Stanovení koeficientu pískové filtrace | Filtrační koeficient

Koeficient půdní filtrace Kf je rychlost, kterou voda prochází půdou. Koeficient pískové filtrace Kf se číselně rovná rychlosti vody procházející pískem při jednotkovém tlaku a měří se v metrech za den. K se často používá ve výpočtech₁₀ – filtrační koeficient normalizovaný na teplotu vody 10 °C.

V praxi je stanovení součinitele filtrace nejvíce žádané při stavbě silnic a letišť při výstavbě drenážních vrstev z písčitých zemin, protože hodnota součinitele filtrace použitých zemin by se měla pohybovat v rozmezí 1-2 m/den.

Pro stanovení koeficientu filtrace zemin a zejména koeficientu filtrace písku se používají metody stanovené v GOST 25584-2016. Podívejme se na hlavní body této analýzy.

Naše laboratoř pracuje především s písky používanými na stavbu silnic, proto se další prezentace materiálu bude týkat této skupiny zemin.

Stanovení koeficientu filtrace začíná určením dalších dvou charakteristik písčité půdy, a to: maximální hustota и optimální vlhkost v souladu s GOST 22733-2016. K provedení testu k určení těchto charakteristik použijte zařízení SOYUZDORNII, které je schematicky znázorněno níže.

1 – paleta; 2 — rozdělená forma; 3 – upínací kroužek; 4 – tryska; 5 – kovadlina; 6 — zátěž o hmotnosti 2,5 kg; 7 — vodicí tyč; 8 — omezující kroužek; 9 — upínací šrouby; 10 – vzorek půdy

Zkušební postup

Vzorek o hmotnosti 2500 g se odebere z písku, který byl předem vysušen a proset přes 5 mm síto.

Vypočítejte množství vody Q, g pro dodatečné navlhčení vybraného vzorku na obsah vlhkosti z prvního testu pomocí vzorce:

Kde m_p — hmotnost vybraného vzorku, g;
w_g — obsah vlhkosti proseté půdy ve stavu suchém na vzduchu, %;
w₁ — vlhkost půdy pro první zkoušku pro jemné a prachovité písky se rovná 6 %.

Vypočítané množství vody se zavádí do vybraného vzorku půdy v několika fázích, přičemž se půda promíchává kovovou špachtlí. Poté přeneste vzorek půdy z kelímku do exsikátoru nebo těsně uzavřené nádoby a udržujte jej při pokojové teplotě po dobu alespoň 2 hodin pro písčité, nesoudržné půdy.

Poté přeneste vzorek z exsikátoru do kovové nádoby a důkladně promíchejte;
– do sestavené formy ze vzorku naložte vrstvu zeminy o tloušťce 50-60 mm a rukou lehce zhutněte její povrch. Hutnění se provádí 40 údery břemene na kovadlinu z výšky 300 mm, upevněné na vodicí tyči. Podobná operace se provádí s každou ze tří vrstev zeminy, která se postupně vkládá do formy. Před naložením druhé a třetí vrstvy se povrch předchozí zhutněné vrstvy uvolní nožem do hloubky 1-2 mm. Před položením třetí vrstvy je na formu instalována tryska;
— po zhutnění třetí vrstvy vyjměte trysku a odřízněte přečnívající část zeminy v jedné rovině s koncem formy. Tloušťka vyčnívající vrstvy řezané zeminy by neměla být větší než 10 mm.

Prohlubně vzniklé po vyčištění povrchu vzorku ztrátou velkých částic se ručně zasypou zeminou ze zbylé části vybraného vzorku a zarovnají se nožem.

Válcovou část formy zvážíme zhutněnou zeminou m_i a vypočítejte hustotu půdy ρ_i podle vzorce:

Kde m_c — hmotnost válcové části formy bez půdy, g;
m_i — hmotnost válcové části formy se zhutněnou zeminou, g;
V – objem formy 400 cm3.

Z válcové části formy se odebere zhutněný vzorek zeminy. V tomto případě se vzorky odebírají z horní, střední a spodní části vzorku pro stanovení vlhkosti půdy w_i

S každým dalším testem by se vlhkost půdy měla zvýšit o 1%-2%, zatímco požadované množství vody pro další vlhkost se vypočítá pomocí vzorce (1), kde w_g a w₁ vlhkost během předchozího a následujícího testu.

Zkouška je považována za dokončenou, když se zvýšením vlhkosti vzorku během následujících dvou zkoušek dojde k trvalému poklesu hodnot hmotnosti a hustoty zhutněného vzorku půdy a také když při zasažení přes spáry formy se vytlačuje zátěž, voda nebo se uvolňuje zkapalněná zemina.

Na základě výsledků testu se sestrojí graf ρ(w).
Níže je uveden příklad grafu pro písčité půdy.

Na základě vyneseného grafu se určí maximální hustota a optimální vlhkost. Se znalostí těchto charakteristik přejdeme k přímému stanovení koeficientu filtrace.

K provedení testu použijte zařízení PKF, jehož schéma je uvedeno níže

stejně jako pěchování

Zkušební postup

— písek a voda určené ke stanovení koeficientu filtrace se uchovávají v laboratoři, dokud se jejich teplota nevyrovná s teplotou vzduchu;
— písek je vysušen do suchého stavu na vzduchu;
— prosít přes síto s otvory 5 mm a určit jeho hygroskopickou vlhkost podle GOST 5180;
— vzorek písku o hmotnosti nejméně 450 g se odebere do porcelánového šálku metodou čtvrcení;
– navlhčete vybraný vzorek pomocí odměrného válce, dokud optimální vlhkost a uchovávejte v exsikátoru s vodou alespoň 2 hodiny.

Z připraveného vzorku vlhké zeminy se odebere vzorek o hmotnosti m1 pro umístění do filtrační trubice zařízení a vzorek pro kontrolní stanovení skutečné vlhkosti půdy podle GOST 5180.

Hmotnost m1 se vypočítá podle vzorce,

kde ρ_max – maximální hustota písku stanovená dříve;
w – optimální vlhkost, stanovená dříve;
V je objem zeminy v trubce, pro PKF = 200 cm 3 .

Zařízení je připraveno k testování v následujícím pořadí:
– k trubce 6 je připevněno odnímatelné perforované dno 5 s mosaznou síťovinou 3, potažené kruhem z vysoce porézního materiálu navlhčeného vodou a umístěno na tuhé masivní podložce;
— vzorek vlhké zeminy o hmotnosti m1 se rozdělí na tři části a umístí se postupně do trubky, každou z nich zhutní pěchovadlem a provede 40 úderů nákladu z výšky 300 mm; před položením každé části se povrch předchozí zhutněné části uvolní nožem do hloubky 1-2 mm;
– změřit pravítkem vzdálenost od horního okraje trubky k povrchu zhutněné zeminy; měření se provádějí alespoň ve třech bodech; bere se v úvahu průměrná hodnota. (Pokud je výška vzorku půdy 1 v trubici větší než 100 mm, provede se dodatečné zhutnění, které je dokončeno, když je výška vzorku (100 ± 1) mm.)
— položte na povrch půdy vrstvu štěrku (frakce 2–5 mm) o tloušťce 5–10 mm;
– trubici se zeminou položte na stojan 7 a společně ji vložte do sklenice 4, která se postupně naplní vodou až po vrch;
– sklenici s hadičkou vložte do nádoby na vodu a naplňte ji do úrovně 10-15 mm nad vrstvou štěrku, poté, co se v hadici objeví voda nad vrstvou štěrku, dolijte vodu do horní části hadičky asi na 1/ 3 jeho výšky;
– vyjměte sklenici s tubou z nádoby a položte ji na tác 8.

Test se provádí v následujícím pořadí:
— přidat vodu do zkumavky alespoň 5 mm nad nulovou značku;
— počkejte, až hladina vody v piezometru 2 klesne na značku „0“ a spusťte stopky;
— zaznamenejte čas poklesu hladiny vody v piezometru na značky 10, 20, 30, 40 a 50 mm.

Pokud hladina vody klesne na 50 mm za více než 10 minut, je přípustné provést zkoušku při vyšším počátečním tlakovém gradientu. V tomto případě se trubice se stojánkem vyjme ze skla a položí přímo na tác. Počáteční výška hladiny H v tomto případě se bere 20 cm.

Na základě výsledků testu se vynese graf, na kterém je na ose Y vynesena hodnota C*t a na ose X hodnota ln(H)./(H-S)), kde
Н — počáteční výška hladiny vody v piezometru, cm; měřeno od hladiny odtoku vody;
S—pokles hladiny vody v piezometru, cm;
t je doba, za kterou hladina klesla o hodnotu S, sec;
C je konstanta zařízení PCF (v našem případě 0,1).

Níže je uveden příklad grafu.

Experimentální body na grafu by měly být superponovány na přímce vycházející z počátku, což je indikátorem správnosti testu.

Na základě vyneseného grafu se koeficient filtrace (cm/s) určí pomocí vzorce:

Filtrační koeficient normalizovaný na teplotu vody 10 °C – K₁₀ vypočítané pomocí vzorce.

kde Tf je skutečná teplota vody během zkoušky, °C;
K – vypočtený filtrační koeficient, cm/sec.