Файл: Абелев М.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений 8-й междунар. конгресс по механике грунтов и фундаментостроению.pdf

и некоторых других видов искусственных оснований не­ обходимо знать коэффициенты фильтрации грунтов в горизонтальном направлении до и после уплотнения основания, а также начальный градиент напора, если фильтрация в горизонтальном направлении происходит

сотклонением от закона Дарси.

Впроцессе уплотнения коэффициент фильтрации не­ которых разностей сильносжимаемых глинистых грун­ тов изменяется в 100 и 1000 раз, поэтому для расчетов необходимо знать закономерности изменения этой ве­ личины.

При проведении инженерно-геологических исследова­ ний на стадии проектного задания для слабых водона­ сыщенных глинистых грунтов необходимо установить начальный коэффициент фильтрации грунтов природной пористости и коэффициент фильтрации грунтов, уплот­ ненных давлением 2—5 кгс/см2.

Определение коэффициента фильтрации слабых во­ донасыщенных глинистых грунтов может проводиться на компрессионно-фильтрационных приборах типа Ф-1М, приборах конструкции Ю. М. Абелева—А. И. Озерецкого, П. А. Аргунова, Г. И. Тер-Степаняна и др., т. е. на приборах, в которых коэффициент фильтрации опреде­ ляется для образцов в различном напряженном состоянии.

Особое внимание при проведении фильтрационных исследований следует уделить качеству воды, которая проходит через образец грунта. Для незасоленных грун­ тов (емкость поглощения больше 1,4 мг/экв-л) приме­ няют дистиллированную дегазированную воду (вакуумируется в течение 2 ч). В связи с тем, что при измене­

Необходимо обеспечить плотность соприкосновения образца глинистого грунта ненарушенной структуры со стенками кольца компрессионно-фильтрационного при­ бора. Для этого перед помещением образца грунта в кольцо стенки последнего смазывают разогретым пластелином или густым техническим маслом, которое за­ полняет все пустоты между стенками кольца и образца.

Фильтрацию создают по схемам «сверху вниз» или «снизу вверх» при постоянном или переменном напорах, однако для сокращения времени проведения фильтраци-

59

онных испытаний целесообразно проводить опыты с по­ стоянным напором. Для увеличения постоянного напора можно создавать вакуум, который, кроме того, устраня-

Рис. 1.17. Фильтрационный прибор конструкции П. А. Аргунова

ет защемление воздуха в образце грунта и приборе (рис. 1.17).

Для предотвращения осмотических явлений в образ­ цах засоленных грунтов в качестве фильтрующей жид­ кости целесообразно применять водную вытяжку засо-

60

эффициент фильтрации грунта равен коэффициенту про­ ницаемости, деленному на коэффициент вязкости жид^ кости).

В исследованиях, проводимых на стадии рабочих чертежей, необходимо определять фильтрационные ха­ рактеристики грунтов данного слоя в процессе их уп­ лотнения до ожидаемых значений пористости (опреде­ ляется по эпюрам распределения напряжения в основа­ нии фундаментов, полученным на стадии проектного задания).

Опыты следует проводить по методике с постоянным напором. Величину и градиент напора (градиентом на­ пора называется отношение величины действующего на­ пора к высоте образца) устанавливают в зависимости от моделируемой работы грунтов в основании данного со­ оружения. Особое внимание следует обратить на выбор градиента напора при исследовании пылеватых (макро­ пористых), лёссовых и других грунтов, в которых при определенных значениях напора происходят суффозионные процессы, резко искажающие действительную водо­ проницаемость образца. При испытании малопрони­ цаемых глинистых грунтов (коэффициент фильтрации меньше Ю - 7 см/сек) для увеличения напора целесооб­ разно применять вакуум.

Опыт проводится следующим образом. После уста­ новки образца в прибор и проверки герметичности всех соединений удаляют воздух из прибора и образца ис­ следуемого грунта. Затем перемещением напорного ре­ зервуара устанавливают нужный напор (при этом на­

следует зажать арретиром. Когда подготовка окончена, через образец без приложения внешней нагрузки про­ пускают воду, расход которой измеряют мензуркой. Первоначально воду пропускают несколько раз до по­ лучения постоянного начального коэффициента филь­ трации (в связи с длительностью проведения опыта для предотвращения испарения воды из приемной мензур­ ки в нее помещают 0,2—0,5 см3 жидкого масла).

61

После определения начального коэффициента филь­ трации при данном напоре его увеличивают в два раза и снова определяют коэффициент фильтрации. Затем на­ пор повышают в четыре раза (по сравнению с началь­ ным) и вновь определяют коэффициент фильтрации.

Если при каком-то напоре в инфильтрате, собирае­ мом в мензурку, обнаружится осадок, опыт следует прекратить, а напор уменьшить.

Чтобы выяснить возможность осмотической филь­ трации, искажающей явление начального градиента на­ пора, необходимо определить концентрацию солей в во­ де до и после фильтрации через образец. Для учета влияния температуры на фильтрационные характеристи­ ки не менее трех раз в сутки производят контрольный замер температуры фильтрующейся воды.

Результаты трех опытов с разными напорами нано­ сят на график зависимости скорости фильтрации от гра­ диента напора (рис. 1.18). Если прямая линия, соединя­ ющая экспериментальные точки, не проходит через начало координат, то на оси «градиент напора» она от­

при градиентах напора, меньших начального, фильтра­ ция или отсутствует, или происходит со скоростью, во много раз меньшей скорости фильтрации при градиен­ тах напора, больших начального.

После проведения опытов с образцом грунта природ­

грунта обжимают определенными ступенями вертикаль­ ного давления (компрессия). Величины максимального вертикального давления и ступеней давления определя­ ются фактической работой грунта в основании соору­ жения.

После стабилизации деформации образца глинисто­ го грунта под каждой ступенью вертикального давления определяют коэффициент фильтрации грунта данной по­ ристости (при трех разных градиентах напора) и на­ чальный градиент напора по схеме, указанной выше. На основании этих опытов можно установить изменение коэффициента фильтрации и начального градиента на­ пора от изменения пористости или давления.

64

Д ля решения ряда инженерных задач, связанных с уплотнением сильносжимаемых глинистых грунтов при дренировании (песчаные сваи, вертикальные песчаные дрены, дренаж и т.п.), необходимо знать возможный вынос частиц при данном напоре (или градиенте напо­ ра) . Для этой цели опыты следует проводить при за­ данном напоре, а собранный инфильтрат выпаривать, чтобы определить количество выносимых частиц (в про­ центах) при данном градиенте напора для грунтов дан­ ной пористости.

Если невозможно обеспечить постоянную температу­ ру в процессе опыта, то следует периодически замерять температуру и приводить фильтрационные характери­ стики, например к +15° С — наиболее характерной тем­ пературе большинства толщ слабых водонасыщенных глинистых грунтов или к заданной температуре.

Исследования проницаемости слабых водонасыщен­ ных глинистых грунтов. Фильтрационные явления в сла­ бых водонасыщенных глинистых грунтах изучены мало. Наиболее интересные экспериментальные исследования проницаемости некоторых видов слабых глинистых грун­ тов были проведены в последние 15 лет Г. В. Сорокиной [48], изучавшей илы Черного моря, В. М. Павилонским [37] на глинистых грунтах в гидротехнических сооружениях, Е. Ф. Мосьяковым [49] на аллювиальных глинистых грунтах и др.

Среди многих специалистов распространена точка зрения, что коэффициенты фильтрации глинистых грун­ тов могут быть получены только очень приближенно, и поэтому во многих случаях геологи используют таблич­ ные значения коэффициентов фильтрации. Однако на­ ши исследования фильтрационных свойств сильносжи­ маемых глинистых грунтов, а также исследования упо­ мянутых выше авторов убедительно показали, что при современной методике исследований можно получить значения параметров фильтрации через грунт с высокой точностью. Так, по данным В. М. Павилонского и авто­ ра, коэффициент фильтрации сильносжимаемых грунтов можно определять на фильтрационных приборах до зна­ чений Ю - 1 1 см/сек.

Изучая проницаемость черноморских илов, Г. В. Со­ рокина установила, что между коэффициентом пористо­ сти грунта и его коэффициентом фильтрации существу­ ет логарифмическая зависимость.