Испытания скальных грунтов: полевые методы исследования и определение коэффициента фильтрации

Определение и назначение коэффициента фильтрации

Коэффициент обозначается аббревиатурой Kf и показывает скорость потока воды в почве. Так, например, Kf песка будет равна скорости движения жидкости внутри песчаного грунта до напора, равного единице. Этот параметр измеряется в метрах в сутки.

важно, что К10 часто используется для расчетов. Это параметр фильтрации при температуре воды 10 градусов Цельсия.

Kf используется для определения прочности грунта при устройстве песочного дренажа на участках дорожного строительства и строительства аэропортов. Устройство дренажных слоев возможно только при колебаниях коэффициента в пределах 1-2 метров в сутки. Также учитывается скорость фильтрации.

Работа с коэффициентом и его практическое применение должны осуществляться с учетом ГОСТов. Так, например, используемые методы описаны в документе под номером 25584-2016.

Определение коэффициента пылеватого песка, средней крупности и др. – испытание метода

Определение коэффициента фильтрации карьера кварцевым песком проводится с помощью особого опыта с использованием простейших предметов. Этот тест измеряет глубину, на которой вода просачивается через слой песка за 24 часа.

Согласно ГОСТ 8736 этот метод следует проводить с использованием следующих инструментов:

• прибор КФ-00М;
• лабораторные весы;

Устройство КФ-00М представляет собой конструкцию, состоящую из:

• фильтрующая трубка высотой не менее 10 см и диаметром 56,5 мм;
• перфорированное дно с отверстиями;
• соединение с латунными сетками.
• мерная стеклянная бутылка.

Определение коэффициента фильтрации песка по ГОСТу:

• измерительная трубка прибора заполнена песчаным материалом;
• перфорированное дно и латунная сетка прикреплены к фильтрующей трубке. Сначала необходимо надеть на сетку пропитанную водой марлю. Само устройство устанавливается на столе или любой другой ровной поверхности;
• насыпьте песок в мерную трубку, затем промокните материал. Не забудьте засыпать песок порциями, чтобы полученное количество можно разделить на три. Перед загрузкой следующей партии слегка разрыхлите верхний слой песка в тубе ножом или другим острым предметом;
• поэтому необходимо измерять расстояние от крайней точки измерительной трубы до поверхности песка внутри нее. Уровень песка не всегда может быть одинаковым, поэтому лучше замерить в нескольких местах, а затем определить средний;
• если расстояние больше десяти сантиметров, необходимо еще немного утрамбовать песок.

На этом предварительный этап подготовки к экзамену можно считать завершенным. Затем вы можете перейти непосредственно к самому эксперименту, который позволяет определить коэффициент фильтрации песка:

• жидкость необходимо налить в мерную трубку на уровне 5 мм выше нулевой отметки;
• когда вода начинает просачиваться через перфорированное дно, необходимо отсчитывать время с помощью секундомера.

Эти манипуляции позволяют определить временной интервал, в течение которого жидкость опускается ниже уровня 5 см, который необходимо повторить не менее четырех раз, каждый раз проливая воду на 5 миллиметров выше.

Чтобы показатель был максимально точным, необходимо брать среднее значение по всем произведенным манипуляциям.

Напоминаем, что спускать жидкость по трубке ниже уровня песка категорически запрещено. В противном случае весь опыт будет бесполезен.

При использовании полусухой стяжки можно быстро сформировать основу напольного покрытия. Полусухая стяжка — это качество, скорость и эффективность.

При проведении ремонтных работ обязательно оштукатурить стены. Здесь вы узнаете, как долго сохнет штукатурка на стенах.

Бетон — это основной строительный материал при возведении любого сооружения. Здесь вы узнаете, как разбавить и каких пропорций песок и бетон.

ГОСТ 25584 содержит информацию о конкретном коэффициенте песка для каждого вида этого материала. В частности, коэффициент фильтрации илистого песка составляет от 0,1 до 2 метров в сутки. Это очень маленькая цифра, поэтому сфера применения такого материала крайне ограничена.

Установленный ГОСТ позволяет существенно упростить определение области использования того или иного вида песка. Так, карьерный песок имеет невысокую скорость фильтрации, поэтому его можно использовать только для штукатурных работ, где эти показатели не особо важны.

Характеристики

Карьерные песчинки характеризуются коэффициентом от 0,5 до 7 метров в сутки. Этот коэффициент в таблице довольно средний, поэтому такой песок нельзя использовать для масштабного строительства.

Наибольший интерес в этом плане представляет промытый песок, ведь материал тщательно обрабатывается и очищается водой. Это позволяет избавиться от примесей и глины из состава, а коэффициент фильтрации среднего песка составляет от 5 до 20 метров за 24 часа.

При этом размер песчинки не более 2,5 мм. Такой песок используется в тех видах работ, при которых наличие глинистых примесей категорически запрещено.

Размер фракции песка 1-2 мм характеризуется тем, что его производительность составляет от 1 до 10 метров за 24 часа. Этот вид песка считается наиболее предпочтительным, поэтому его используют при ремонтных и отделочных работах.

Конечно, все это влияет на его стоимость.

КФ для разных типов песка

Грунты с разными свойствами имеют разные коэффициенты поглощения воды или других жидкостей (коэффициент водопроницаемости). Точные данные приведены в ГОСТ 25584. Свойства жидкости не учитываются: основным параметром для расчетов является размер фракций песка и содержащихся в нем включений.

Коэффициент проницаемости для карьерного песка составляет 0,5-7 м / сут, так как этот строительный материал содержит много посторонних включений: глина, пыль и т.д. Все эти ненужные компоненты задерживают жидкость, поэтому при приготовлении смесей на цементной основе и ступки этот песок используется очень редко.

После того, как карьерный песок очищен водой, CV увеличивается, и качество песка улучшается. КФ в перерабатываемых песках на открытом воздухе достигает 5-20 м3 / сут, а размер средней песчаной фракции остается на уровне 1,5 мм. Такой промытый карьерный песок уже можно использовать при приготовлении бетонных и цементно-песчаных смесей.

Мелкий песок с расходом 1-10 м3 / сут широко применяется при изготовлении сухих строительных смесей — штукатурных, кладочных и т.д. При наличии в мелком песке посторонних примесей его CF значительно снижается.

Очень высокий CV в крупном песке — это материал с практически максимальной водопроницаемостью, так как между крупными зернами всегда есть воздух, через который может свободно течь вода или любая другая жидкость.

Способы определения коэффициента

На практике используются три основных метода расчета Kf грунта: лабораторный, полевой и математический. Первый осуществляется по ГОСТу № 25584-2016, второй — по ГОСТ 23278-2014.

В лабораторных условиях

ГОСТ 25584-2016 предусматривает следующий метод определения:

1. Измерьте температуру воды;
2. Поднимите баллон с землей и залейте корпус водой до краев;
3. Наполните стеклянную бутылку водой, закройте ее пальцем и выведите на стационарный режим фильтрации (главный признак — равномерное появление пузырьков);
4. Подождите, пока вода не достигнет целого числа на шкале;
5. Включите секундомер, и ранее отмеченное целочисленное значение принимается за отправную точку для фильтрации;
6. Подождите, пока уровень воды упадет до следующего целого числа;
7. Отключить секундомер;
8. Запишите время, затраченное на фильтрацию, а также объем воды, использованной для фильтрации;
9. Запишите градиент давления;
10. Повторите для градиента 0,4, а также для других значений.

После проведения всех лабораторных испытаний коэффициент рассчитывается по следующей формуле:

= ν / i,

где v и I — координаты любой точки на графике зависимости от скорости фильтрации грунта.

В полевых условиях

Согласно ГОСТ 23278-2014 на грунты для определения коэффициента фильтрации грунтов в поле с использованием котлована необходимо придерживаться следующего алгоритма:

1. Заполните инфильтрометр водой высотой от 10 до 20 сантиметров;
2. Не прерывайте подачу воды, чтобы уровень оставался одинаковым как во внутреннем, так и во внешнем кольце;
3. Измерьте расход и уровень наполнения;
4. Пробурить скважины после завершения загрузки. Далее будет отправлен образец для определения влажности.

важно вести журнал теста по мере продвижения эксперимента.

Также вы можете использовать экспериментальный метод откачки, который состоит из следующего:

1. Перед началом эксперимента измерьте уровень воды в колодце;
2. Измеряйте уровень на протяжении всего эксперимента, а также при подъеме, откачке, наполнении;
3. Измерьте уровень воды в баках;
4. Исправить гидрометеорологическую обстановку;
5. Постройте график изменения давления.

На основании полученных данных проводятся расчеты, делается вывод о коэффициенте и типе грунта.

Расчетный метод

Для реализации математического метода используется закон Дарси, который способен описывать течение жидкости в грунтах (ламинарный режим). Формула выглядит так:

v = k * степень I,

где v — скорость фильтрации, измеряемая в сантиметрах в сутки, k — коэффициент фильтрации почвы, измеряемый в сантиметрах в сутки, а gradI — градиент давления.

Градиент определяется по следующей формуле:

gradI = ч / л,

где h — перепад давления, l — длина фильтрации.

КФ для разных типов песка

Грунты с разными свойствами имеют разные коэффициенты поглощения воды или других жидкостей (коэффициент водопроницаемости). Точные данные приведены в ГОСТ 25584. Свойства жидкости не учитываются: основным параметром для расчетов является размер фракций песка и содержащихся в нем включений.

Коэффициент проницаемости для карьерного песка составляет 0,5-7 м / сут, так как этот строительный материал содержит много посторонних включений: глина, пыль и т.д. Все эти ненужные компоненты задерживают жидкость, поэтому при приготовлении смесей на цементной основе и ступки этот песок используется очень редко.

После того, как карьерный песок очищен водой, CV увеличивается, и качество песка улучшается. КФ в перерабатываемых песках на открытом воздухе достигает 5-20 м3 / сут, а размер средней песчаной фракции остается на уровне 1,5 мм. Такой промытый карьерный песок уже можно использовать при приготовлении бетонных и цементно-песчаных смесей.

Мелкий песок с расходом 1-10 м3 / сут широко применяется при изготовлении сухих строительных смесей — штукатурных, кладочных и т.д. При наличии в мелком песке посторонних примесей его CF значительно снижается.

Очень высокий CV в крупном песке — это материал с практически максимальной водопроницаемостью, так как между крупными зернами всегда есть воздух, через который может свободно течь вода или любая другая жидкость.

Различные фракции песка

CF используется для определения параметров песка. Высокая водопроницаемость определяет чистоту песка и степень пригодности для использования в строительстве, так как качество песка напрямую влияет на показатели надежности и продолжительность эксплуатации строительных объектов.

Коэффициент для чистого грунта (значения по инженерно-геологическим изысканиям)	Коэффициент для лесных земель
Глинистая почва	0,07 мм / мин 0,1 м / сутки	1,9–2,4 мм / мин (до 16,7 мм / мин)	Серая лесная почва на лёссовидной глинистой почве
Супеси и мелкозернистые песчаные почвы	0,07-1,4 мм / мин 0,1-2,0 м / сут
Песчаная мелкозернистая почва	1,4-7,0 мм / мин 2,0-10,0 м / сутки	2,4-3,9 мм / мин	Песчано-подзолистая почва
Среднезернистая песчаная почва	7,0-20,0 мм / мин 10,0-30,0 м / сут

КФ для разных типов песка

Грунты с разными свойствами имеют разные коэффициенты поглощения воды или других жидкостей (коэффициент водопроницаемости). Точные данные приведены в ГОСТ 25584. Свойства жидкости не учитываются: основным параметром для расчетов является размер фракций песка и содержащихся в нем включений.

Устройство КФ-00М

Коэффициент проницаемости для карьерного песка составляет 0,5-7 м / сут, так как этот строительный материал содержит много посторонних включений: глина, пыль и т.д. Все эти ненужные компоненты задерживают жидкость, поэтому при приготовлении смесей на цементной основе и ступки этот песок используется очень редко.

После того, как карьерный песок очищен водой, CV увеличивается, и качество песка улучшается. КФ в перерабатываемых песках на открытом воздухе достигает 5-20 м3 / сут, а размер средней песчаной фракции остается на уровне 1,5 мм. Такой промытый карьерный песок уже можно использовать при приготовлении бетонных и цементно-песчаных смесей.

Мелкий песок с расходом 1-10 м3 / сут широко применяется при изготовлении сухих строительных смесей — штукатурных, кладочных и т.д. При наличии в мелком песке посторонних примесей его CF значительно снижается.

Очень высокий CV в крупном песке — это материал с практически максимальной водопроницаемостью, так как между крупными зернами всегда есть воздух, через который может свободно течь вода или любая другая жидкость.

Различные фракции песка

CF используется для определения параметров песка. Высокая водопроницаемость определяет чистоту песка и степень пригодности для использования в строительстве, так как качество песка напрямую влияет на показатели надежности и продолжительность эксплуатации строительных объектов.

	Коэффициент для чистого грунта (значения по инженерно-геологическим изысканиям)	Коэффициент для лесных земель
Глинистая почва	0,07 мм / мин 0,1 м / сутки	1,9–2,4 мм / мин (до 16,7 мм / мин)	Серая лесная почва на лёссовидной глинистой почве
Супеси и мелкозернистые песчаные почвы	0,07-1,4 мм / мин 0,1-2,0 м / сут
Песчаная мелкозернистая почва	1,4-7,0 мм / мин 2,0-10,0 м / сутки	2,4-3,9 мм / мин	Песчано-подзолистая почва
Среднезернистая песчаная почва	7,0-20,0 мм / мин 10,0-30,0 м / сут

Как рассчитать коэффициент фильтрации песка

Песок используется для приготовления растворов и смесей (мокрых или сухих) при строительстве самых разных объектов и сооружений: от жилых домов до стратегических сооружений и для дорожного строительства, от фундаментов до влагонепроницаемых герметичных конструкций. При выборе необходимой фракции и степени очистки песка учитывается размерный модуль, наличие глинистых примесей, насыпная плотность и коэффициент фильтрации. Ориентировочные значения коэффициента фильтрации песка приведены в таблице:

Грунтовка	CF	CF
Гравий, галька	0,125–0,175	0,135-0,25
Песчаная почва	0,175-0,30	0,20-0,40
Песчаная почва	0,22-0,32	0,28-0,5
Верхний слой почвы	0,3-0,38	0,45-0,65
Глинистая почва	0,35-0,45	0,55-0,75
Грубая почва	0,25	0,35

Точное определение коэффициента фильтрации песка необходимо для выяснения его способности пропускать воду (водопроницаемость). Скорость прохождения воды через определенную толщину песка рассчитывается путем применения гидравлического градиента со значением 1, единица измерения — м / сутки (метры в сутки). Результат измерения отражает расстояние, пройденное водой через слой песка за 24 часа, то есть плотность песка.

Коэффициент фильтрации (КФ) песка определяет его проникающую способность и параметры качества. Наименьшая вместимость песка имеет KF = 0. С помощью значений KF можно определить объемное присутствие примесей глины, и в соответствии с этим показателем песок может использоваться для определенных растворов или смесей.

Чем ниже коэффициент фильтрации, тем меньше область применения песка, так как от его качества зависит прочность бетонной или цементно-песчаной конструкции. Более высокий CF имеет крупнозернистый песок, так как между зернами материала остается больше воздуха, и вода может свободно и быстро просачиваться через толстый слой песка.

Чтобы узнать в лаборатории КФ песка и провести исследования, используют мерную трубку — в нее наливают воду на уровне выше отметки «0» на 0,5 см и более. Когда вода течет через перфорированное дно с отверстиями, секундомер измеряет время, за которое вода опускается ниже 5,0 см в измерительную трубку. Эти измерения выполняются 4 раза подряд, и каждый раз вода добавляется в мерную трубку 0,5 см. Когда уровень падает в течение десяти минут, измерения воды можно проводить с начальным градиентом давления 2,0. Измерительную трубку и держатель вынимают из стакана и кладут на специальный лоток. При проведении измерений необходимо следить за тем, чтобы вода в измерительной трубе не опускалась ниже верхнего уровня строительного материала.

Плотность сухого насыпного материала в резервуаре (ρdi, г / см 3) рассчитывается следующим образом: ρdi = m1 / (Vi x (1 + Wi)), где:

В мерной трубке объем грунта — 3 см ;

Wi — влажность почвы в измерительной трубке.

CF рассчитывается по формуле: K = h / t 0 x α (S / H) x 864 / T, где:

h — высота засыпки песка для фильтрации в мерной трубке (см);

S — визуальное снижение уровня от исходного (см);

H — значение минимального максимального давления жидкости (см);

t 0 — время спуска с уровня (сек);

T = (0,7 + 0,03 Tf) — коэффициент, используемый для приведения KF песка к приемлемым условиям фильтрации жидкости при температуре 10 0 С, где:

Тf — температура во время экспериментов, 0 С;

Т = (0,7 + 0,03 х 18) = 1,24.

Классификация грунтов по водопроницаемости

Числовые значения коэффициента водопроницаемости позволяют определить тип грунта по коэффициенту водопроницаемости. Классифицируются следующие разновидности:

• Водонепроницаемый. Почвы этого типа имеют Kf ниже 0,005;
• Плохо водопроницаем. CF этого типа выше предыдущего, но не принимает значения выше 0,3;
• Водонепроницаемый. Коэффициент находится в пределах 0,3-3,0 метра в сутки;
• Высокая водопроницаемость. Эти почвы могут достигать значений от 3 м / сутки до 30 м / сутки;
• Очень хорошо водопроницаем. Почва этого типа имеет Kf более 30 метров в сутки.

От чего зависит данный показатель

Коэффициент фильтрации песка очень важен для оценки его качественных характеристик, а также проникающей способности.

Знание этого показателя позволяет определить область применения песка, так как для каждого сектора и назначения есть свои специфические требования.

Если показатель оказывается максимальным, это говорит о том, что в таком песке практически нет различных примесей и глины. Следовательно, если песчинки крупные и состав более чистый, то такой песок имеет меньшую прочность, что является преимуществом.

Если порода обладает такими характеристиками, жидкость беспрепятственно проходит через нее. Это обстоятельство позволяет использовать цементный раствор в крупномасштабном строительстве, производстве, заливке фундаментов, стяжек и кладке.

Если у песка низкое значение коэффициента, это свидетельствует о наличии в составе песка глины и крупных песчинок. Это приводит к увеличению непроницаемости материала, так как вода практически не проходит через глину.

Да, такой песок будет иметь высокую прочность, но использовать его можно только в очень узких и специфических работах. Это неудивительно, ведь для приготовления любого раствора используется вода, а такой песок усложняет эти процессы.

Расчет КФ

Учитывая постоянную потребность в песке для организации любых строительных работ — как при промышленном, так и индивидуальном строительстве и ремонте — характеристики этого строительного материала должны быть такими, чтобы обеспечивать высочайшее качество, прочность, фильтрацию (CF) и другие параметры.

Ориентировочные значения КФ песка

CF определяется с помощью следующего набора инструментов:

1. Устройство КФ-00М, состоящее из следующих компонентов: Фильтровальная трубка (трубка) высотой более 100 мм, диаметром 5,65 см. Трубка имеет дно с перфорацией для прохождения жидкости.
2. Рукав из стальной сетки для фильтрации жидкости.
3. Стеклянный резервуар.

Электронный баланс. Секундомер или секундомер.

Более подробная информация об эксперименте по измерению CF в песке:

В пробирку прибора КФ-00М насыпают сухой песок, который необходимо исследовать, и на дне пробирки закрепляют сетку с отверстиями. Устройство ставится на горизонтальную поверхность, песок в трубке должен быть плотно сжат. Для этого ее накрывают небольшими порциями, причем каждая порция утрамбовывается отдельно. Сделайте всего три или более порций.

Расстояние от верхнего края трубы до начала уровня песка необходимо измерить, и если оно больше 100 мм, песок дополнительно уплотняется. Для изучения блока КФ начинают с заливки воды в пробирку так, чтобы она была выше нуля на 0,5 см. Как только жидкость начнет вытекать через перфорированное дно, секундомером отсчитывают время до отметки 50 мм — на него должна стечь вода. Добавьте жидкость в трубку с водой четыре раза по 5 мм. Результатом измерений будет среднее арифметическое всех выполненных измерений.