Диссертация (1141600), страница 11
Текст из файла (страница 11)
На правой панели имеетсявыпускная трубка 3 для отвода воды, прошедшей через фильтрационный прибор 6 вмерный цилиндр 4 для определения объема профильтровавшейся жидкости.На передней панели корпуса размещены краны 9, служащие для подачи воды вднище и стенку фильтрационного прибора, входные штуцеры 9 (разъемы для присоединения резиновых трубок) и регулирующие краны 2 для создания определенного направления движения воды в фильтрационном приборе. Внутри корпуса расположены раздаточные шланги и коллекторы для подвода и сбора воды от фильтрационного прибора.Устройство для подачи воды состоит из напорного бака 12, соединительногошланга 11 и штанги 13. Напорный бак емкостью 1 литр закреплен на штанге 13 стенда 1и может устанавливаться на заданной высоте.
На штанге имеется шкала, по которой,зная высоту образца в приборе, можно вычислить гидравлический градиент напора припроведении испытаний. В напорном баке с помощью клапана с поплавковым механизмом поддерживается постоянный уровень воды.69Загрузочное приспособление представляет собой металлическую рамку 7, состоящую из двух полок, соединенных между собой стержнями. Верхняя полка подвешивается на шток поршня прибора и центрируется металлическим шариком.
На нижней полке рамки закреплен подвес для груза 8.Фильтрационный прибор состоит из корпуса кубической формы и днища, выполненных из органического стекла (рисунок 3.15, 3.16).Рабочую камеру 5 фильтрационного прибора образуют стенки 1, 2, 3, 4. Стенки 1и 2 выполнены сплошными. В стенках 3, 4 имеются горизонтальные каналы 6, 7 высотой 10 мм и глубиной 15 мм, расположенные по высоте с шагом 15 мм. Число каналов влевой стенке – 10, в правой – 11.
Каждый канал имеет штуцер 8 для подачи или выпускаводы. К штуцерам подсоединены резиновые трубки, соединенные со стендом управления. Стенки с каналами перекрываются перфорированными пластинами 10 и 11.Отверстия в пластинах диаметром 2 мм, служащие для подачи и отвода воды,расположены рядами, совпадающими с осью каналов, с шагом 15 мм. Днище прибора 12с каналами 13 перекрывается перфорированной пластиной 14.Рисунок 3.15 – Общий вид прибора70Рисунок 3.16 – Продольный и поперечный разрезы прибора:1, 2 – сплошная стенка; 3, 4 – стенка с каналами; 5 – рабочая камера прибора;6, 7 – горизонтальные каналы; 8 – штуцер; 9 – регулирующий кран на стенде;10, 11 – пластина стенки; 12 – днище; 13 – канал днища; 14 – пластина днища;15 – поршень; 16 – крышка; 17 – втулка; 18 – шток; 19 – зажимной винт;20 – кран для стравливания воздуха71Для передачи давления на образец торфа используется поршень 15 со штоком 18.Крышка прибора 16 снабжена втулкой 17, необходимой для фиксации штока винтом 19.В крышке предусмотрен кран для стравливания воздуха 20.Наличие горизонтальных каналов в стенках прибора позволяет определять коэффициент фильтрации в горизонтальном направлении при любой высоте образца, в томчисле по мере его одноосного сжатия.Подготовка к испытаниюСтенки и днище прибора имеют перфорированные пластины.
Для предотвращения механической суффозии и засорения отверстий каналов в стенках прибора образецнеобходимо покрыть фильтром.Обычно в качестве фильтра в фильтрационных приборах используется фильтровальная бумага. Ее применение целесообразно при испытаниях грунтов с низким коэффициентом фильтрации, а при испытании торфа она может снизить скорость фильтрации в приборе, поэтому перед началом основных исследований нами были проведеныметодические опыты для выбора материала фильтра.В прибор загружалась и уплотнялась проба щебня фракции 5 - 10 мм. Фильтрацияпроизводилась без фильтра, с фильтром из фильтровальной бумаги и из хлопчатобумажной ткани.
В связи с тем, что фильтровальная бумага снижала коэффициент фильтрации примерно на 5 %, в качестве фильтра использовалась хлопчатобумажная ткань.Непосредственно перед испытаниями из заранее отобранных монолитов кубической режущей формой вырезались образцы размером 15×15×15 см. Форму изнутри покрывали неплотной хлопчатобумажной тканью так, чтобы она закрыла нижний торецобразца и две его противоположные стороны, примыкающие к перфорированным стенкам.
Образец с тканью опускали в рабочую камеру прибора, слегка выталкивая его изформы. Накрывали верхний торец образца оставшейся частью ткани. На образец устанавливали перфорированный поршень и плотно закрывали прибор крышкой, затягиваякрепежные гайки.Фильтрационный прибор устанавливался на станину рядом со стендом управления. Подключались резиновые шланги прибора к соответствующим разъемам на передней панели стенда.Для начального водонасыщения образца через нижние каналы днища и боковыеканалы подавали воду, предварительно открыв кран для выхода воздуха.
Для исключе-72ния перемещения образца вверх под действием напора воды и набухания образца передподачей воды шток фиксировали винтом. Подачу воды прекращали, когда рабочая камера заполнялась водой, и через кран начинала выливаться вода.Для удаления пузырьков воздуха из каналов прибора и пор образца прибор несколько раз наклоняли в противоположные стороны. Освободившийся объем камерыповторно заполняли водой. Затем кран перекрывали.Метод испытанийВ проведенных исследованиях для каждого образца проводилось по 4 серии испытаний при значениях уплотняющей нагрузки 0, 10, 20, 30 кПа.Каждая серия испытаний включала определение коэффициента фильтрации в вертикальном, горизонтальном, горизонтальном послойном и диагональных направлениях(рисунок 3.17).Испытания проводили при постоянном градиенте напора. Заданный градиентнапора (I) создавали и поддерживали с помощью напорного бака, установленного наштанге стенда на определенной высоте, и определяли по формуле:IгдеH,l(3.4)l – длина пути фильтрации, см;H – гидравлический напор, см.Испытания каждого образца проводили со значениями градиента напора от 0,5до 8.Для определения коэффициента фильтрации в вертикальном направлении закрывали краны для подачи и отвода воды в стенках прибора, кроме верхнего, и открываликраны в днище.
Воду подавали через каналы днища. Она проходила через образец, поршень и вытекала через верхнее отверстие в правой стенке и сливалась в мерный цилиндр. После достижения установившейся фильтрации включали секундомер и фиксировали объем профильтровавшейся воды (V) в мерном цилиндре. Таким образом, производили не менее трех отсчетов.73подача и отвод водынаправление движения водыРисунок 3.17 – Схемы движения воды в образце при испытаниях:а – вертикальное; б – горизонтальное через весь образец;в – горизонтальное послойное; г – диагональноеДалее изменяли положение напорного бака и производили измерения при другомградиенте напора. Измеряли температуру воды (T) с точностью 0,5 С. Данные заносилив журнал испытаний и вычисляли скорость фильтрации по формуле:гдеV,AtV – объем профильтровавшейся жидкости, см3;A – площадь сечения образца, см2;t – время фильтрации, с.(3.5)74Построив график зависимости скорости фильтрации от градиента напора f I ,находили коэффициент фильтрации.Определение коэффициента фильтрации в горизонтальном направлении происходило следующим образом.
Перекрывали краны подачи воды в днище корпуса и открывали краны в стенках прибора. Вода поступала в каналы одной из стенок, фильтроваласьчерез образец, собиралась в каналах противоположной стенки и сливалась в мерный цилиндр.Для определения изменения водопроницаемости по высоте образца производилипослойную фильтрацию.
Для этого открывали краны в противоположных каналах, расположенных на одном расстоянии от днища. Высота фильтрующего слоя (h) регулировалась числом открытых кранов (рисунок 3.18).Рисунок 3.18 – Движение воды в отдельном слое образцаЗаметим, что при послойной фильтрации возникает проблема определения площади поперечного сечения, по которому движется поток воды. Для решения этой проблемы были проведены методические опыты, в ходе которых измерялся коэффициентфильтрации среднего слоя при разном количестве открытых кранов подачи воды (рисунок 3.19).
Измерения при одном, двух и трех открытых кранах показало, что за высоту75слоя не следует принимать расстояние между центрами межканальных перегородок, анеобходимо учитывать его «бочкообразную» форму (рисунок 3.20).Рисунок 3.19 – Определение коэффициента фильтрации среднего слояс разным числом открытых крановРисунок 3.20 – Движение воды в слое грунтаПринимая, что грунт во всем слое однородный, можно применить равенство,справедливое при любом числе открытых кранов:Qi const,ti hi 2гдеQ i – объем профильтровавшейся воды;ti – время фильтрации;hi – высота слоя фильтрации;Δ – приращение высоты слоя фильтрации;i – количество открытых кранов.(3.6)76По результатам вычислений интервал Δ находился в пределах 0,2 - 1,0 см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
