Способ определения коэффициента фильтрации грунта Советский патент 1991 года по МПК G01N15/08 E02D1/00 

Изобретение относится к строительству, а именно определению коэффициента фильтрации глинистого грунта в лабораторных условиях.

Цель изобретения - повышение точности определения путем создания начального напряженно-деформированного состояния грунта.

На фиг.1 дана расчетная схема для со- . здания в грунте начального напряженно-деформированного состояния; на фиг.2 - схема стабилометра для осуществления способа; на фиг.З - графики изменения дав- ления-в поровой воде PW во времени t.

Стабилометр состоит из жесткой герметичной камеры 1 с втулкой 2. в которой имеется нагрузочный шток 3, передающий

внешнюю нагрузку Р через верхний штамп 4 на испытуемый образец 5 грунта, заключенный в резиновую оболочку 6, нижнего перфорированного штампа 7, через который внутрь образца 5 введена тонкая перфорированная игла 8, соединенная трубопроводом 9 с датчиком 10 для замера перового давления. Боковое давление на образец 5 создается пневмогидравлической системой, включающей волюмометр, состоящий из стеклянной трубки 11 со шкалой 12, соединенный с камерой 1 трубопроводом 13, рессивер 14 с манометром 15, соединенный с волюмометром трубопроводом 16 с краном 19. Разделительный бачок 20 с водой 21 соединен трубопроводом 22 с краном 23 и с нижним перфорированным штампом

О О

ГО

XJ

7. Давление в разделительном бачке 20 создается сжатым воздухом, поступающим по трубопроводу 24 с краном 25 от компрессора 26 и измеряется манометром 27. Индикатором 28 часового типа измеряется осевая деформация.

Из массива грунта с глубины Н отбирают пробу грунта в состоянии А, которая находится ниже уровня грунтовых вод на глубине Hw. В атмосферном воздухе образец грунта имеет новое разуплотненное состояние В (фиг.1).

После отбора образца грунта в лабораторных условиях определяют следующие показатели физических свойств грунта: удельную плотность грунта ps, объемную плотность грунта р, влажность W, пористость п, коэффициент пористости е и степень влажности грунта Sro.

Затем образец 5 грунта помещают в камеру 1 стабилометра (фиг.2), через нижний перфорированный штамп 7 вводят в него тонкую перфорированную иглу 8 и соединяют датчиком замера давления в поровой воде. Боковое давление, созданное сжатым воздухом, поступающим от компрессора 17 по трубопроводу 18 при открытом крае 19 в ресивер 14, и устанавливаемое по манометру 15, передается через жидкость в волюмо- метре по трубопроводу 13 в камеру 1 образец 5. Осевое давление Р на обрзгец 5 передается через нагрузочный шток 3 в вер хний штамп 4. Гидростатическое давление в поровой воде образца создают жидкостью, поступающей по трубопроводу 22 при открытом крае 23 из разделительного бачка 20, в котором давление на воду 21 создают сжатым воздухом, поступающим при открытом кране 25 по трубопроводу 24 от компрессора 26, которое устанавливают по манометру 27. На первом этапе испытания образец грунта уплотняют нагрузкой, равной весу столба грунта в массиве выше уровня грунтовых вод. Образец уплотняют всесторонним изотропным давлением Aoi До2 Ааз ( Н - Hw )p (фиг.1), где Н - глубина отбора монолита из массива; Hw - глубина отбора монолита ниже уровня грунтовых вод;р- плотность грунта. Образец выдерживают под нагрузкой до условной стабилизации объемной деформации грунта. За критерий условной стабилизации объемной деформации образца грунта принимают приращение относительной объемной деформации, не превышающее 0,0003 для глины за 12 ч.

На втором этапе испытаний образец грунта уплотняют нагрузкой, равной весу столба грунта в массиве ниже уровня грунтовых вод. Образец уплотняют всестороннимизотропнымдавлением

Да ДоЈ ДоЗ Hwp (фиг.1). Одновременно с приложением уплотняющей нагрузки на жидкость в образце грунта передают давление, равное гидростатическому в месте отбора образца, PWo HW/OW (фиг.1), где PW- плотность воды. Образец выдерживают

под нагрузкой до равенства давления в датчике 10 замера перового давления и в разделительном бачке 20, что соответствует равномерному распределению давления в поровой воде по всему объему образца. В

процессе опыта осевые деформации образца определяют индикатором 28 часового типа, объемные деформации определяют при помощи волюмометра по объему вошедшей или вытесненной воды из камеры 1, Изменение давления в поровой воде во времени устанавливают датчиком 10 замера порово- го давления.

По экспериментальным данным Строят график изменения во времени давления в

поровой воде (фиг.З, кривая 1).

Задаются различными значениями коэффициента фильтрации грунта и решают для различных моментов времени уравнение

Рук - Hw/Xv Ь

4 (сгДу -HwAv)

71

X

5

со

х 2

т - 1,3.5

JL

m

sin

mnZ л - m21

2h

Г

0

где а - тотальное напряжение в образце, равное природному давлению в месте отбора образца в массиве грунта, МПа;

j$ti- коэффициент перового давления;

h - высота образца, см;

Hw - высота столба воды над точкой отбора образца в массиве грунта, см;

РН- плотность воды, г/см3;

Z - координата точки определения давления в поровой воде по вертикальной оси;

50

N

JT Су 4п2

где t - время,

Cv

Кф

- коэффициент

/Ow (mv +mw j

консолидации грунта;

- коэффициент фильтрации грунта;

rriv - коэффициент относительной сжимаемости скелета грунта;

mw Коэффициент сжимаемости поро- вой воды,

Коэффициент сжимаемости поровой воды определяется по формуле

m - ( Sr S; )1

.,

где SV-начальная степень влажности грун- та;

- текущая степень влажности;

A/OW- изменение давления в пороаой воде.

Степень влажности Sr образца грунта определяется ло формуле

Sr -

PW/PW

(1 -а)( Pw/Pw-l) + 1/Sr

где SV - степень влажности при давлении в поровой воде P w;

а- коэффициент растворимости Генри;

- текущее значение давления в поровой воде;

P w - предыдущее значение давления в поровой воде.

По расчетным данным строят графики изменения давления в поровой воде во времени при различных коэффициентах фильтрации грунта (фиг.З, кривая 2).

На полученные расчетом теоретические кривые накладывают экспериментальную кривую и по совпадению одной из теоретических кривых с экспериментальной определяют величину коэффициента фильтрации грунта.

Пример. Проведена серия испытаний на образцах нарушенной структуры глинистого грунта с физическими свойствами: плотность грунта/ 2,01 г/см3, плотность твердых частиц грунтар$ 2,7 г/см3, влажность w 0,212,.степень влажности Sro 0,914, коэффициент пористости ,626. На первом этапе образец уплотняют всесторонним изотропным давлением до уровня 0,28 МПа. На втором этапе уплотняющее всестороннее изотропное давление на образец доводят до уровня 0,8 МПа и одновременно на поровую жидкость в об

5

д

55

0

0

Q

5

0

разце создается гидростатическое давление до уровня ,26 МПа. Получен коэффициент фильтрации грунта см/с. По известной методике Кф 5-108 см/с. Сравнение результатов испытаний глинистых грунтов по известному и предлагаемому способам показывает, что коэффициент 4 мльтрзции, определенный по предлагаемому способу, на порядок выше коэффициента фильтрации, определенного по известному способу.

Таким образом, применение предлагаемого способа обеспечивает повышение точности определения коэффициента фильтрации, что позволяет с большей достоверностью прогнозировать величину и время осадки возводимых на глинистых грунтах зданий и сооружений, правильно устанавливать темпы возведения и пуска их в эксплуатацию.

Формула изобретения

Способ определения коэффициента фильтрации грунта, включающий отбор образца грунта из массива, размещение его в приборе, приложение нагрузки к образцу в условиях дренирования с выдерживанием до стабилизации деформаций, подачу жидкости в образец под постоянным давлением с измерением порового давления и деформаций образца и расчет коэффициента фильтрации по формуле, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности определения путем создания начального напряженно-деформированного состояния грунта, Сначала к образцу прикладывают нагрузку, по величине равную весу столба грунта в массиве выше уровня грунтовых вод, а после стабилизации деформаций - нагрузку, по величине равную весу столба грунта в массиве от уровня грунтовых вод до глубины отбора образца, при этом подачу жидкости в образец производят под давлением, равным гидростатическому в массиве грунта на глубине отбора образца, одновременно с приложением к нему нагрузки, по величине равной весу столба грунта в массиве от уровня грунтовых вод до глубины отбора образца.

, - о,

ZIx

У///У////////Я/7

///

0

/||| | |||/||| |

ч1 $ J S $

i §. m $ -и % «

1

N

/

Y I а-, ц,

$« $ Н т § «I в Ч и ii ID $

Ш

У///77/7А У/Х/77Х/////.

S3

5S

Q

№

ES

Cb

/7

////////.

СЬ

Н

%

О)

а

от го -J

л

- NJ

fiw HwPw

Фиг.З

Изобретение относится к строительству, к определению коэффициента фильтрации грунта на образцах. Цель изобретения - повышение точности определения путем создания начального напряженно-деформированного состояния грунта. При определении коэффициента фильтрации грунта (КФ) образец, отобранный в массиве с глубины H, размещают в стабилометре, прикладывают к нему нагрузку σ, сначала равную по величине массе столба грунта в массиве выше уровня грунтовых вод (УГВ), Σ = ρ(H - H_W), а затем - массе столба грунта в массиве от УГВ до глубины H, Σ = ρ^.H_W, одновременно с приложением нагрузок в образец подают воду под гидростатическим давлением, P_W = H_Wρ_W, где ρ и ρ_W - соответственно плотность грунта и воды, г/см³. 3 ил.