Водопроницаемость грунтов

Испытание 4-лопастным прибором (крыльчатка).

Методы разрушения призм грунта в шурфе.

Полевые сдвижные установки в шурфе.

Полевые методы определения сопротивления грунта сдвигу

Такие испытания обычно производят в глинистых (связных) грунтах, находящихся в плотном состоянии. В шурфе или котловане оставляют "целик" грунта естественной плотности и нагружая его вертикальной и горизонтальной нагрузками, производят его сдвиг, т.е. разрушение, измеряя при этом полученные деформации и усилия.

Схема испытаний связного грунта не нарушенной структуры в шурфе.

Данные испытания подобны предыдущим, однако испытания проводят для призмы грунта. В результате также определяют сдвиговые напряжения, необходимые для вычисления основных прочностных характеристик: сцепления и угла внутреннего трения.

Схема испытаний призмы связного грунта в шурфе.

Такие испытания обычно проводятся с мобильных установок, позволяя заглублять штангу с лопастной крыльчаткой на заданную глубину. Испытания могут проводиться и из скважин, что позволяет существенно снизить сопротивление штанги вдавливанию и таким образом достичь необходимой заданной глубины.Подобных испытаний можно сделать достаточно много на пятне застройки сооружения (что является их основным достоинством), однако они могут быть применены лишь только для слабых оснований.

Четырёхлопастной прибор "крыльчатка", предназначенный для испытания слабых грунтов в скважинах.

Полевые методы наиболее полно учитывают структурно-текстурные особенности грунта. Они незаменимы при исследовании торфов (крыльчатка), глинисто-щебеночных или песчано-гравелистых отложений (испытания в шурфе), взятие образцов ненарушенной структуры которых невозможно.

Их основные достоинства и недостатки:

Достоинства:

• Получение характеристик грунтов непосредственно на месте строительства объекта.

Недостатки:

• Дороговизна.
• Большая трудоёмкость.
• Получение ограниченного числа характеристик.

Специализированная автомобильная установка может выполнять несколько функций, определять прочностные и деформативные свойства грунтов на различной глубине.

В настоящие время в практике изысканий для строительства используются мобильные автоматизированные установки, оснащенные современным измерительным оборудованием. Такой автомобиль, изображенный на видео, может выполнять несколько функций, например, определять прочностные и деформативные свойства грунтов на различной глубине. Результаты измерений записываются в автоматическом режиме, что позволяет значительно сократить время проведения исследований.

В строительстве фильтрационные свойства грунта (его водопроницаемость) связаны:

• С инженерными задачами (фильтрация берегов в результате строительства плотин).
• С вопросами временного понижения уровня грунтовых вод (У.Г.В.) для осушения котлованов.

Для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов рассмотрим схему прибора, используемого в условиях лаборатории.

Схема лабораторного метода определения коэффициента пористости песчаного грунта.

Лабораторный прибор для определения фильтрационных свойств грунтов представляет собой сосуд с пористым днищем (см. схему), в который помещается песок. Сверху заливается вода и измеряется ее расход (фильтрация через образец песка) с различными интервалами времени.

Из законов гидравлики известно, что движение воды в грунтах в основном является ламинарным и подчиняется закону "Дарси", при этом количество профильтровавшей воды θ может быть определено следующим выражением:

Количество профильтровавшейся воды прямо пропорционально зависит от: времени фильтрации, площади, коэффициента фильтрации и гидравлического градиента.

Обозначения принятые в формуле:

• t – время;
• F – площадь;
• K_ф – коэффициент фильтрации;
• I – гидравлический градиент.

- определяется, как отношение напора (Н-Н₁) к пути фильтрации L.

Введем понятие скорости фильтрации, как количество профильтровавшийся жидкости в единицу времени на единицу площади, или аналитически:

Зная скорость фильтрации, не трудно дать определение коэффициенту фильтрации:

K_ф – коэффициент фильтрации – это скорость фильтрации при I = 1 (см/сек; м/сут).

Коэффициент фильтрации для различных грунтов имеет значительный диапазон изменений, так средние значения K_ф для песков и глин может отличаться на несколько порядков (см. ниже).

K_{ф.песок} = n 10^–2 см/сек

K_{ф.глина} = n 10^–8 см/сек

Для глинистых грунтов в отличие от песков, фильтрация начинается только при определенном – начальном гидравлическом градиенте I_н (см. график)

Графики зависимости скорости фильтрации от гидравлического градиента для песчаного и глинистого грунтов.

Если в глинистом грунте создается гидравлический градиент меньше начальной величины, фильтрации в грунте нет и такой грунт является водоупором.

Фильтрационные характеристики грунтов используются при:

1. Расчёте дренажа.
2. Определении дебита источника подземного водоснабжения.
3. Расчёте осадок сооружений (оснований) во времени.
4. Искусственном понижение У.Г.В.
5. Расчёте шпунтового ограждения при откопке котлованов, траншей.

Рассмотрим в качестве примера откопку котлована в песчаном водонасыщенном грунте.

Для решения данной геотехнической задачи обычно используется шпунтовое ограждение, удерживающие стенки котлована в вертикальном состоянии. Шпунт не допускает проникновение воды в котлован через стенки, однако вода будет поступать в такой котлован в обход шпунта – через днище котлована (см. схему).

Количество поступающей воды в котлован можно уменьшить (обоснованно подобрать насос для водоотлива), только изменяя гидравлический градиент , в нашем случае он определиться выражением (см. обозначения на представленном рисунке).

Схема устройства котлована в водонасыщенном песчаном грунте, с использованием шпунтового ограждения.

Тогда из выражения может быть определена длина шпунта L, обеспечивающего минимальное поступление воды в котлован.

Другая геотехническая задача – определение возможности осадки возводимого сооружения на водонасыщенных глинистых грунтах. Под фундаментом возводимого сооружения возникает область напряженного состояния в которой, если гидравлический градиент превысит значение начального гидравлического градиента для данных грунтов I > I _н, то возникнет возможность фильтрации и будут развиваться осадки.

В случае значительных гидравлических градиентов в глинистом основании возникают условия развития фильтрации, а, следовательно, осадок данного сооружения.

Если образовавшийся гидравлический градиент не превысит значение начального гидравлического градиента для данных грунтов I < I _н, то фильтрации в грунте не произойдет, а, следовательно, не возникнет и осадка данного сооружения (используется теория фильтрационной консолидации).

Дата добавления: 2014-11-29