Файл: Булычев, В. Г. Механика дисперсных грунтов.pdf

душку.

Трубку, заполненную

грунтом, опускают концом, обвязан­

ным марлей, в сосуд с

водой (рис. 2 0 ). Для

поддержания

постоянного уровня в сосуд опускают также

перевернутую

колбу, закрытую пробкой, в которую вставлена

трубка

со

скошенным концом. В колбе находится вода. В таком

поло­

подъема воды от времени. По этой кривой можно

судить

о

характере и о максимальной величине подъема

капиллярной

воды данным грунтом.

Метод определения высоты капиллярного подъема

воды

гр у н т о м естественной с т р у к т у р ы .

Идея прибора,

предложен­

ного автором для этого метода

(рис. 2 1 ),

заключается

в

том, что вес столба воды, необходимого для

уравновешива­

ния подъемной силы мениска, заменяется реактивной

силой

ны-*- . Таким образом, измеряя давление, необходимое

для

приостановки капиллярного продвижения воды в грунте,

мы

тем самым измеряем высоту капиллярного подъема

воды

грунтом.

Б у л ы ч е в В. Г.

Определение высоты

капилляр­

ного поднятия воды в грунтах с ненарушенной структу­

рой. "Почвоведение",

№ 2, 1 9 3 5 .

ся внизу пористым дном

в

,

а вверху крышкой

Г

,

при­

чем между грунтом

А

и дном В

прокладывается

слой

фильтровальной бумаги. При закладке образца боковые

сто­

роны цилиндра

Б

густо смазывают подогретым варом

или

парафином. На верхней крышке прибора имеется

аэроста­

тический

манометр

Д

,

состоящий из

изогнутой

и

запаян­

ной сверху стеклянной трубки. Манометр Д

смонтирован

на

металлической

пластинке

Е

,

верхняя часть которой

одно­

временно служит шкалой. Смонтированный прибор с

грунтом

ставится в сосуд с водой Ж так,

что вода,

соприкасаясь с

нижней поверхностью образца, капиллярно через

пористое

дно

поднимается вверх и сжимает находящийся в

порах

воздух.

Когда реактивными силами (сжатым воздухом)

уравнове­

шиваются капиллярные силы, давление в манометре

устанав­

ливается на определенном отсчете. Получающееся при

этом

напряжение сг

в сжатом воздухе

подсчитывается

по форму­

ле Бойля-Мариотта

. .

.

<22>

где

Ң -

давление »•в атмосфере-Мт?-; О-

L0 и Z., -

высота

воздушного

столба соответственно до и

после опыты.

С помощью полученного напряжения

СГ

расчет

высоты

капиллярно поднятого

столба

воды

Н

производится по фор­

муле

Н = 1 0 ,0 3

О*

+

CL,

(23)

где

а —высота столба воды, капиллярно поднятой

грун­

том в приборе.

При наличии связных грунтов величиной а

,

чрезвычай­

но малой по сравнению с первым слагаемым,

можно пренеб­

речь. Эксперимент длится не более 4 -6 ч, после чего

можно

открыть

кран 3 , выпустить сжатый воздух и опыт

по­

вторить.

6 . Водопроницаемость

Как мы указывали, гравитационная вода бывает:

капилляр­

но поднятой над уровнем грунтовых вод, капиллярно

подве­

шенной, оторванной от грунтовых вод, находящейся в

состо­

янии падения. Основная разница между этими видакіи

воды

заключается в том, что капиллярно подвешенная вода

неза­

висимо от того, связана ли она с грунтовыми водами

или

нет, испытывает отрицательное гидростатическое

давление,

т. е. находится в состоянии растяжения, тогда

как вода, на­

ходящаяся в состоянии падения, испытывает

положительное

тия. Это отличие существенно сказывается на

поведении

грунта с гравитационной водой под нагрузкой.

Если на грунт, обладающий только капиллярной водой, по­

ставить то или иное сооружение, то в зависимости от

сооб­

щаемого грунту давления, а также от величины

отрицатель­

ного гидростатического давления в капиллярной воде

можно

наблюдать три различных явления.

Если капиллярная вода испытывает значительное

отрица­

тельное гидростатическое давление (это возможно в

мелко­

дисперсных грунтах) и если давление, сообщаемое

грунту,

кого давления на положительный, то отжатия

(фильтрации)

воды из грунта не наблюдается. В этом случае

отрицатель­

ное гидростатическое давление соответственно

снижается, но

чески становятся плоскими и вода удерживается в

грунте;

фильтрации не наблюдается.

Только тогда, когда внешние силы сообщают

капиллярной

воде в грунте положительное гидростатическое

давление, пре­

восходящее капиллярное натяжение

менисков, вода

будет

постепенно отжиматься (фильтровать) в менее

обжатые

зоны.

Естественно, что в случае, когда

гравитационная

вода на­

положительное гидростатическое давление, приведенные

рас­

суждения не приложимы. В этих случаях вода

перемещается

(фильтрует) под действием собственного веса,

а

нагрузка

просто повышает абсолютную величину уже имеющегося

по­

ложительного гидродинамического давления.

ее о стенки каналов и пор, поэтому степень

водопроница­

емости грунтов находится в зависимости от

характера

и

лом грунтового скелета, дисперсностью и степенью

уплот­

нения.

Опыты Дарси.

Основной закон движения грунтовых

вод,

В своих опытах Дарси пользовался таким прибором (

рис.

2 2 ). Испытуемый грунт

А

помещался в средней части

ци­

линдрической трубы

Б

.

Нижней частью

грунт

опирался

на пористую решетку

В

.

Сбоку у цилиндрической

трубы Б

(соответственно вверху и внизу) имелись две

пьезометри­

ческие трубки

Г

и

Д

,

которыми устанавливалась

раз­

ность напора. Прибор и помещенный в него грунт

наполня­

лись водой, которая поступала

через трубку Е

с избытком,

что подтверждало постоянство

уровня. Лишняя вода

слива­

лась сверху через

трубку

Ж ,

а просочившаяся

сквозь

грунт - через

кран

3

в

мерный сосуд

И .

Рис. 22

2 *

Площадь сечения грунта и длина образца измерялись

до

опыта.

Пользуясь таким прибором, Дарси вывел формулу

Q = к и — = k c o J ,

(24)

где

Q -

расход воды в единицу времени;

к

-

коэффициент фильтрации, зависящий от

свойств

о)

водопроницаемого грунта;

-

площадь сечения образца грунта;

V = k J .

(27)

Формула (27) выражает следующий основной закон

Дарси,

скорость фильтрации гфямо пропорциональна первой

степени

пьезометрического уклона. Необходимо отметить, что

по

Дарси скорость фильтрации отлична от скорости течения

во­

ды в порах. Если в первом случае за

длину пути

принимает­

ся длина монолита (массива) грунта

по направлению

движе­

ния потока, то во втором случае вода, огибая частицы

грун­

та, совершает чрезвычайно извилистый путь, суммарная

дли­

на которого, естественно, более его проекции, т. е.

более

длины монолита по направлению движения потока.

Коэффициент фильтрации

к есть

характеристика

водо­

проницаемости данного грунта и, как следует из

формулы

(2 7 ), в случае

J = 1,

является скоростью

фильтрации

через песчаные грунты

иногда пользуются

эмпирическими

формулами Хазена, Слихтера и Крюгера. Из них

особенно

широкое применение находит формула Хазена, по

которой при

J = 1 коэффициент фильтрации равен

к - c d ^

(0 ,7 + 0 ,0 3 t ),

(28)