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

Формулу (225)

обычно применяют для определения

порис­

тости водонасыщенной дисперсной системы.

О п р е д е л е н и е

к о э ф ф и ц и е н т а

п о ­

р и с т о с т и

£ .

Для установления нового

значения

коэффициента пористости,

т, е. значения при внесении

по­

образом: согласно формуле (2 0 6 ),

значение

коэффициента

пористости определяется известным соотношением

g -

- 1 .

венном залегании ниже уровня свободной воды,

необходимо

вместо

g

поставить его

новое

значение,

т. е.

g '

[фор­

мула (22 3 )]

,

тогда

€ '=

_ 1

t

(226)

О

или

(227)

Как известно,

выражение

(227) мы уже имели,

когда

устанавливали взаимосвязь

основных физических

характерис­

тик дисперсных систем. Такое выражение коэффициента

по­

ристости было получено для случая полного насыщения

пор

системы водой, т. е. для случая, когда коэффициент

влаж­

ности

6 = 1 .

4 ,

Приложение теории к практике строительных

(кессонных)

работ

При производстве кессонных работ в камеру кессона

в

оп­

ределенных условиях начинает обильно поступать газ,

а

так

как таким газом могут быть метан, углекислый газ и

т. п„

то это сказывается на здоровье рабочих, работающих в

ка­

мере кессона. Кроме того, выделение газов из грунта

обя­

зательно приводит к значительному его ослаблению.

Отсюда следует, что при работе в кессоне в

газонасыщен—

ных грунтах весьма желательно, чтобы газ в течение

всего

процесса проходки оставался в растворенном виде.

Анализ

мере кессона иметь значительно более высокое

давление,

чем в обычных условиях производства работ. В

частности,

Н.М. Герсеванов приходит к выводу, что общее

давление W

жно равняться сумме бытового давления в скелете грунта

и

бытового давления

в

воде

на уровне

ножа кессона,

т. е.

W = Р ъ + W

,

откуда добавочное

давление равно

W -

■W = Р6 (рис.

9 8 ) .

Для того чтобы получить соотношения,

позволяющие произвести расчет необходимого давления в

ка­

мере кессона, можно рассуждать следующим образом.

Выше

было установлено, что при выделении газов из грунта

в

ат­

мосферу происходящее при этом увеличение объема

можно

определить из соотношения

(214)

Д£ =

ß c W

.

— Ж ~ * £ '

Р - Р к

R

к +

прост­

В том же случае, когда газовыделение происходит в

ранство, давление в котором превосходит атмосферное

(на­

пример, в камеру кессона), указанное соотношение

должно

быть преобразовано путем замены атмосферного

давления,

равного 1, на некоторое другое давление, равное

IV

.

В

этом случае увеличение объема

И/=- £ е W

Іа.

(229)

Л е + р е

R

W =■ ш + Р к ,

( 230)

откуда находим величину

добавочного давления по отношению

к давлению столба воды,

соответствующего

уровню ножа кес­

сона:

W - ш = Р к

(231)

Таким образом, сопоставляя полученные

нами данные

с

приведенными выше данными Н. М. Герсеванова, видим,

что

но меньше,

чем это рекомендуется Н. М. Герсевановым,

а

именно: не

Р & , а лишь Р к .

оставляя температуру воды неизменной, можно сказать,

что

давление в поровой воде Зависит от давления

и!

столба

вы­

шележащей воды. Однако если удалить вышележащий

слой

воды из дисперсной системы (в частности, из грунта),

то

давление в поровой воде упадет не на величину, равную

W ,

а на Величину, равную сумме

W + Р к ,

Объясняется

это тем, что при снятии бытового давления со скелета

по­

следний благодаря упругости увеличивается в объеме и

со­

здает в воде отрицательное давление, равное

Рк . Следова­

тельно, чтобы восстановить в воде то давление, которое

в

ней было, и тем самым сократить газовое давление,

нужно

над ее поверхностью создать давление, равное сумме

іО+Рк.

Однако в том случае, когда бытовое давление

Р ѣ меньше

или равно максимальному значению капиллярного

давления

Р к , выражение

W + Р^

может быть переписано

как

W + Р Ъ .

условия, при которых образец при изъятии его наружу

из

массива дисперсной системы не увеличивает своего

объема

Подставив в формулу

(213)

величину приращения

объема

Д <£ = О,

а следовательно

(учитывая

отсутствие

условий

для образования пузырьков и

—%г

= 0 ) , будем иметь

\Ѵ= Р - Р К

или

P = P ^ W .

(232)

В самом деле, если горизонт воды

(свободный

уровень)

совпадает с

поверхностью системы, значение капиллярного

давления

Р к = 0

и гидростатическое

давление

в

воде

на поверхности будет равно

Р

, т.

е.

атмосферному.

Таким образом, условия газообразования в образце

можно

выразить неравенством

Р < Р «

+ И/.

(233)

Р Б — Р к

, причем капиллярное давление

р

остается

действующим на скелет образца.

'

К

2. Извлечение образца происходит не в атмосферу с

дав­

лением

Р

кГ/см^, а в атмосферу с давлением

W кГ/см^.

В этом случае условие газообразования в соответствии

с

неравенством

(233) получит иной вид. Заменяя

в

неравенст­

ве (233)

атмосферное давление Р суммой давлений,

дей­

лучим:

(234)

W <■ Р„ w

или, сократив на

(235)

W < ш .

Это условие имеет очень важное значение потому,

что

по­

зволяет разъяснить целый ряд явлений, наблюдаемых

при

фильтрации газонасыщенной воды при искусственном или

ес­

тественном понижении свободного уровня и при

появлении

фильтрационных потоков.