1. Определение степени водопроницаемости песчаного грунта в фильтрационном приборе КФ-1. ВВЕДЕНИЕ

Цель - определение коэффициента фильтрации грунта.

2. ТЕОРИЯ

Степень водопроницаемости – характеристика, отражающая способность грунтов пропускать (фильтровать через свои поры) воду и количественно выражающаяся в коэффициенте фильтрации , м/сут. Коэффициентом фильтрации  называют скорость фильтрации воды при градиенте напора, равном единице, и линейном законе фильтрации

Коэффициент фильтрации используется при определении притока воды к котлованам, дренажным и водозаборным устройствам, расчете осадки фундаментов во времени, фильтрационных потерь воды через земляные сооружения и т.д. Если пропускать воду через образец грунта площадью  и толщиной  при напоре , то за время  профильтруется вода в объеме , где  - гидравлический градиент:

Отсюда коэффициент фильтрации, см/с: .

Коэффициент фильтрации зависит от гранулометрического состава и плотности песка, температуры воды и некоторых других факторов.

Вода для фильтрации подается из мерного сосуда Мариотта 4 (рис.2.1), который автоматически поддерживает постоянный уровень воды, практически совпадающий с поверхностью песка. Поэтому напор  равен пути фильтрации , т.е.

,

таким образом,

2.1. Порядок выполнения работы в действительности

1. Сосуд 5 заполнить на 2/3 объема водой. Цилиндр с песком 1 установить на подвижную площадку 6, вращая гайку 7, опустить его в воду и выдержать до полного водонасыщения (потемнения поверхности) песка.

Рис. 2.1. Прибор для определения коэффициента фильтрации КФ-1

1 – цилиндр с песком; 2 – перфорированное дно; 3 – крышка;

4 – мерный сосуд Мариотта; 5 – сосуд (корпус прибора); 6 – подвижная

площадка; 7 – подъемный винт; 8 – испытуемый образец грунта

2. Цилиндр вынуть из сосуда, воду вылить, а подвижную площадку поднять в верхнее положение.

3. На песок положить латунную сетку, на цилиндр надеть крышку 3, и цилиндр с песком установить на площадку 6.

4. Мерный сосуд 4 заполнить водой, налить воду на латунную сетку, зажать отверстие сосуда пальцем, быстро повернуть его вверх дном и вставить в крышку прибора так, чтобы стекло касалось латунной сетки.

5. С появлением пузырьков воздуха в мерном сосуде надо одновременно взять отсчет по его шкале, заметить время по секундомерной стрелке часов и принять его за ; второй отсчет по часам взять, когда уровень воды совпадет с делением шкалы 90, результаты записать в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Результаты определения коэффициента фильтрации

Номер опыта	Объем профильтро-вавшейся воды , см^3	Продолжи-тельность фильтрации , с	Площадь прибора , см^2	Коэффициент фильтрации , см/с	Средний коэффициент фильтрации , см/с
1			25
2			25

6. Не перекладывая песок, следует повторить опыт (см. пп. 4-5). Коэффициент фильтрации вычислить с точностью до двух значащих цифр после запятой. Результаты занести в таблицу 2.1.

2.1.1. Необходимое оборудование и материалы

1. Цилиндр с песком.

2. Сосуд с внутренней подвижной площадкой.

3. Пластмассовая крышка (муфта) и латунная сетка.

4. Мерный сосуд Мариотта.

5. Колба с водой.

6. Часы с секундной стрелкой.

3. ОБОРУДОВАНИЕ

Для работы в этой лабораторной работе применяются следующие клавиши:

W, S, A, D – для перемещения в пространстве;

F2, E – аналоги средней клавиши манипулятора (при первом нажатии берется объект, при последующем – ставится);

Ctrl – присесть;

Z – визуальное приближение;

F10 – выход из программы.

Рис. 3.1. Активные клавиши клавиатуры

Рис. 3.3. Функции манипулятора

Левая клавиша манипулятора (ЛКМ) – управление объектами (в режиме манипуляции).

Средняя клавиша манипулятора (СКМ) – взять (применить) объект (в режиме манипуляции). Также данная клавиша позволяет проводить ускоренную работу с некоторыми объектами (например, ускоренное закручивание (откручивание) рукоятки тормозного устройства).

Правая клавиша манипулятора (ПКМ) – переход в режим манипуляции (управление объектами), возврат в режим навигации (перемещения по сцене).

Примечание: При появившемся курсоре невозможно перевести взгляд вверх и стороны.

3.1. Оборудование в лабораторной работе

В виртуальной лаборатории расположено следующее оборудование:

1. Деревянные ящики с грунтами.

2. Ящик для отработанного грунта.

3. Весы электронные.

4. Шпатель металлический для пересыпания песка из ящика в металлический стакан.

5. Штангенциркуль.

6. Прибор КФ-1. У прибора при выкручивании винта 7 (правая резьба) поднимается подвижная площадка 4 и цилиндр 1 выходит (практически до упора в верхнюю крышку). Мерный сосуд Мариотта 4 свободно снимается с крышки 3 (рис. 2.1).

7. Канистра с водой.

8. Мойка.

Рис. 3.3. Ящики с грунтами, шпатель

Рис. 3.4. Прибор КФ-1, штангенциркуль

Рис. 3.5. Канистра с водой, ящик для отработанного грунта

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ

4.1. Порядок действий (рекомендованный)

В стартовом положении прибор КФ-1 находится в разобранном состоянии: элементы 1, 3, 4, 5 находятся отдельно друг от друга. Винт 7 выкручен в крайнее верхнее положение (здесь и далее - рис. 2.1).

1. Измерьте внутренние диаметр и высоту металлического стакана.

2. Открутите крышку канистры с водой, саму канистру примените к стакану 5. анимировано произойдет налив воды - ¾ от объема стакана. Канистру поставьте на место, крышку закрутите.

2. Расположите металлический стакан возле ящиков. Шпатель примените к одному из ящиков с грунтом. Металлический стакан анимировано заполнится за несколько движений.

3. Подвижную площадку 6 установите на стакан 7.

4. Стакан с песком установите на подвижную площадку.

5. При помощи винта 7 опустите стакан с песком в воду до полного скрытия стакана в воде.

6. При помощи винта 7 поднимите стакан с песком из воды, поставьте его на стол.

7. Подвижную площадку положите на стол.

8. Стакан с водой примените к раковине, анимировано вода из стакана выльется в раковину. Поставьте стакан на место.

9. На стакан 5 установите подвижную площадку, на которую поместите металлический стакан с песком. Опустите металлический стакан с помощью винта 7 так, чтобы верхняя кромка стакана была на уровне подвижной площадки.

10. Латунную решетку положите сверху на песок.

11. Установите крышку 3 (муфту) на стакан с песком.

12. Откройте канистру, положите крышку на стол. Сосуд 4 примените к канистре с водой. Произойдет анимированное наполнение сосуда водой, далее канистра нальет немного воды на песок в стакане с песком. Сосуд 4 примените к прибору КФ-1. Канистру закрутите крышкой.

13. Начнется процесс истечения воды через песок, при этом в сосуде 4 через нижнее отверстие вверх будут подниматься пузырьки воздуха. Также во время процесса будет опускаться уровень воды.

Справа сверху появится меню с временным отсчетом. Там же будет находиться бегунок для масштабирования времени проведения опыта.

14. С появлением пузырьков воздуха в мерном сосуде надо одновременно взять отсчет по его шкале, заметить время и принять его за ; второй временной отсчет взять, когда уровень воды совпадет с делением шкалы 90.

По завершении процесса отсчет времени останавливается. Данные зафиксируйте.

15. Пп 12 и 13 можно повторить, не вытаскивая песок;

16. Последовательно разберите КФ-1, извлеките песок, применив металлический стакан к ящику для отработанного грунта.

17. Повторите опыт на других грунтах. Данные зафиксируйте.

18. Заполните таблицу 5.1. Коэффициент фильтрации вычислите с точностью до двух значащих цифр после запятой.

5. ОТЧЕТ

Лабораторная работа "Определение степени водопроницаемости песчаного грунта в фильтрационном приборе КФ-1"

1. Заполненная таблица 5.1.

Таблица 5.1

Результаты определения коэффициента фильтрации

Номер ящика (грунта)	Объем профильтро-вавшейся воды , см^3	Продолжи-тельность фильтрации , с	Площадь прибора , см^2	Коэффициент фильтрации , см/с	Средний коэффициент фильтрации , см/с
1			25
2			25
3			25

Выполнил (ФИО студента, группа, дата)

_________________________________________________________________________________________________________________________________________

Принял (ФИО преподавателя, дата)

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называют фильтрацией? В чем ее отличие от миграции?

2. Запишите формулу закона Дарси.

3. Что такое градиент напора? Какова его размерность?

4. Что такое коэффициент фильтрации?

5. Укажите характерные значения коэффициента фильтрации песка.

6. В каких грунтах начальный градиент напора не равен нулю?

7. Назовите методы, которыми можно пользоваться при определении коэффициента фильтрации грунтов в полевых условиях?

8. Для чего служит пьезометр?

10. Почему при равном значении коэффициента пористости песка и глины коэффициент фильтрации второго грунта на несколько порядков ниже?

11. Какой грунт лучше фильтрует воду – песчаный или глинистый, почему?

7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бородавкин П.П. Механика грунтов в трубопроводном строительстве: Учебник для вузов / П.П. Бородавкин. - 2-е издание, перераб. и дополнен. - М.:Недра, 1986

2. Далматов Б.Н. Механика грунтов, основания и фундаменты / Б.Н. Далматов.- М.:Стройиздат, 1988

3. Механика грунтов, основания и фундаменты: Учебное пособие для строительных вузов / [С.Б. Ухов и др.]. - 2-ое изд., перераб. и доп. - М.:Высш. шк., 2002.- 566с.:ил.

4. Цытович Н.А. Механика грунтов / Н.А. Цытович. - М.:Высшая школа, 1980

8. АВТОРЫ

Лабораторная работа «Определение степени водопроницаемости песчаного грунта в фильтрационном приборе КФ-1» по дисциплине "Механика грунтов, основания и фундаменты"

Методическое обеспечение: Пульников С.А., доцент кафедры "Транспортные и технологические системы"

Редактор: Яковлев О.В.

3D-графика: Елесин А.С.

Script-программирование: Баканов А.А.