Wyznaczenie wskaźnika wodoprzepuszczalności gruntów niespoistych w aparacie typu ITB-ZW-k2
OPIS TEORETYCZNY
Zdolność gruntu do przepuszczania wody siecią kanalików, utworzonych z jego porów, nazywa się wodoprzepuszczalnością.Opór jaki stawia grunt przepływającej wodzie przy jej przepływie, zależy w głównej mierze od:
o uziarnienia gruntów,
o porowatości gruntów,
o składu mineralnego szkieletu gruntowego i rodzaju kationu wymiennego,
o temperatury wody (lepkości).
Miarą wodoprzepuszczalności gruntu jest tzw. stała k, zwana również stałą Darcy'ego, określająca zależność między spadkiem hydraulicznym i a prędkością przepływu wody w gruncie v:
v=ki
gdzie:
v - prędkość przepływu wody [m/s],i - spadek hydrauliczny (liczba niemianowana),k - współczynnik wodoprzepuszczalności, posiada miano prędkości [m/s];
Współczynnik wodoprzepuszczalności k równy jest prędkości przepływu v przy i = 1.
Stała k jest wielkością charakterystyczną dla danego ośrodka gruntowego, określa prędkość przepływu wody przez grunt przy temperaturze t=10oC.
Stała k gruntów drobnoziarnistych (gliny, iły) dochodzić może nawet do 10-12m/s, dla żwirów przekracza niekiedy 10-3m/s i może przyjmować wartości kilku mm na sekundę.
Współczynnik wodoprzepuszczalności dla gruntów niespoistych wyznacza się w celu oceny ich przydatności w drogownictwie (podsypka pod nawierzchnię), w budownictwie (obniżenie zwierciadła wody gruntowej przy pracach fundamentowych).Znajomość stałej k dla gruntów spoistych jest potrzebna m.in. przy ekranizacji zapór ziemnych, grobli.
Współczynnik wodoprzepuszczalności oznacza się za pomocą:
o badań laboratoryjnych,
o badań polowych,
o wzorów empirycznych.
CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest określenie wodoprzepuszczalności gruntu niespoistego.
SPOSÓB WYKONANIA BADANIA
I Przygotowanie próbki do badania
Oznaczanie wykonuje się na próbkach o nienaruszonej strukturze. W razie niemożności pobrania próbki o nienaruszonej strukturze można oznaczenie wykonać na próbce naruszonej tzn. wsypanej do pierścienia. Wcześniej należy grunt wysuszyć do stałego ciężaru w temperaturze 105 - 110oC i schłodzić do temperatury pokojowej. Porowatość umieszczonej w pierścieniu próbki powinna być zbliżona do porowatości gruntu w warunkach naturalnych.
II Wykonanie badania
· należy określić rodzaj badanego gruntu w wyniku przeprowadzonej analizy makroskopowej,
· przed zamontowaniem pierścienia z próbką w aparacie należy pomierzyć wysokość i średnicę pierścienia oraz obliczyć powierzchnię przepływu A i wpisać te dane do formularza,
· ułożyć na dnie pierścienia siatkę o wymiarach oczek kwadratowych 0,2 mm,
· po wypełnieniu pierścienia gruntem, przykryciu drugą siatką i przykrywką od góry, wkładamy go do aparatu i przyciskamy obciążnikiem,
· przeciągamy na zewnątrz rurkę odpowietrzającą,
· dokręcamy cztery śruby,
· rozpoczynamy napełnianie aparatu wodą. Wodę należy doprowadzić poprzez dolny dopływ do szerszego, zewnętrznego cylindra,
· regulując dopływem (kran) i odpływem (zacisk) doprowadzamy do ustalenia się poziomu wody w zewnętrznym cylindrze na wysokości "6 cm",
· jednocześnie kontrolujemy szczelność układu przez prawidłowe dokręcenie 4 śrub,
· woda przepływająca przez próbkę "z dołu do góry" powinna po jakimś czasie (około 20 min.), wypełnić cylinder wewnętrzny a jej poziom ustali się sam na wysokości "1 cm",
· po ustaleniu się zwierciadła wody w obydwu komorach aparatu, należy wykonać pięć pomiarów objętości wody Qi (w cylindrach szklanych) w czasach Ti,
· jednocześnie dokonujemy pomiarów temperatury wody,
Rys. 1. Schemat przepływu wody "z dołu do góry"
· następnie należy przeprowadzić to samo badanie przy odwrotnym kierunku przepływu wody tzn. przepływ przez próbkę będzie się teraz odbywał "z góry na dół" . W tym celu regulując dopływem i odpływem ustalamy poziom zwierciadła wody w cylindrze wewnętrznym na wysokości "9 cm". Woda będzie teraz przepływać przez próbkę od góry i przedostanie się przez nią do cylindra zewnętrznego. Po pewnym czasie poziom wody w cylindrze zewnętrznym ustali się sam na wysokości "1 cm".
Rys. 2. Schemat przepływu wody "z góry na dół"
· podobnie jak poprzednio, lecz przy innym spadku hydraulicznym, dokonujemy pięciu pomiarów objętości wody Qi w czasach Ti,
· mierzymy temperaturę wody,
· obliczamy wyniki.
III Obliczanie wyników
Wskaźnik wodoprzepuszczalności kt przy temperaturze t [oC] należy obliczyć według wzoru:
gdzie:Q - objętość wody [m3], która przepłynęła przez próbkę w czasie T [s],A - powierzchnia przekroju próbki [m2],i - spadek hydrauliczny, Dh/h,Dh - różnica poziomów wody w cylindrach, [m]h - wysokość próbki [m],
Otrzymany wskaźnik kt należy przeliczyć w odniesieniu do temperatury 10oC według wzoru:
w którym t oznacza temperaturę wody podczas badania.
Dla wszystkich pomiarów należy obliczyć współczynnik wodoprzepuszczalności. Wyniki przy tym samym spadku hydraulicznym nie powinny się różnić więcej niż o 5%. Wartości k10 przy przepływie "od dołu" i przy przepływie "od góry" nie powinny się różnić więcej niż 10%.Ostatecznie przyjmujemy wartość k10 jako średnią arytmetyczną ze wszystkich wyników i porównujemy ją z wartościami "wzorcowymi".
3
e-lola