УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ГРУНТА

Полезная модель относится к механике грунтов и может быть использована для определения фильтрационной способности и порогового градиента напора для различных типов грунтов в лабораторных условиях.
п
п
п
Фильтрационная способность грунта - это зависимость удельного расхода профильтровавшейся воды через образец грунта от градиента напора. Для достаточно уплотненного образца грунта при малых градиентах напора эта зависимость имеет нелинейный характер, и для многих типов грунтов существует такое значение градиента напора (так называемый пороговый градиент напора I), что для напоров I, меньших I (то есть для 0≤I≤I), фильтрация прекращается (Б.И.Долматов. Механика грунтов, основания и фундаменты. - Ленинград, 1988, с.38-39). В таких случаях закон фильтрации Дарси не применим, и вместо измерения одного параметра - коэффициента фильтрации - необходимо определять фильтрационную способность грунта.
Известно устройство для определения коэффициента фильтрации, содержащее напорный бак с водоподающей, водоотводящей и сливной трубками, фильтрационный прибор с камерой, фильтрационными дисками, водосливной трубкой и мерным цилиндром для замеров фильтрационных расходов воды (Методическое пособие по инженерно-геологическому изучению горных пород. Под ред. Е.М.Сергеева, 1984, М.: Недра, т.2, Лабораторные методы, с.246-247).
Недостатками устройства являются: относительно небольшая точность измерений, работа в режиме одного постоянного напора, пригодность для конкретного типа грунта, а так же отсутствие возможности определения фильтрационной способности грунта.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для определения коэффициента фильтрации грунтов (RU 2011964 С1, МКИ G01N 15/08, опубл. 30.04.94.), включающее систему водоподачи, водовыпуск, приспособление для замеров расходов фильтрационной воды, выполненное в виде мерного сосуда с поплавком, на оси которого жестко закреплено перо самописца и часового механизма с лентой для записи, а система водоподачи снабжена уравнительным бачком, причем оба бачка установлены с возможностью перемещения вдоль вертикальных стоек и фиксации в заданных положениях.
Недостатками устройства являются: громоздкость и сложность изготовления, относительно небольшой интервал изменения градиента напора, отсутствие возможности определения фильтрационной способности грунта и порогового градиента напора.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является возможность фиксировать пороговый градиент напора для широкого диапазона типов грунтов, изменять напряженно-деформируемое состояние (НДС) и определять фильтрационную способность исследуемого образца грунта.
При осуществлении полезной модели поставленная задача решалась за счет достижения технического результата, который заключается в повышении чувствительности и точности измерений, возможности работы с малыми градиентами напора, возможности определения фильтрационной способности и порогового градиента напора при различных НДС образца грунта.
Указанный технический результат достигается тем, что установка для определения фильтрационной способности грунта содержит секцию трубы с отверстием, в которой расположена не пропускающую воду эластичная оболочка, причем эластичная оболочка имеет отверстие, которое совпадает с отверстием в секции трубы. К этому отверстию подключен водосливной шланг так, что его стык с эластичной оболочкой герметичен. В эластичной оболочке выше уровня водосливного шланга находится дренирующий материал, укрытый нижним фильтром с нулевым сопротивлением. На нижний фильтр с нулевым сопротивлением помещен образец грунта, который укрыт верхним фильтром с нулевым сопротивлением. К верхнему фильтру с нулевым сопротивлением подведен водоподающий шланг, стык которого с эластичной оболочкой загерметизирован при помощи как минимум одной резиновой манжеты. К водоподающему шлангу подключен расширительный бак, а водосливной шланг находится над сосудом, установленным на электронных весах чувствительностью не более 0,01 г. Для изменения напряженно-деформируемого состояния образца грунта установка имеет поршень и загружающий шток.
На фиг.1 представлена схема установки. На фиг.2 представлен разрез 1-1 фиг.1.
Установка содержит секцию трубы 1 с отверстием, в которой расположена не пропускающая воду эластичная оболочка 2 для предотвращения потерь давления, к которой подключен водосливной шланг 3, выше которого находится дренирующий слой 4, накрытый нижним фильтром с нулевым сопротивлением 5. В оболочку 2 помещен образец грунта 6, укрытый верхним фильтром с нулевым сопротивлением 7, к которому подведен водоподающий шланг 8. Стык водоподающего шланга 8 с эластичной оболочкой 2 загерметизирован при помощи как минимум одной резиновой манжеты 9, причем свободный конец водоподающего шланга 8 соединен с расширительным баком 10, в котором поддерживается постоянный уровень воды при помощи водяного насоса малой мощности 11, помещенного в уравнительный бак 12. В расширительном баке 10 выполнено два отверстия на разной высоте, причем в верхнее отверстие через трубку 13 насос 11 подает воду из уравнительного бака 12, а через трубку 14, которая подключена к нижнему отверстию, излишки воды поступают обратно в уравнительный бак 12. Расход профильтровавшейся через образец грунта воды определяется взвешиванием сосуда 15, в который она поступает, на электронных весах 16 (чувствительность весов не более 0,01 г) и последующим переводом массы в объем. Электронные весы 16, расширительный бак 10 и уравнительный бак 12 закреплены на стенде 17 с возможностью свободного вертикального перемещения и фиксации в заданных положениях относительно измерительной шкалы 18. Для изменения НДС исследуемого образца грунта установка имеет поршень 19 и загружающий шток 20.
Установка работает следующим образом.
2
Эластичную оболочку 2 помещают в секцию трубы 1 так, чтобы выполненное в них отверстие совпадало. Через это отверстие подключают водосливной шланг 3, обеспечивая герметичность стыка эластичной оболочки 2 и водосливного шланга 3. На дне эластичной оболочки 2 выше водосливного шланга 3 устанавливают дренирующий слой 4, на который укладывают нижний фильтр с нулевым сопротивлением 5. Образец грунта 6 с площадью поперечного сечения до 2500 см и с отношением диаметра d к высоте h от 1:2 до 1:5 помещают в эластичную оболочку 2 и накрывают верхним фильтром с нулевым сопротивлением 7, подключают водоподающий шланг 8, герметично соединенный одним концом с оболочкой 2 при помощи резиновой манжеты 9, другим - с расширительным баком 10. Устанавливают расширительный бак 10 и водосливную трубку 3 на одном уровне по вертикали, наполняют водоподающий шланг 8 и расширительный бак 10 водой и при помощи насоса малой мощности 10 обеспечивают в расширительном баке 10 постоянство уровня. По истечении некоторого времени разница уровней воды в расширительном баке 10 и водосливной трубке 3 свидетельствует о наличии и величине порогового градиента напора. Затем водосливную трубку 3 ступенчато опускают вертикально вниз относительно измерительной шкалы 18, устанавливая требуемый градиент напора, и фиксируют расход (при каждом положении водосливной трубки 3) профильтровавшейся через образец грунта воды взвешиванием сосуда 15 на электронных весах 16, при этом уровень воды в расширительном баке 10 постоянный.
Для изменения напряженно-деформируемого состояния этого же образца грунта на него действуют внешней сжимающей нагрузкой N, которая передается через загружающий шток 20 на поршень 19, имитируя заглубленность исследуемого образца грунта от дневной поверхности и/или изменение до и после построечных условий строительной площадки. После этого вновь определяется зависимость расхода воды в единицу времени от градиента напора способом, описанным выше.
Установка для определения фильтрационной способности грунта отличается простотой изготовления, надежностью, высокой чувствительностью и точностью измерений, возможностью работы с малыми градиентами напора, возможностью определения фильтрационной способности и порогового градиента напора при различных НДС исследуемого образца грунта.