Устройство для определения коэффи-циЕНТА фильТРАции диСпЕРСНыХМАТЕРиАлОВ Советский патент 1981 года по МПК G01N15/08 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1

Изобретение относится к исследованию физико-химических свойств материалов, к способам определения коэффидиента фильтрации дисперсных систем, преимуществен но глинистых грунтов и может быть тфименено при подсчете запасов подземных вод, проектировании мелиоративных сооружений, прогнозировании потерь воды из водохранилищ, притока ее в строительные котлованы, горно-разведочных выработках и т.д.

Известно устройство для определени коэффициента фильтрации, содержащее вкладыш, корпус и крышку. Во вкладыш входит регулирующее кольцо, обойма, дно вкладЫша и поршень с шариком flj. I Недостатком этого устройства является большая длительность определения коэффициента фильтрации.

Известно также устройство для определения коэффициента фильтрации несвязных грунтов, содержащее цилиндр, в который помещена сетка и имеется три боковые-трубки и две трубки, расположенные выше и ниже трех первых 2.

Недостатком такого устройства является невозможность определения коэффициента фильтрации тонкодисперсных

материалов, в частности глинистых грунтов.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство,содержащее загруз.очную емкость, расположенную в полом основании и установленную на дренирующем диске, со штоком и рычажное приспособление (з.

Определение напорного градиента по способу регистрации остаточного напора после.фильтрации требует значительных затрат времени. Конструкция устройства не позволяет определять напорный градиент по адгезионному способу, требунвдему значительно меньших затрат времени.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности измерения напорного градиента по адгезионному способу.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено двумя пружинами, а шток штампа введен в замкнутую полость, образованную двумя вертикально расположенными, входящими друг в друга коаксиальными стаканами, при этом одна из пружин помещена в замкнутую полость и соединена с верхним стаканом и штоком, а вторая

прикреплена к штампу и поджата нижним стаканом, причем верхний.стакан связан механически с рычажным приспособлением.

На чертеже схематически представлено предлагаемое устройство.

Устройство состоит из загрузочной емкости (грунтовой стакан) 1, установленной в полом основании 2 на дренирующем диске 3, штампа 4 со штоком, соединенным с рычажным приспособлением, состоящим из опоры 5, укрепленной на основании б, коромысла 7, на котором нанесена шкала 8 и укреплен подвижный груз 9 через систему нажимной 10 и отрывагацей 11 пружк, и двух направляющих стаканов, верхнего 12 и нижнего 13, размещенных в верхней части крышки 14, штампового кольца 15 и штатива с воронкой 16.

Необходимость использования в конструкции прибора нажимающей и отрыванщей пружин определяется следующим.

Нажимшощая пружиНа служит амортизационным приспособлением, которое воспринимает на себя прижимающую нагрузку и плавно передает ее на штамп Отсутствие нажимающей пружины приводит к возникновению в образце водонасыщенного грунта гидродинамического удара в момент передачи прижимающей нагрузки, что приводит к нарушению-естественной структуры грунта и. искажает величину коэффициента фильтрации.

Отрывающая пружина необходима для обеспечения отрыва штампа одновремен но по всей площади его контакта с грунтом. Использование для передачи отрываклцего усилия жестко или шарн-ирно закрепленного штока или другого приспособления не обеспечивает передачу отрываклцего усилия без пере коса штампа. Наличие даже незначителного перекоса приводит к тому, что мениск смачивакл1дей жидкости (порового раствора), возникающий в момент контакта штампа с водонасыщенным rjpyHTOM, проскальзывает по смоченной поверхности штампа в сторону перекоса, значительно снижает интенсивность адгезионного взаимодействия штампа с грунтом, в результате чего снижается отрывающее усилие, а следовательно, уменьшается градиент . напора и в конечном итоге завышается искомое значение коэффициента фильтрации грунтов.

Прибор работает следующим образом. 4

Через воронку 16 в основание поЛ сти 2 заливают воду до дренирующег диска 3. Используемый грунт ненарушенного сложения помещается в загрузочную емкость (грунтовой стакан) 1 и устанавливается на дренирующий диск. На поверхность грунта помещает. ся штамповое кольцо 15 и штамп 4, на которые передается предварительная

прижимающая нагрузка, не превышающая по величине структурную прочность грунта. Нагрузка создается с помощью рычажного приспособления при передвижении подвижного груза 9 из положения равновесия влево и передается непосредственно на штамп через пружину 10 и направляющие стаканы 12 и 13.. Затем на штамп передается отрывающее усилие путем перемещения груза по корО1 ыслу вправо через отрывающую пружину 11, величина которого устанавливается по шкале 8, равной половине величины липкости (адгезии) исследуемого грунта. В момент установки згаданного отрывающего усилия включается электрическая сигнальная система, которая фиксирует время от начёша передачи отрывакицей нагрузки до момента отрыва штампа.

Коэффициент фильтрации (КФ) рассчитывают по формуле

Ф F П t 3

3 - напорный градиент, найденгденый как отношение отрывающего усилия (А), приведенного к единице площади (F) штампа и () длине пути фильтрации, равной толщине образца (1 см)

-a.JL./ .

FE

2

F п t

где

площадь штампа, см

пористость грунта,%; время отрыва, с;

V объем жидкости, необходимый для равновесного отрыва штампа, величина строго постоянная для данного материёша штампа, находится экспериментально и для стального полированного штампа площадью 10 см составляет 0,006 . Преимущество данного устройства заключается в высокой скорости определения коэффициента фильтрации при сохранении необходимой точности.

Формула изобретения

Устройство для определения коэффициента фильтрации дисперсных материалов, преимущественно глинистых грунтов, содержащее загрузочную емкocть располбженную в полом основании и установленную на дренирукидем диске, штамп со штоком и рычажное приспособление, отли чающеес я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, устройство снабжено двум пружинами, а што штампа введен в замкнутую полость, образованную двумя вертикально расположенными, входящими друг в друга коаксиальными стаканами, при этом одна

из пружин помещена в замкнутую полос и соединена с верхним стаканом и штоком/ а вторая прикреплена к штампу и поджата нижним стаканом, причем верхний стакан связан механически с 5 1чажным приспособлением. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе 1. Чаповский Е. .Г. Лабораторные

работы по грунтоведению и механике

грунтов. М., Недра, 1966, с. 100,

3. Ломтадзе В. Д. Методы лабораторных исследований физико-механических свойств горных пород. Л., Недра, 1972, с. 171 (прототип).