С.М. Простов Определение физических свойств грунтов

20

ния грунта, о чем свидетельствует появление воды в верхней части прибора.

5.С помощью рычажного устройства 4 прикладывают к образцу заданную вертикальную нагрузку, присоединяя к рычагу груз с массой m, и выдерживают под ней образец до условий стабилизации осадка. Затем открывают кран у воронки и подвергают образец напорной фильтрации при определенном (заданном) напоре Н. Напор Н отсчитывают от уровня воды на стеклянной трубке до оси верхней выводной трубки 6.

6.Отмечают с помощью секундомера время, в течение которого уровнь воды в трубке понизится на определенную величину y, например 5 или 10 см.

7.Величину коэффициента фильтрации КФ вычисляют по формуле (в см/с)

КФ = 0,01565 Б/tτ,

(8)

где t – продолжительность опыта, с; τ = 0,7 + 0,03Т – поправка за температуру Т воды; Б – промежуточный параметр:

Б = [-ln(1-y/H)],

(9)

у – падение уровня воды в напорной трубке, см; Н – первоначальная высота напора, см.

Для расчета величины коэффициента Б при разных значениях у и Н используют табл. 11, а величины температурной поправкиτ –табл. 12.

Таблица 11 Величины коэффициента Б при различных значениях у и Н

	Падение	Начальная высота напора воды Н, см
	уровня воды	30	40	50	60
	у, см
	1	0,03391	0,02532	0,02021	0,01681
	2	0,06899	0,00513	0,04083	0,03391
	3	0,10537	0,07790	0,06188	0,05130
	4	0,14311	0,10537	0,08339	0,06899
	5	0,18233	0,13354	0,10537	0,08701

21

	Падение	Начальная высота напора воды Н, см
	уровня воды	30	40	50	60
	у, см
	6	0,22315	0,16252	0,12784	0,10537
	7	0,26571	0,19238	0,15083	0,12405
	8	0,31016	0,22315	0,17436	0,14311
	9	0,35668	0,25490	0,19846	0,16252
	10	0,40547	0,28769	0,22315	0,18233

Таблица 12

Величины температурных поправок τ

	Температура			0		1	2	3		4	5		6		7			8	9
	воды Т, °С
	τ			0,7		0,73	0,76	0,79		0,82	0,85		0,88		0,91			0,94	0,97
	Температура			10		11	12	13		14	15		16		17			18	19
	воды Т, °С
	τ			1		1,03	1,06	1,09		1,12	1,15		1,18		1,21			1,24	1,27
	Температура			20		21	22	23		24	25		26		27			28	29
	воды Т, °С
	τ			1,3		1,33	1,36	1,39		1,42	1,45		1,48		1,51			1,54	1,57
	Температура			30		31	32	33		34	35		36		37			38	39
	воды Т, °С
	τ			1,6		1,63	1,66	1,69		1,72	1,75		1,78		1,81			1,84	1,87
	Измерения повторяют при трех значениях m.
	8. Результаты фиксируют в табл. 13.																	Таблица 13
	Высота	Масса				Падение			Продолжи-				Б			Коэффициент
	напора	груза			уровня воды				тельность						τ		фильтрации
	Н, см	m, кг				у, см			опыта t, с									КФ, см/с
		m1
		m2
		m3

Строят график зависимости КФ (m) и относят грунт к одному из типов по водопроницаемости (табл. 4).

22

Лабораторная работа № 8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ

1.Из корпуса прибора КФ-ООМ СПЕЦГЕО (рис. 8) извлекают фильтрационную трубку. Снимают с фильтрационной трубки муфту 2 с латунной сеткой 3 и мерным баллоном 1.

2.При испытании песчаных грунтов нарушенной структуры рекомендуется коэффициент фильтрации грунтов определять дважды: при рыхлом их сложении и при максимально плотном. Наполнение металлического цилиндра для первого случая производится простым насыпанием грунта до необходимой высоты. Во втором случае наполнение грунтом ведут слоями толщиной 1-2 см с легкой трамбовкой.

Если требуется определить коэффициент фильтрации грунтов с ненарушенной структурой, то с цилиндра 5 снимают дно 6 с латунной сеткой 7 и цилиндр в вертикальном положении задавливается непосредственно в грунт.

3.После заполнения цилиндра грунтом в корпус 10 наливают воду

ивращением винта 8 поднимают подставку 11 до совмещения отметки 1 на планке 4 напорного градиента с верхним краем крышки 9.

4.На подставку 11 устанавливают фильтрационную трубку с испытуемым грунтом. Вращением винта 8 медленно погружают фильтрационную трубку с грунтом в воду до отметки напорного градиента J = 0,8. В таком положении оставляют прибор до момента появления влаги в верхнем торце цилиндра, о чем судят по изменившемуся цвету грунта.

5.Помещают на грунт латунную сетку 3, одевают на трубку муфту 2 и вращением винта 8 опускают фильтрационную трубку в крайнее нижнее положение.

6.Заполняют мерный баллон 1 водой, предварительно измерив ее температуру, зажимают отверстие большим пальцем и, быстро опрокинув, вставляют в муфту фильтрационной трубки так, чтобы горлышко баллона соприкасалось с латунной сеткой.

Втаком виде мерный баллон автоматически поддерживает над грунтом постоянный уровень воды в 1-2 мм. Как только этот уровень вследствие просачивания воды через грунт понизится, в мерный баллон прорывается пузырек воздуха и соответствующее количество воды вытекает из него. Этим достигается постоянство напорного градиента. Ес-

23

ли в мерный баллон прорываются крупные пузырьки воздуха, это свидетельствует о том, что горлышко баллона отстоит на значительном расстоянии от поверхности грунта. В этом случае необходимо баллон опустить ниже на 1-2 мм и добиться того, чтобы в него равномерно поднимались мелкие пузырьки воздуха.

7.Устанавливают планку 4 на градиент J = 0,6 и доливают воду в корпус 10 до верхнего края.

8.Отмечают на шкале уровень воды в мерном баллоне, включают секундомер и по истечении интервала времени t = 50-100 с для среднезернистых грунтов и t = 250-500 с для глинистых песков замечают второй уровень воды в мерном баллоне 1, что дает возможность определить расход воды Q, профильтровавшейся через грунт. Для получения средней величины коэффициента фильтрации повторяют замеры расхода воды при различных положениях уровня воды в мерном баллоне.

9.Опустив цилиндр с грунтом в крайнее положение, снимают мерный баллон 1, заполняют его водой и вновь вставляют в муфту 2.

10.Устанавливают планку 4 на напорный градиент J=0,8. Далее поступают согласно п. 8. Так производят определение любого напорного градиента. Для случая J = 1,0 телескопическим приспособлением можно не пользоваться, тогда фильтрационная трубка ставится на любую ровную поверхность.

11.По данным опыта производят расчет коэффициента фильтрации КФ (в см/с), приведенного к температуре 10ºС, по формуле

	КФ=	Q 864		,	(10)
		t F J	r

где Q – расход воды, мл; F – площадь поперечного сечения цилиндра, F = 25 см2; t – время, с; J – напорный градиент; r – температурная поправка (0,7+0,03 tº); tº – температура фильтрующейся воды, град.

Все данные записывают в табл. 14.

			Таблица 14
Напорный градиент J	0,6	0,8	1,0
Расход воды Q, мл
Продолжительность опыта, с
Коэффициент фильтрации, см/с

По результатам трех измерений определяют среднее значение КФ.

24

6. Порядок работы

Для выполнения работы в учебной подгруппе формируются звенья по 3-4 студента. Каждое звено по заданию преподавателя выполняет самостоятельную лабораторную работу по определению одного физического показателя породы, рассмотренного в п. 5. По окончании работ звено студентов представляет коллективный отчет (п. 8). Преподаватель (лаборант) выдает студентам образцы грунтов для испытаний, техническую документацию, а также контролирует правильность выполнения работы.

По окончании работ приборы разбирают, все детали промывают чистой водой и вытирают насухо. Сухие приборы собирают и укладывают в футляр.

7. Правила техники безопасности

7.1.Сушильный шкаф должен быть заземлен.

7.2.Пользоваться приборами, входящими в состав лабораторного комплекса на грунтах, насыщенных каменистыми, металлическими и другими твердыми включениями, не допускается.

7.3.Не допускается прилагать чрезмерные усилия при производстве замеров и при укладке приборов в пружинные зажимы футляров.

8.Требования к отчету

Отчет по каждой лабораторной работе оформляют на отдельном листе формата А4 с рамкой и малым штампом.

Отчет должен содержать следующие компоненты:

-цель работы;

-обработанные результаты, представленные в виде таблиц, графи-

ков;

- вывод о типе грунта в соответствии с указаниями конкретной лабораторной работы.

Каждый студент звена дает письменные ответы на 3 контрольных вопроса (п. 9) по заданию преподавателя. Отчеты по лабораторным работам № 1-8 и все ответы на вопросы снабжают титульным листом и сшивают.

25

9. Контрольные вопросы

1.Назовите основные физические свойства песчаных и глинистых горных пород.

2.Требования, предъявляемые к отбору проб горных пород для изучения их физических свойств.

3.Что такое гранулометрический состав породы?

4.Что такое контролирующий и действующий диаметр частиц?

5.На какие фракции делят грунты при определении гранулометрического состава?

6.Назовите основные способы изображения гранулометрического состава в графическом виде.

7.Что характеризует коэффициент неоднородности грунта?

8.При каких из перечисленных коэффициентов неоднородности грунт считается неоднородным: 1, 2, 3, 5, 7?

9.Объясните следующие понятия: плотность, плотность скелета, плотность минеральной части.

10.Какая из перечисленных выше плотностей будет иметь наибольшее значение и почему?

11.Что такое влажность породы, в каких единицах она измеряет-

ся?

12.Какие условия необходимы для определения естественной влажности горной породы.

13.Что такое консистенция грунтов?

14.Применим ли термин "консистенция" для песчаных грунтов?

15.Порядок определения предела текучести глинистых грунтов.

16.Как изменится консистенция глинистых грунтов при увеличении их влажности?

17.Классификация грунтов по показателю текучести.

18.Что выражает влажность на границе раскатывания и влажность на границе текучести?

19.Порядок определения предела пластичности глинистых грун-

тов.

20.Классификация грунтов по числу пластичности.

21.Угол естественного откоса и угол внутреннего трения – тождественны ли эти понятия?

22.Назовите приборы для определения основных физических свойств грунтов.

26

23.Что такое коэффициент фильтрации грунтов?

24.Можно ли определить коэффициент фильтрации с помощью прибора КФ-ООМ СПЕЦГЕО для градиента напора, равного 3?

25.Классифицируйте грунты по значению коэффициента фильтра-

ции.

26.Какую размерность имеет напорный градиент?

27.Используя схему прибора КФ-ООМ СПЕЦГЕО (рис. 8) поясните, за счет чего изменяется напорный градиент.

28.От каких факторов зависит коэффициент фильтрации грунтов?

29.Порядок определения коэффициента фильтрации при помощи компрессионного прибора.

30.Как изменяется водопроницаемость грунтов при изменении их гранулометрического состава?

31.Расставьте в порядке уменьшения коэффициента фильтрации следующие разновидности грунтов: песок пылеватый, суглинок, гравий, песок средней крупности, глина, песок крупный.

32.Почему при определении коэффициента фильтрации грунтов вводится поправка за температуру воды?

33.Для каких целей используют изученные физические свойства грунтов в строительной геотехнологии?

Составители

Сергей Михайлович Простов Евгений Владимирович Костюков

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ

Методические указания к лабораторной работе по дисциплине "Методы и средства геоконтроля" для студентов специальности 070600 "Физические процессы горного производства"

Редактор А.В. Дюмина

Подписано в печать 02.06.03 Формат 60×84/16.

Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд. л. 1,7. Тираж 50 экз. Заказ ГУ КузГТУ.

650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография ГУ КузГТУ.

650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4А.