УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ТОНКИХ ПРОСЛОЕК НЕСВЯЗНЫХ ГРУНТОВ

Полезная модель относится к области гражданского, промышленного и гидротехнического строительства и может быть использована для изучения фильтрационных деформаций тонких прослоек несвязных грунтов толщиной не более 10 мм, характера их разрушения и определения критического градиента, при котором наблюдается фильтрационная деформация, например, контактный выпор.
Известно устройство для модельных исследований фильтрационной прочности грунта, включающее рабочую камеру с крышкой и кассетой с испытываемым образцом, приспособление для создания напора воды и измерительное приспособление, кассета снабжена механизмом для ее перемещения в вертикальной плоскости, выполненным в виде тяг, соединенных с траверсами с регулирующими винтами и прикрепленных к основанию кассеты, на крышке рабочей камеры установлены щелемеры (АС СССР №493690, МКИ: G01m 10/00, опубл. 30.11.1975).
Недостатками аналога являются относительно небольшие размеры кассеты и слишком большая толщина образца, что позволяет определять процессы фильтрационных деформаций грунта только в раскрывшихся щелях, а не в тонких и протяженных прослойках несвязных грунтов, так как зона изучаемой фильтрационной деформации значительно больше, чем площадь кассеты. Кроме того, из-за конструкции устройства, нет возможности проведения испытаний при нижнем бьефе со свободным отводом фильтрующей через образец воды.
Известно устройство для испытаний водопроницаемости несвязного грунта, как в напорных, так и в безнапорных условиях фильтрации воды в грунте, состоящее из рабочего лотка в виде открытой сверху прямоугольной коробки с крышкой, одна из боковых стенок камеры выполнена из прозрачного материала, к торцевым решетчатым стенкам присоединены: с одной стороны - камера верхнего бьефа, а с другой - камера нижнего бьефа с водосливным отверстием, в нижней части боковой стенки рабочего лотка расположены отверстия с присоединенными к ним трубчатыми пьезометрами (Рекомендации по методике лабораторных испытаний грунтов на водопроницаемость и суффозионную устойчивость. П 49-90, ВНИИГ, Ленинград, 1991, стр. 62-63).
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемой полезной модели.
Недостатком прототипа, не позволяющим достичь поставленной цели является то, что при помощи данного устройства можно определить только коэффициент фильтрации несвязных грунтов в горизонтальном направлении, без возможности определения фильтрационных деформаций тонких прослоек с учетом пьезометрических уровней, так как отверстия с присоединенными к ним пьезометрами расположены достаточно высоко над дном лотка.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в определении характеристик фильтрационных деформаций тонких прослоек несвязных грунтов, толщиной не более 10 мм, при свободном отводе вод в нижний бьеф, с возможностью определения изменения напора по длине образца и критического градиента, при котором наблюдается фильтрационная деформация, и в фиксации динамики процесса.
Для достижения указанного технического результата в установке для определения фильтрационных деформаций тонких прослоек несвязных грунтов, содержащей рабочий лоток с крышкой, к одной из торцевых стенок которого присоединена камера верхнего бьефа, к другой - камера нижнего бьефа с водосливным отверстием, трубчатые пьезометры, подключенные по всей длине боковой стенки рабочего лотка, дополнительно трубчатые пьезометры подключены на уровне прослойки испытываемого грунта в рабочем лотке, вдоль торцевой решетчатой стенки со стороны верхнего бьефа и со стороны испытываемого образца грунта уложен геотекстиль для равномерного распределения потока воды, попадающей из камеры верхнего бьефа через решетчатую стенку на испытываемый образец и далее в камеру нижнего бьефа, имеющую свободный отвод фильтрационных вод вместе с разжиженным несвязным грунтом, съемно-передвижная крышка рабочего лотка выполнена из прозрачного материала, например, оргстекла, с нанесенной на ней сеткой для визуального наблюдения и фиксации динамики фильтрационных деформаций.
Отличительными признаками предлагаемой полезной модели является дополнительное подключение трубчатых пьезометров на уровне прослойки испытываемого грунта в рабочем лотке, укладка вдоль торцевой решетчатой стенки со стороны верхнего бьефа и со стороны испытуемого образца грунта геотекстиля для равномерного распределения потока воды, попадающей из камеры верхнего бьефа через решетчатую стенку на испытываемый образец и далее в камеру нижнего бьефа, имеющую свободный отвод фильтрационных вод вместе с разжиженным несвязным грунтом, выполнение съемно-передвижной крышки рабочего лотка из прозрачного материала, например, оргстекла, с нанесенной на ней сеткой.
Благодаря наличию этих признаков имеется возможность проведения испытаний на фильтрационные деформации по всей плоскости прослойки испытываемого грунта при достаточной протяженности рабочего лотка. Преимущество предложенной установки состоит в том, что благодаря наличию решетчатой стенки в рабочем лотке со стороны верхнего бьефа и съемно-передвижной крышке, укладываемой непосредственно на образец грунта, имеется возможность провести испытания на определение фильтрационных деформаций в прослойках, толщиной не более 10 мм. Дополнительно, конструкция камеры нижнего бьефа дает возможность провести испытания в условиях свободного отвода фильтрующей воды, а ряд встроенных в стенку рабочего лотка трубчатых пьезометров - следить за изменением напора в прослойке грунта и определять критический градиент. Кроме того, съемно-передвижная крышка выполнена из прозрачного материала с нанесенной сеткой, что позволяет визуально наблюдать и фиксировать динамику фильтрационных деформаций.
Предлагаемая установка для изучения фильтрационных деформаций тонких прослоек несвязных грунтов иллюстрируется чертежом, на котором показана ее общая схема.
Установка для изучения фильтрационных деформаций тонких прослоек несвязных грунтов содержит трубчатые пьезометры 1, приспособление для создания и измерения напора воды, подаваемой из напорного бачка 2 в камеру верхнего бьефа 3, приспособление, например, вантуз 4 для выпуска воздуха из камеры верхнего бьефа 3, решетчатая стенка 5, геотекстиль 6 для равномерного распределения расхода воды, съемно-передвижную крышку 7, выполненную из прозрачного материала, например, оргстекла, создающую возможность формирования прослоек разной толщины, съемные фиксаторы 8, рабочий лоток 9, испытываемый образец грунта 10, камеру нижнего бьефа 11.
Работа предлагаемой установки осуществляется следующим образом.
В рабочий лоток 9, выполненный из прозрачного материала, со стороны камеры верхнего бьефа 3, вдоль торцевой решетчатой стенки 5 укладывают геотекстиль 6 для равномерного распределения потока воды, далее укладывают испытываемый образец грунта 10 с заданной толщиной и характеристиками, соответствующими его естественной структуре. Испытываемый образец грунта 10, уложенный в рабочем лотке 9 прикрывают съемно-передвижной крышкой 7 рабочего лотка 9, которую закрепляют съемными фиксаторами 8. При помощи напорного бачка 2 водой, подаваемой в камеру верхнего бьефа 3, испытываемый образец грунта 10 замачивают в условиях фильтрации при среднем градиенте 0,1, пока вода не профильтрует через испытываемый образец грунта 10 до камеры нижнего бьефа 11 и трубчатые пьезометры 1 не заполнятся водой, показывая напоры в испытываемом образце 10 по всей длине рабочего лотка 9. Далее постепенно поднимается уровень воды в камере верхнего бьефа 3 при помощи напорного бачка 2, и одновременно выпускается воздух из камеры верхнего бьефа 3 при помощи приспособления (вантуза) 4 одновременно контролируют показания трубчатых пьезометров 1 и процесс фильтрационной деформации с привязкой к сетчатой разметке нанесенной на съемно-передвижную крышку 7 рабочего лотка 9.
Таким образом, предлагаемая установка для изучения фильтрационных деформаций тонких прослоек несвязных грунтов позволяет проводить испытания прослоек несвязных грунтов толщиной не более 10 мм и может быть использована для испытаний фильтрационных деформаций (контактного выпора) в напорных условиях с возможностью наблюдения за динамикой процесса. Полученные данные о критических градиентах тонких прослоек несвязных грунтов и динамики процесса фильтрационных деформаций позволят обосновать рациональную схему противофильтрационного и дренажного обустройства и защиту откосов от водной эрозии для глубоких котлованов откосного типа, проектируемых и строящихся в районах с распространением переслаивающихся водопроницаемых и водонепроницаемых слоев грунта, что позволит обеспечить безопасные условия производства работ в котлованах.