezometr odpowietrzoną wodą.