Диссертация (1141510), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Экспериментальные данные, полученные после замеров дляопределения коэффициента фильтрацииОпределение фильтрационных характеристик исследуемого защитногопокрытия проводилось для напорного и свободного режима фильтрации. Длякаждого режима фильтрации было произведено по восемь серий замеров, примаксимальновозможномиминимальномнапоренадисследуемымматериалом. Потери напора по длине фильтрующегося потока определялисьпри помощи показаний соответствующих пьезометров, измеряющих давление114внутри и между слоями материала [45]. Схема расположения пьезометровпоказана на Рисунок 4.1.Подачаводы123456789101112Отвод профильтровавшейся водыРисунок 4.1 – Схема расположения пьезометров, 1-6 пьезометры,находящиеся между слоями материала, 7-12 пьезометры, находящиесявнутри материалаПо данным, полученным с пьезометров, строились зависимостипьезометрического напора, по отношению к длине пути фильтрации, длянапорной и свободной фильтрации, зависимости представлены на Рисунок4.2Рисунок4.5.Поэкспериментальнымданнымбылавыполненааппроксимация полученных значений, по степенному закону аппроксимации(полином 2-ой степени).115Рисунок 4.2 – Зависимость пьезометрических напоров от длины путифильтрации при напорном режиме, пьезометры располагались внутри слояисследуемого материалаРисунок 4.3 – Зависимость пьезометрических напоров от длины путифильтрации при напорном режиме, пьезометры располагались между слоямиисследуемого материала116Рисунок 4.4 – Зависимость пьезометрических напоров от длины путифильтрации при свободном режиме, пьезометры располагались внутри слояисследуемого материалаРисунок 4.5 – Зависимость пьезометрических напоров от длины путифильтрации при свободном режиме, пьезометры располагались междуслоями исследуемого материала117По напорам, полученным на треугольном водосливе с вертикальнойтонкой стенкой, определялись расход и скорость профильтровавшейся водычерез слои материала.
Полученные значения скорости и расхода водыпредставлены на Рисунок 4.6 и Рисунок 4.7.Завсимость Расхода Q см3/с от напора надматериалом в стакане (свободная фильтрация)353530302525Напор H, смНапор H, смЗавсимость Расхода Q см3/с от напора надматериалом в стакане (напорная фильтрация)201520151010550100,00150,00200,00250,00300,00350,00400,00450,000100,00500,00150,00200,00250,00300,00350,00400,00450,00500,00550,00Расход Q, см3/сРасход Q, см3/сРисунок 4.6 – Зависимость расхода профильтровавшейся воды от напора надисследуемым материалом, для напорной и свободной фильтрацииЗависимость скорости V см/с от напора надматериалом в стакане (свободная фильтрация)353530302525Напор H, смНапорH, смЗависимость скорости V см/с от напора надматериалом в стакане (напорная фильтрация)20152015101055001,001,502,002,503,003,50Скорость V, см/с4,004,505,001,001,502,002,503,003,504,004,505,005,50Скорость V, см/сРисунок 4.7 – Зависимость скорости профильтровавшейся воды от напоранад исследуемым материалом, для напорной и свободной фильтрации118Согласно зависимостям, представленным на Рисунок 4.6 и Рисунок 4.7видно, что изменение расхода и скорости фильтрации, относительно напора,носят линейных характер.4.4.
Результаты расчёта коэффициента фильтрацииЭкспериментальноеопределениекоэффициентафильтрациивыполнялся при 8 напорах, для напорного режима фильтрации и 8 напорах,для свободного режима фильтрации. По полученным расходам по формуле(4.5) определялась скорость профильтровавшейся воды. По напорам,полученным с показаний пьезометров, по формуле (4.7) рассчитывалисьпьезометрическиеуклоны.Длякаждогонапорапоформуле(4.9)рассчитывалось по 10 значений коэффициентов фильтрации. Таким образом,всего в общей сложности для каждого режима фильтрации было получено по80 значений коэффициентов фильтрации. После этого строилась зависимостькоэффициента фильтрации от длины пути фильтрации для расчётного напора,послечегопутёмчисленногоинтегрированиянаходилсясреднийкоэффициент фильтрации для каждого напора.В итоге были построены графики зависимости средних значенийкоэффициента фильтрации от напора над исследуемым материалом,представленные на Рисунок 4.8, при напорном режиме фильтрации и наРисунок 4.9, при свободном режиме фильтрации.119Зависимость коэффициента фильтрации k от напора H (при напорном режиме фильтрации)3Коэффициент фильтрации k, см/с2,521,510,5005101520253035Напор H, смПьезометр внутри слоя материалаПьезометр между слоями материалаПолиномиальная (Пьезометр внутри слоя материала)Полиномиальная (Пьезометр между слоями материала)Рисунок 4.8 – Зависимость коэффициента фильтрации от напора надисследуемым материалом при напорном режиме фильтрацииЗависимость коэффициента фильтрации k от напора H (при свободном режиме фильтрации)3Коэффициент фильтрации k, см/с2,521,510,50051015202530Напор H, смПьезометр внутри слоя материалаПьезометр между слоями материалаПолиномиальная (Пьезометр внутри слоя материала)Полиномиальная (Пьезометр между слоями материала)Рисунок 4.9 – Зависимость коэффициента фильтрации от напора надисследуемым материалом при свободном режиме фильтрации35120На Рисунок 4.8 и Рисунок 4.9 точками показаны расчётные значениякоэффициентов фильтрации, соответствующие напору воды над исследуемымматериалом.
Синими точками указаны значения коэффициента фильтрации,полученные по показаниям пьезометров, расположенных внутри слоёвматериала, а красными показаны значения, полученные по показаниямпьезометров, расположенных между слоями исследуемого материала. Дляполученныхзначенийкоэффициентафильтрациивыполняласьаппроксимация по степенному закону (полином 4 степени), синей линиейпоказанааппроксимациякоэффициентовфильтрациидлязначений,полученных от пьезометров, расположенных внутри слоя материала, акрасной линией от пьезометров, расположенных между слоями материала.На Рисунок 4.8 и Рисунок 4.9 видно, что при малых напорахкоэффициент фильтрации заметно меньше. Это можно объяснить тем, что приуменьшении расхода фильтрация через исследуемые образцы материалаосуществляется не по всей площади, а по участкам с минимальнымигидравлическими сопротивлениями.
Визуально этот эффект сопровождаетсяпоявлением участков на нижнем слое, свободных от фильтрационного потока.Чтобы исключить появление ошибки в определении коэффициентовфильтрации,результатыэтихэкспериментовнеучитывалисьприокончательных расчётах. Эти эксперименты оставлены на дальнейшееисследование с целью определения действительных площадей, занятыхфильтрационным потоком.Проанализировав полученные данные с учётом исключения значениякоэффициента фильтрации при неполных площадях фильтрации, путёмчисленного интегрирования был выполнен расчёт итогового коэффициентафильтрации исследуемого покрытия.Исходя из вышесказанного, для ковра геомата, заполненного щебнем ибитум-полимернымвяжущим,можнорекомендоватькприменениюкоэффициент фильтрации для свободного режима фильтрации ф = 2,34 см/сек, а для напорного режима фильтрации ф = 2,24 см/сек.121Как видно из результатов, полученных в данном исследовании, такоезначение коэффициента фильтрации для исследуемого покрытия получилосьза счёт влияния вяжущего, которое заполняет межпоровое пространство и темсамым понижает коэффициент фильтрации, присущий твёрдому заполнителюв виде щебня с размером зёрен 6 мм.4.5.
Определение сопротивления сдвигу по контакту подошвы геомата сгрунтом основанияДля защиты поверхности откоса и предупреждения возможныхдеформаций русла, необходимо при проектировании предусматриватьиспользование противоэрозионной одежды откосов, которые препятствуютсмыву и разрушению грунтового слоя, особенно при проектировании канала вслабых грунтах, сложенных песчаными и супесчаными породами.
Геомат,заполненныйщебнем и битум-полимернымвяжущим, какправило,применяется для защиты грунтовых откосов гидротехнических сооружений.При эксплуатации сооружений данное защитное покрытие подверженовоздействию внешних факторов, таких как течение воды, ветровая нагрузка,механические и прочие воздействия. Для обоснования применения защитногопокрытия на грунтовых откосах, необходимо определить возможность сдвигаот внешних воздействий. Сопротивление сдвигу определяется силами тренияна контакте нижней поверхности геомата с грунтом, используемым в качествеоснования.
Коэффициент трения напрямую зависит от шероховатостиподошвы исследуемого покрытия и грунта. В процессе производствапокрытия, битум-полимер находится в полужидком (кашицеобразном)состоянии, вследствие чего неизбежно проникал на нижнюю поверхностьгеомата. Значения параметров трения, между нижней поверхностьюисследуемого покрытия и песчаного грунта, можно определить только припомощи натурных опытных исследований.Поскольку исследуемое покрытие применяется для защиты песчаныхоткосов, а также в качестве подготовки основания для укладки геомата,122заполненного щебнем и битум-полимерным вяжущим, используется песчаныйгрунт, то данные исследования проводились с использованием однородногопесчаного грунта, крупностью 50 = 0,2 мм. Песок с частицами крупностью50 = 0,2 мм является песком средней крупности [107].Исследуемоезащитноепокрытиеприменяетсянаоткосахгидротехнических сооружений выше и ниже поверхности воды.
Дляисследования скольжения при разных условиях расположения защитногопокрытия, исследования проводились в две серии испытаний, в первой сериииспытания проводились с песчаным грунтом в ненасыщенном водойсостоянии, во второй серии с песчаным грунтом в насыщенном водойсостоянии.Для исследования характеристик сдвиговых усилий был вырезанфрагмент геомата, заполненного щебнем и битум-полимерным вяжущим.Параметры исследуемого фрагмента: ширина 4100 мм, длинна 4100 мм,осреднённая толщина 220 мм, масса 4487 г. Фрагмент исследуемогозащитного покрытия размещался на грунте в контейнере установки, после чегопроизводилось постепенное увеличение горизонтальной нагрузки на этотобразец.Фиксация начальных перемещений производилась при помощииндикатора часового типа с точностью измерения 0,01 мм, после окончанияпредела измерений индикатора фиксация производилась при помощистальной линейки. Для упора измерительной иглы индикатора часового типа,к задней торцевой стороне исследуемого фрагмента крепилась горизонтальнаяпластина, выполненная из тонкого органического стекла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
