Показатель текучести грунта: Показатель текучести грунта — ГЕОЛОГ

Где используется показатель текучести глинистых грунтов?

Грунты пылевато-глинистого состава в толще земли могут находиться в полужидком, пастообразном (пластичном) или твердом виде.

ВАЖНО! С изменением процента влажности, грунт глинистого состава может переходить из одного состояния в другое, при этом значительно изменяются его физические свойства.

Эту способность обязательно учитывают специалисты при возведении сооружений на таких грунтах во избежание ситуаций, когда после обильных дождей, коммунальных аварий и других подтоплений основание под строением превратится в плывун.

Поэтому в специализированных лабораториях на предпроектной стадии исследуются образцы, изъятые из массива породы, чтоб получить показатели пластичности и текучести грунтов, залегающих на участке застройки.

Сегодня застраиваются территории, еще полсотни лет назад считавшиеся непригодными для возведения масштабных сооружений. Показатель текучести глинистых грунтов, полученный по итогам исследований, предоставляются проектанту и на его основании принимаются важные конструкторские решения:

• определяется лучшее место под размещение объекта;
• выбирается способ укрепления грунта, склонного к оползневым процессам;
• проводятся эффективные мелиоративные мероприятия в обводненных низинах;
• разрабатываются конструкции сооружений, способные противостоять опасным техноприродным явлениям.

Что такое показатель текучести грунта?

Основные свойства, которые определяют специалисты, изучая глины, это — показатели пластичности и текучести грунтов.

Способность породы изменять форму при нагружении и сохранять ее после окончания воздействия нагрузки без нарушения целостности называется пластичностью. На показатель пластичности в значительной мере влияет зерновой и минеральный состав глины.

Показатель текучести глинистых грунтов вычисляется путем математических расчетов с использованием полученных в лабораторных условиях сведений. Основные из них:

1. Граница раскатывания — соответствует влажности, при которой глина переходит из твердого в пастообразный вид. Это данные, получаемые путем лабораторных испытаний (грунтовая паста раскатывается и подвергается прессованию под различным давлением до появления признаков разрушения).
2. Граница текучести характеризует количество воды, при которой глинистая порода переходит из пастообразного в полужидкое (текучее) состояние. Определяется путем испытаний на балансире Васильева.
3. Влажность породы на всех этапах испытаний.

Кто исследует показатели пластичности и текучести грунтов?

Изучение геологии участка застройки — весьма ответственная задача, требующая высокого профессионализма от исполнителя. Наша компания «Геология ОРГ», имея штат квалифицированных сотрудников, парк специализированной техники и собственную лабораторию, выполняет исследования грунтов любой сложности.

Наши сотрудники в соответствии с действующими ГОСТ производят отбор образцов, транспортировку и все необходимые испытания, в том числе, чтоб определить показатель текучести грунта — наиболее значимую характеристику глинистых грунтов.

Мы работаем четыре сезона в году в любых климатических условиях. У нас лучшие цены на услуги.

ПОЛЕЗНЫЕ СТАТЬИ:

1. Геология под УШП
2. Тахеометрическая съемка
3. Фундамент на сильносжимаемых грунтах

Показатель текучести грунта | Сергей Геотоп

Комплексное изучение грунта позволяет определить его тип, структуру, механические и физические свойства. Это наиболее важная информация для оценки несущей способности основания сооружения, составления прогноза дальнейших изменений геологической среды под действием техноприродных факторов. Каждый тип грунта имеет свою программу исследований. Для глинистых пород одна из основных характеристик — показатель текучести грунта, который используют для описания только супесей, глины, суглинков.

Где используется показатель текучести глинистых грунтов?

Грунты пылевато-глинистого состава в толще земли могут находиться в полужидком, пастообразном (пластичном) или твердом виде.

ВАЖНО! С изменением процента влажности, грунт глинистого состава может переходить из одного состояния в другое, при этом значительно изменяются его физические свойства.

Эту способность обязательно учитывают специалисты при возведении сооружений на таких грунтах во избежание ситуаций, когда после обильных дождей, коммунальных аварий и других подтоплений основание под строением превратится в плывун.

Поэтому в специализированных лабораториях на предпроектной стадии исследуются образцы, изъятые из массива породы, чтоб получить показатели пластичности и текучести грунтов, залегающих на участке застройки.

Сегодня застраиваются территории, еще полсотни лет назад считавшиеся непригодными для возведения масштабных сооружений. Показатель текучести глинистых грунтов, полученный по итогам исследований, предоставляются проектанту и на его основании принимаются важные конструкторские решения:

• определяется лучшее место под размещение объекта;
• выбирается способ укрепления грунта, склонного к оползневым процессам;
• проводятся эффективные мелиоративные мероприятия в обводненных низинах;
• разрабатываются конструкции сооружений, способные противостоять опасным техноприродным явлениям.

Что такое показатель текучести грунта?

Основные свойства, которые определяют специалисты, изучая глины, это — показатели пластичности и текучести грунтов.

Способность породы изменять форму при нагружении и сохранять ее после окончания воздействия нагрузки без нарушения целостности называется пластичностью. На показатель пластичности в значительной мере влияет зерновой и минеральный состав глины.

Показатель текучести глинистых грунтов вычисляется путем математических расчетов с использованием полученных в лабораторных условиях сведений. Основные из них:

• Граница раскатывания — соответствует влажности, при которой глина переходит из твердого в пастообразный вид. Это данные, получаемые путем лабораторных испытаний (грунтовая паста раскатывается и подвергается прессованию под различным давлением до появления признаков разрушения).
• Граница текучести характеризует количество воды, при которой глинистая порода переходит из пастообразного в полужидкое (текучее) состояние. Определяется путем испытаний на балансире Васильева.
• Влажность породы на всех этапах испытаний.

Кто исследует показатели пластичности и текучести грунтов?

Изучение геологии участка застройки — весьма ответственная задача, требующая высокого профессионализма от исполнителя. Наша компания «Геология ОРГ», имея штат квалифицированных сотрудников, парк специализированной техники и собственную лабораторию, выполняет исследования грунтов любой сложности.

Наши сотрудники в соответствии с действующими ГОСТ производят отбор образцов, транспортировку и все необходимые испытания, в том числе, чтоб определить показатель текучести грунта — наиболее значимую характеристику глинистых грунтов.

Мы работаем четыре сезона в году в любых климатических условиях. У нас лучшие цены на услуги.

Подробнее описано на сайте

Показатель текучести грунта — что это такое и где он применим

Показатель текучести грунта – что это такое и где он применим

Показатель текучести грунта – это отличие уровня влажности между природными состояниями грунта, а также на границе раскатывания почвы и индекса пластичности. Точно определить данный параметр можно только в лабораторных условиях, сделать это самостоятельно невозможно.

Посчитав данный параметр можно детально определить свойства изучаемого материала. Показатель даёт полную картину о вязкости и густоте грунта. Показатель важен для грамотного проведения геологических изысканий перед началом строительства объекта.

Особое влияние на показатель оказывает природная влажность изучаемого материала. Если грунт твёрдый, то показатель будет иметь отрицательное значение. Если грунт мягкий (также называют текучим), то показатель будет иметь положительное значение.

Определив показатель текучести можно классифицировать грунт по степеням текучести:

•  твёрдый грунт;
• пластичный грунт;
• текучий грунт.

Также почвы делятся по составу. Вычислив показатель текучести можно определить, будет ли почва под объектом менять состояние. Например, если меняется процент влажности, глинистая почва изменит состояние, что значительно повлияет на физические свойства грунта. Здание или сооружение, возведённое на такой почве, подвергнется значительной деформации или будет разрушено полностью.

Главное – вовремя провести соответствующие лабораторные исследования. Цена – надёжность возводимого объекта.

На основании полученных результатов исследование, проектировщик:

• выбирает оптимальное на участке место для строительства объекта;
• выбирает оптимальный способ укрепления грунта;
• проводит мелиоративные мероприятия в обводных низинах, которые будет иметь максимально полезный характер;
• разрабатывает конструкции сооружений, которые способны выстоять в определённых условиях.

Рассчитывается по формуле I_L = (w- w_p ) / I_P, где

w — естественная влажность грунта, %;

w_p — влажность на границе раскатывания, %;

I_P — число пластичности, %.

В зависимости от показателя почвы делятся на супеси, суглинки и глины. В пределах каждого вида грунта показатель меняется. В зависимости от пределов колебания каждый вид подразделяется на подвиды. Так, если показатель ниже ноля, то глинистая почва относится к категории твёрдых.

[PDF] ГЛАВА: 6 ПОТОК ВОДЫ ЧЕРЕЗ ПОЧВУ

1 ГЛАВА: 6 ПОТОК ВОДЫ ЧЕРЕЗ ПОЧВУ СОДЕРЖАНИЕ: Введение, гидравлический напор и расход воды, уравнение Дарси, лабо …

6.1 ВВЕДЕНИЕ Почвы проницаемы из-за наличия взаимосвязанных пустот, через которые вода может течь от точек высокой энергии к точкам низкой энергии. Изучение потока воды через проницаемую почвенную среду имеет важное значение в механике почв. Это необходимо для оценки количества подземной фильтрации при различных гидравлических условиях.

6.2 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ НАПОР И ПОТОК ВОДЫ Рассмотрим поток воды через образец почвы, заполненный чистой трубой и показанный на Рисунке 6.1. Из-за разницы уровней воды между левой и правой стороной трубы вода течет слева направо.Разница уровней воды называется общей потерей напора (∆h), которая является источником энергии для создания потока. Уравнение Бернулли используется для определения потока воды через массивы почвы в следующем уравнении 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑕𝑒𝑎𝑑 = 𝑕𝑧 + 𝑕𝑝 + 𝑕𝑣 = 𝑧 +

𝑢 𝑣2 +……………. (6.1) 𝛾𝑤 2𝑔

Где u — давление поровой воды, а v — скорость потока

Поток воды через почву

Рисунок 6.1: Поток воды через трубу

Потеря напора — это потеря энергии. Когда вода протекает в почве, она должна проходить через множество небольших проходов в пустотах почвы, как показано на Рисунке 6.2. Это создает сопротивление трения на поверхности частиц. Энергия потока передается сопротивлению трения на поверхности частиц, а затем может быть потеряна при выделении тепла.

Рисунок 6.2: Потери энергии на трение вокруг частиц из-за потока воды

Страница | 43

Поток воды через почву 6.3 УРАВНЕНИЕ ДАРСИ Энергия потока воды получается из общей потери напора и подчиняется закону Данси в следующем уравнении. 𝑣 = 𝑘𝑖……………. (6.2) 𝑞 = 𝑣𝐴 = 𝑘𝑖𝐴 = 𝑘

∆𝑕 𝐴…………….(6.3) 𝐿

𝑄 = 𝑞𝑡 = 𝑘𝑖𝐴𝑡 = 𝑘 ∆𝑕 𝐴𝑡 𝐿……………. (6.4) Где, v: скорость истечения потока воды через пористую среду (м / с) k: коэффициент проницаемости (м / с) i: гидравлический градиент (потеря напора / длина потока = ∆𝑕 𝐿) A: поперечное сечение площадь образца, перпендикулярная направлению потока (м2) q: расход (куб.м / сек) Q: общий объем потока за период t Скорость нагнетания, используемая в приведенном выше уравнении, не является истинной скоростью потока воды, а скорее средней скорость в направлении потока через пористую среду.Поскольку вода может течь только в пустотах среды, истинная скорость должна быть выше средней скорости и известна как скорость фильтрации (vs). 𝑣𝑠 =

𝑣……………. (6.5) 𝑛

Однако реальная скорость молекул воды даже больше, чем истинная скорость, поскольку реальный проход не прямой, а скорее извилистый с более длинными проходами вокруг частиц.

6.4 ЛАБОРАТОРНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПРОНИЦАЕМОСТИ Два стандартных лабораторных теста используются для определения коэффициента проницаемости / гидравлической проводимости.Это два метода: 1. Испытание постоянного напора 2. Испытание падающего напора

Страница | 44

Поток воды через грунт ИСПЫТАНИЕ ПОСТОЯННОГО НАПОРА Экспериментальная установка для теста проницаемости постоянного напора показана на Рисунке 6.3. Образец грунта готовится в вертикально стоящей цилиндрической форме с постоянным гидравлическим напором. При установившемся режиме потока отработанная вода на выходе собирается в цилиндре как Q в течение периода времени t.

Рисунок 6.3: Испытание на проницаемость при постоянном напоре

k можно рассчитать с помощью уравнения (6.4), 𝑘 =

𝑄𝐿……………. (6.6) 𝐴 ∆𝑕 𝑡

Где, Q: собранное количество воды за период времени t L: длина образца грунта в направлении потока A: площадь поперечного сечения образца грунта ∆h: гидравлическая потеря напора при испытании с постоянным напором настройка Среднее значение из нескольких испытаний отображается как измеренное значение k.

ИСПЫТАНИЕ НА ПРОНИЦАЕМОСТЬ ПРИ ПАДЕНИИ ГОЛОВКИ Образец готовят так же, как и при испытании с постоянным напором, и он показан на Рисунке 6.4. Верхний напор подается через бюретку, в которой напор изменяется со временем.Напор на разгрузочной стороне, как видно, постоянный. В начальный момент времени (t = t1) потеря напора составляет Page | 45

Поток воды через почву ∆h2 и t = t2, потеря напора составляет ∆h3. Величина потока воды «q» равна изменению потери напора (d∆h), умноженному на площадь поперечного сечения бюретки «a» за время «dt».

Рисунок 6.4: Испытание на проницаемость при падающем напоре 𝑑∆𝑕 ∆𝑕 = 𝑘 𝐴 𝑑𝑡 𝐿 𝑎𝐿 𝑑∆𝑕 𝑑𝑡 = — 𝐴𝑘 ∆𝑕

𝑞 = −𝑎

Интеграция от t1 до t2, 𝑡2

𝑑𝑡 = 𝑡1

𝑘 =

𝑎𝐿 𝐴𝑘

∆𝑕 2

— ∆𝑕 1

𝑑∆𝑕 ∆𝑕

𝑎𝐿 ∆𝑕1 ln…………….(6.7) 𝐴 𝑡2 — 𝑡1 ∆𝑕2

Постоянный напор обычно используется для крупнозернистых грунтов, а испытание падающим напором — для более мелких грунтов.

6.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПРОНИЦАЕМОСТИ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ Лабораторное испытание на проницаемость — простая процедура. Однако следует понимать, что образцы восстанавливаются в основном для песка и гравия, а также для связных грунтов,

Page | 46

Поток воды через почву Невозможно избежать некоторого возмущения во время процесса отбора проб, транспортировки в лабораторию и помещения ее в испытательную форму.Размер выборки также настолько мал, что измеренные значения не обязательно могут быть истинным представлением полевых условий, которые могут включать неоднородность и трещины. Таким образом, альтернативным способом является проведение испытания на проницаемость месторождения. Классические методы определения проницаемости месторождения включают откачку воды из скважины и наблюдение за изменениями уровня грунтовых вод в двух наблюдательных скважинах. В следующих разделах приведены два идеализированных полевых эксперимента.

НЕОПРЕДЕЛЕННЫЙ ПРОЧИЙ СЛОЙ ПОД НЕПРОБЕЖНЫМ СЛОЕМ Как показано на Рисунке 6.5, через проницаемый слой вырывается скважина, и две наблюдательные скважины устанавливаются на расстояниях r1 и r2 от центра ствола скважины. Вода откачивается с постоянной скоростью до тех пор, пока высота уровня воды в скважине, а также в двух наблюдательных скважинах не станет стабильной. Теория для этой идеализированной ситуации дает 𝑘 =

𝜋

𝑕22

𝑞 𝑟2 2 ln 𝑟……………. (6.8) — 𝑕1 1

Где, q: количество закачиваемой воды в единицу времени

Рисунок 6.5: Испытание на проницаемость поля для неограниченного проницаемого слоя, подстилаемого непроницаемым слоем Страница | 47

Поток воды через почву в АКВАФЕРЕ Рис. 6.6 показывает идеализированный случай с проницаемым слоем, зажатым между двумя непроницаемыми слоями. Уровень грунтовых вод находится в верхнем непроницаемом слое. Такая ситуация называется замкнутым водоносным горизонтом. В нижнем непроницаемом слое вырыта скважина и установлены две наблюдательные скважины. Устанавливается установившийся поток. Решение для вычисления значения k для проницаемого слоя в этом случае: 𝑘 =

𝑞 𝑟2 ln……………. (6.9) 2𝜋𝐻 𝑕2 — 𝑕1 𝑟1

Где, H: толщина проницаемого слоя

Рисунок 6.6: Испытание на проницаемость для ограниченного водоносного горизонта

6.6 ЭМПИРИЧЕСКАЯ ФОРМУЛА ДЛЯ РАСЧЕТА КОЭФФИЦИЕНТА ПРОНИЦАЕМОСТИ ФОРМУЛА ОПАСНОСТИ Эмпирическая формула Хейзена наиболее широко используется для насыщенных песчаных почв. 𝐾 = 𝐶 𝐷10

2

……………. (6.10)

Где,: коэффициент проницаемости (см / с) 𝐷10: размер частиц, для которых 10% почвы мельче 𝐶: эмпирический коэффициент Хазена, который колеблется от 0,4 до 10,0 со средним значением 1,0 Страница | 48

Течение воды через почву ФОРМУЛА ЧАПУИ 𝑘 = 2.4622

2 10

𝑒3 1 + 𝑒

0,7825

……………. (6.11)

ФОРМУЛА КОЗЕНИ И КАРМАНА Более надежная полутеоретическая и полуэмпирическая формула приводится Козени и Карман как 𝑘 =

1 3……………. (6.12) 𝜂𝑤 𝐶𝑘 − 𝑐 𝑆𝑠2 1 + 𝑒

𝜂𝑤: Вязкость воды (1,307 x 10-3 Н · с / кв.м для t = 100C, 1,002 · 10-3 Н · с / кв.м для t = 200C) 𝐶𝑘 − 𝑐 : Эмпирическая константа Козени-Кармана (обычно используется 5,0) 𝛾𝑤: 9,81 кН / куб.м: удельная поверхность на единицу объема частиц (1 / см) 𝑆𝑠 = 𝑆𝐹 𝐷 𝑒𝑓𝑓 𝐷𝑒𝑓𝑓 =

100% 𝑓𝑖 𝐷𝑎𝑣𝑔, 𝑖

0.5 0,5 𝐷𝑎𝑣𝑔, 𝑖 = 𝐷1, 𝑖 𝐷𝑠, 𝑖

𝑓𝑖: доля (%) частиц между двумя размерами сит с 1, 𝑖 как больше и 𝐷𝑠, 𝑖 как меньший размер сита SF: коэффициент формы (сферический-6, округлый -6,1, изношенный-6,4, острый-7,4 и угловой-7,7) 6,7 ТИПОВОЕ ЗНАЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПРОНИЦАЕМОСТИ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ПОЧВ Тип почвы

Коэффициент проницаемости (см / сек)

Чистый гравий

100-1,0

Крупный песок

1,0-0,01

Песок мелкий

0,01-0,001

Илистая глина

0.001-0.00001

глина

Движение воды в почвах — Добро пожаловать

Течение воды в почве | Связь почвы и воды

Течение воды в почве является сложным из-за различных состояний и направлений, в которых течет вода, а также из-за сил, которые заставляют ее течь.Вода течет вниз под действием силы тяжести. Он перемещается в мелких порах из-за капиллярности из-за сил сцепления и сцепления. Из-за тепла он испаряется и диффундирует в почвенном воздухе.

Скорость, с которой гравитационная вода движется через почву, определяется размером и сплошностью пор. В крупнозернистых почвах он быстро движется через крупные поры. Он не так быстро движется через мелкозернистые почвы из-за сопротивления потоку в микропорах. Движение замедляется глиняной посудой или плугом.Песчаный слой временно останавливает просачивание, но как только вода проникает в этот слой, она продолжает двигаться вниз.

Поливная вода движется фронтом от насыщенного слоя почвы к ненасыщенному, и движение фронта неустойчиво. Во влажной почве движение воды более равномерное, чем в сухой. Тепло испаряет почвенную воду, которая распространяется через почвенный воздух. Когда почвенная вода испаряется с поверхности почвы, капиллярная вода поднимается вверх и заменяет часть испарившейся воды.

Закон Дарси :

На рис. 4.40 показан горизонтальный столб почвы, через который происходит постоянный поток воды слева направо от верхнего резервуара к нижнему, в каждом из которых поддерживается постоянный уровень воды.

Опыт показывает, что расход Q, представляющий собой объем V, протекающий через колонну в единицу времени, прямо пропорционален площади поперечного сечения и падению гидравлического напора ΔH и обратно пропорционален длине колонны L;

Гидравлический напор в системе обычно определяется путем измерения напора на границе притока (H _и ) и на границе оттока (H _o ) относительно некоторого контрольного уровня.

Разница между двумя головками ΔH:

ΔH = H _i — H _o

Очевидно, что при отсутствии гидравлической разницы напора, т. Е. Когда ΔH = 0, поток не возникает.

Падение напора на единицу расстояния в направлении потока (ΔH / L) — это гидравлический градиент, который фактически является движущей силой. Проще говоря, гидравлический градиент — это скорость изменения гидравлического напора с расстоянием. Удельная скорость разряда Q / A (т.е. объем воды, протекающей через площадь поперечного сечения A за время t) называется плотностью потока (просто потоком) и обозначается q.

Таким образом, поток пропорционален гидравлическому градиенту:

Коэффициент пропорциональности K обычно обозначается как гидравлическая проводимость.

Это уравнение известно как закон Дарси. Другими словами, гидравлическая проводимость — это коэффициент пропорциональности K в законе Дарси. Гидравлическая проводимость почвы — это мера способности почвы передавать воду при гидравлическом градиенте.

При неустойчивом течении или неоднородном грунте; гидравлический напор не может линейно уменьшаться в направлении потока.Если градиент гидравлического напора или проводимость является переменным, мы должны учитывать локальные значения градиента, потока и проводимости, а не общие значения для почвенной системы в целом. Следовательно, более обобщенное выражение закона Дарси имеет дифференциальную форму.

Более точное и обобщенное выражение закона Дарси для насыщенных пористых сред в трехмерной макроскопической системе:

q = -K ߜ H

В словесной форме этот закон показывает, что поток жидкости через пористую среду направлен и со скоростью, пропорциональной движущей силе (гидравлическому градиенту), действующей на жидкость, а также пропорционален свойству проводимости. среда (проводимость) для передачи жидкости.

В одномерной системе приведенное выше уравнение принимает вид:

Гидравлическая проводимость — одно из гидравлических свойств почвы. Эти свойства определяют поведение почвенной жидкости в почвенной системе при определенных условиях. Более конкретно, гидравлическая проводимость определяет способность почвенной жидкости течь через матричную систему почвы при заданном гидравлическом градиенте; Характеристики удержания почвенной жидкости определяют способность почвенной системы удерживать почвенную жидкость при заданном давлении.

Гидравлическая проводимость зависит от размера зерна почвы, структуры почвенной матрицы, типа почвенной жидкости и относительного количества почвенной жидкости (насыщения), присутствующего в почвенной матрице. Важные свойства, относящиеся к твердой матрице почвы, включают распределение пор по размерам, форму пор, извилистость, удельную поверхность и пористость. По отношению к почвенной жидкости важные свойства включают плотность жидкости и вязкость жидкости.

Ограничения закона Дарси :

1.Это применимо только тогда, когда поток является ламинарным и когда взаимодействие почвы и воды не приводит к изменению проницаемости с изменением градиента

2. Поскольку насыщенный поток зависит от размера пор, методы обработки, такие как обработка почвы, могут повлиять на пористость и, следовательно, на поток и гидравлическую проводимость почвы.

3. Поровое пространство может быть захвачено газами, особенно когда почва находится под водой в течение длительного времени.

4. В крупных песках и гравиях гидравлические градиенты, превышающие единицу, могут привести к неламинарным условиям потока, в которых закон Дарси не всегда может быть применим.

Измерение насыщенной гидравлической проводимости :

Насыщенная гидравлическая проводимость воды в почве (или внутренняя проницаемость почвы) может быть измерена как полевыми, так и лабораторными экспериментами. В любом случае экспериментальное измерение K (или k) заключается в определении численного значения коэффициента в уравнении Дарси.

Лабораторные методы :

В лаборатории значение K можно определить с помощью нескольких различных инструментов и методов, таких как пермеаметр, барокамера и консолидометр.Общей чертой всех этих методов является то, что образец грунта помещается в небольшую цилиндрическую емкость, представляющую одномерную конфигурацию грунта, через которую принудительно протекает циркулирующая жидкость.

В зависимости от модели потока, протекающей через образец грунта, лабораторные методы измерения гидравлической проводимости классифицируются как испытание с постоянным напором с установившимся режимом потока или испытание падающим напором с нестационарным режимом потока.

Методы постоянного напора в основном используются в образцах грунтовых материалов с расчетным K выше 1.0 x 10 ² м год ^-1 , что соответствует крупнозернистым почвам, таким как чистый песок и гравий. С другой стороны, методы падающей головы используются в образцах почвы с расчетными значениями K ниже 1,0 x 10 ² м год ^-1 .

Метод постоянного напора:

Испытание постоянного напора с пермеаметром — один из наиболее часто используемых методов для определения насыщенной гидравлической проводимости крупнозернистых грунтов в лаборатории.Испытание проводится в соответствии с прямым применением закона Дарси к конфигурации почвенной жидкости, представляющей одномерный устойчивый поток просачивающейся жидкости через насыщенный столб почвы с однородной площадью поперечного сечения.

В этом методе цилиндрический образец грунта с площадью поперечного сечения A и длиной L помещается между двумя пористыми пластинами, которые не создают дополнительного гидравлического сопротивления потоку (рис. 4.41).

Постоянный перепад напора, H ₂ — H ₁ , затем применяется к испытательному образцу.

Путем измерения объема V испытательной жидкости, которая протекает через систему в течение времени t, насыщенная гидравлическая проводимость K почвы может быть определена непосредственно из уравнения Дарси:

Методы падения головы:

Испытание падающей головой с пермеаметром в основном используется для определения значения K (или k) мелкозернистых грунтов в лаборатории. Как и метод постоянного напора, испытание падающим напором также работает в соответствии с прямым применением закона Дарси к одномерному насыщенному столбу почвы с однородной площадью поперечного сечения.

Метод падающего напора отличается от метода постоянного напора тем, что жидкость, которая просачивается через насыщенный столб, поддерживается в режиме нестационарного потока, при котором и напор, и выпускаемый объем меняются во время испытания (рис. 4.42).

В методе испытания падающей головой цилиндрический образец грунта с площадью поперечного сечения A и длиной L помещается между двумя пластинами с высокой проводимостью. Колонна для отбора проб грунта соединена с напорной трубой с площадью поперечного сечения а, по которой в систему вводится фильтрующая жидкость.

Таким образом, измеряя изменение напора в стояке с H ₁ до H ₂ в течение заданного интервала времени t, насыщенная гидравлическая проводимость может быть определена следующим образом:

Нижний предел K, который может быть измерен в пермеаметре с падающим напором, составляет примерно 1 x 10 ^-2 м / год ^-1 . Это значение примерно соответствует нижнему пределу проводимости илов и крупнозернистых глин.

Обычная проблема, возникающая при использовании испытания с пермеаметром либо с постоянным напором, либо с падающим напором, связана со степенью насыщения, достигаемой в образцах грунта во время испытания.Пузырьки воздуха обычно задерживаются внутри порового пространства, и, хотя они имеют тенденцию медленно исчезать, растворяясь в деаэрированной воде, их присутствие в системе может изменить результаты измерений.

Поэтому после использования этих приборов для измерения K всегда рекомендуется проверять степень насыщения образца путем измерения объемного содержания воды в образце и сравнения результата с общей пористостью, рассчитанной на основе плотности частиц.

Диапазоны гидравлической проводимости для разных грунтов приведены в таблице 4.7:

Полевые методы :

Многие методы in situ были разработаны для определения насыщенной гидравлической проводимости почв в пласте подземных вод в неограниченных и замкнутых условиях.

Метод сверления отверстий или метод Хугоуда:

Метод шнека — это полевой метод, наиболее часто используемый для определения насыщенной гидравлической проводимости грунтов на месте. В своей простейшей форме он состоит из подготовки полости, частично проникающей в водоносный горизонт, с минимальным нарушением почвы.После подготовки полости воде в лунке дают уравновеситься с грунтовыми водами; то есть уровень в лунке становится совпадающим с уровнем грунтовых вод. Фактическое испытание начинается с удаления всего количества воды из отверстия и измерения скорости подъема уровня воды в полости (рис. 4.43).

Из-за трехмерного аспекта структуры потока воды около каверны не существует простого уравнения для точного определения проводимости.Однако для аппроксимации насыщенной гидравлической проводимости для различных конфигураций грунта можно использовать множество доступных полуэмпирических выражений.

Формула для использования в случае, когда отверстие шнека не заканчивается на непроницаемом слое:

Когда отверстие шнека заканчивается непроницаемым слоем:

В обоих уравнениях S определяется соотношением:

S = 0.19 а х д

где, y ₁ = уровень воды в шнековом отверстии (см) ниже уровня грунтовых вод в начале измерения

y ₂ = Уровень воды в отверстии шнека (см) в конце измерения

Δt = Подъем уровня воды в отверстии шнека между t ₂ и t ₁

2R = диаметр отверстия шнека

d = Глубина отверстия шнека (см) ниже уровня грунта

S = Глубина непроницаемого слоя (см) ниже отверстия шнека.

Худхудт определил, что константа S зависит от a, d и s, выраженных с помощью приведенного выше уравнения.

Преимущества :

1. Используйте почвенную воду для измерения

2. Образец, использованный для измерения, большой

3. Наличие камней и / или корневых отверстий рядом с отверстием не сильно влияет на измерения.

4. Измерение отражает горизонтальную составляющую K _sat .

Шнековый метод применим к безнапорному водоносному горизонту с однородными свойствами почвы и неглубоким водным зеркалом. В своей простейшей форме этот метод обеспечивает оценку средней горизонтальной составляющей насыщенной гидравлической проводимости почвы в пределах водоносного горизонта.

Расширенные варианты метода были разработаны для учета слоистых грунтов и для определения горизонтальных или вертикальных компонентов насыщенной гидравлической проводимости.

Результаты, полученные методом отверстия под шнек, не являются надежными в случаях, когда:

1. Уровень грунтовых вод находится над поверхностью почвы

2. Существуют артезианские условия

3. Структура грунта сильно слоистая

4. Возникновение небольших высокопроницаемых пластов.

Пьезометр Метод:

Киркхэм (1946) предложил метод, в котором труба вставляется в отверстие шнека ниже уровня грунтовых вод с полостью на конце трубы или без нее.

Трубы или трубы вбиваются в почву ниже уровня грунтовых вод с выемкой на конце или без нее. Грунт удаляется из трубы или трубки. Водному столбу дают подняться до уровня, после чего откачивают воду. Подъем уровня воды в насосе фиксируется с течением времени (рис. 4.44).

Движение воды в почве :

Движение воды в почвах довольно просто и легко понять одними и довольно сложным и трудным для понимания другим.Объект, который может свободно двигаться, имеет тенденцию самопроизвольно переходить из состояния с более высокой потенциальной энергией в состояние с более низкой потенциальной энергией. Так и с водой. Единица объема или массы воды имеет тенденцию перемещаться из области с более высокой потенциальной энергией в область с более низкой потенциальной энергией (рис. 4.45).

Движение воды в условиях насыщения :

Закон Пуазейля лежит в основе ряда различных уравнений, которые были разработаны для определения гидравлической проводимости почвы для определения распределения ее пор по размерам.Размер пор имеет исключительное значение, поскольку его четвертая степень пропорциональна скорости потока насыщения. Это указывает на то, что насыщенный поток при прочих идентичных условиях уменьшается по мере уменьшения размера пор.

Обычно расход в грунтах различного состава находится в следующей последовательности:

Песок> суглинок> глина

Насыщенный поток возникает, когда поры почвы полностью заполнены водой. Эта вода движется при водном потенциале более -33 кПа.Насыщенный поток — это поток воды, вызванный действием силы тяжести. Он начинается с инфильтрации, то есть движения воды в почву, когда дождевая или поливная вода попадает на поверхность почвы. Когда профиль почвы увлажнен, движение большего количества воды, протекающей через увлажненную почву, называется просачиванием.

Факторы, влияющие на движение воды, включают:

1. Текстура

2. Структура

3. Количество органического вещества

4. Глубина грунта до твердого поддона

5.Количество воды в почве

6. Температура

7. Давление.

Движение влаги в ненасыщенных условиях :

Это поток воды с водным потенциалом ниже -1/3 бар. Вода будет двигаться в сторону области с более низким потенциалом (в сторону большей «тянущей» силы). В однородной почве это означает, что вода перемещается из более влажных мест в более сухие. Движение воды может быть в любом направлении.

Скорость потока тем выше, чем выше градиент водного потенциала (разница потенциалов между влажным и сухим), а также с увеличением размера пор, заполненных водой.Две силы, ответственные за это движение, — это притяжение твердых частиц почвы к воде (адгезия) и капиллярность. В полевых условиях это движение происходит, когда макропоры почвы (некапиллярные) заполнены воздухом, а микропоры (капилляры) — водой и частично воздухом.

По мере того, как дренаж продолжается в почве и более крупные поры освобождаются от воды, вклад гидравлического напора или гравитационной составляющей в общий потенциал становится все менее важным, а вклад матричного потенциала ψ _m становится более важным.

Влияние давления, как правило, незначительно из-за непрерывности воздушного пространства. Потенциал растворенного вещества (осмотический потенциал) ψ _s не влияет на градиент потенциала, если в какой-либо точке почвы не наблюдается необычная концентрация соли. Незначительное влияние потенциала растворенного вещества связано с тем, что и растворенные вещества, и вода движутся. Таким образом, в момент влаги в ненасыщенных условиях потенциал ψ является суммой матричного потенциала (ψ _m ) и до некоторой степени гравитационного потенциала (ψ _g ).При горизонтальном движении применяется только ψ _м . В условиях нисходящего движения капиллярный и гравитационный потенциалы действуют вместе. При восходящем капиллярном движении ψ _m и ψ _g противостоят друг другу.

Для ненасыщенного потока уравнение можно переписать как:

Направление I — это путь наибольшего изменения (ψ _м + ψ _g ).

В ненасыщенных условиях все еще применяется Дарси, но с некоторыми изменениями.Это применимо к ненасыщенному потоку, если K рассматривается как функция от содержания воды, то есть K (θ), где θ — содержание влаги в почве.

По мере того, как содержание влаги в почве и ее потенциал влажности уменьшаются, гидравлическая проводимость уменьшается очень быстро, так что ψ _почва составляет -15 бар, K составляет всего 10 ^-3 от значения при насыщении. Быстрое снижение проводимости происходит из-за того, что в первую очередь опорожняются более крупные поры, что значительно уменьшает поперечное сечение, доступное для потока жидкости.Когда непрерывность пленок нарушается, поток жидкости больше не возникает.

При движении ненасыщенной влаги в почве, также называемом капиллярным движением, k часто называют капиллярной проводимостью, хотя часто используется термин гидравлическая проводимость. Ненасыщенная проводимость зависит от влажности почвы, а также от количества, размера и непрерывности почвенных пор.

При влажности ниже допустимой для поля капиллярная проводимость настолько мала, что движение капилляров практически не влияет на рост растений.Многие исследования показали, что капиллярный подъем от свободного зеркала грунтовых вод может быть важным источником влаги для растений только тогда, когда свободная вода находится в пределах 60 или 90 см от корневой зоны.

Движение ненасыщенного потока прекращается в песке при более низком натяжении, чем в почвах с более мелкой текстурой, поскольку пленки воды быстрее теряют непрерывность между более крупными частицами. Чем влажнее почва, тем выше проводимость воды.

В «влажном диапазоне» диапазон ненасыщенного потока в почвах различного состава находится в следующем порядке:

Песок <суглинок <глина

Можно заметить, что это обратный порядку в насыщенном потоке.Однако во «влажном диапазоне» ненасыщенная проводимость возникает в том же или подобном порядке, что и насыщенная проводимость.

Движение водяного пара :

Движение водяного пара от почв происходит двумя путями:

1. Внутреннее движение — переход из жидкого состояния в парообразное происходит внутри почвы, то есть в порах почвы и

2. Внешнее движение — явление происходит на поверхности земли, и образующийся пар уходит в атмосферу в результате диффузии и конвекции.

Движение водяного пара через механизм диффузии происходит из одной области в другую область почвы в зависимости от градиента давления пара (движущей силы). Этот градиент — это просто разница в давлении пара в двух точках, расположенных на единице расстояния друг от друга. Чем больше эта разница, тем быстрее происходит диффузия и тем больше перенос водяного пара за единицу периода.

Движение почвенной воды в ненасыщенных почвах происходит как в жидкой, так и в паровой фазах. Хотя пароперенос незначителен при высоком содержании воды в почве, он увеличивается по мере увеличения пустот.При потенциале влажности почвы около -15 бар непрерывность жидких пленок нарушается, и вода движется только в виде пара.

Диффузия водяного пара вызвана градиентом давления пара как движущей силой. Давление паров почвенной влаги увеличивается с увеличением влажности почвы и температуры, снижается с увеличением содержания растворимой соли.

Движение водяного пара значимо только во «влажном диапазоне». В «влажном диапазоне» движение пара незначительно, потому что имеется мало сплошных открытых пор.В «сухом диапазоне» движение воды существует, но в почве так мало воды, что скорость движения очень мала.

Движение водяного пара происходит внутри почвы, а также между почвой и атмосферой, например, испарение, конденсация и адсорбция. Скорость диффузии водяного пара через почву пропорциональна квадрату эффективной пористости независимо от размера пор. Чем мельче поры почвы, тем выше напряжение влаги, при котором происходит максимальное движение водяного пара.

В крупнозернистой почве поры освобождаются от жидкой воды при относительно низком натяжении, а когда почва высыхает, остается мало влаги для переноса пара. Но мелкозернистая почва сохраняет значительное количество влаги даже при высоком напряжении, что позволяет переносить пар. Интересно отметить, что максимальное движение водяного пара в почве имеет огромное значение для роста и выживания растений.

Поток воды через почву — проницаемость и факторы, влияющие на проницаемость

Проницаемость — одно из важных физических свойств грунта, так как с ним напрямую связаны некоторые из основных проблем механики грунта.Проектирование автомобильных дорог, аэропортов, земляных дамб, строительство фундамента ниже уровня грунтовых вод, выход из колодца, осадка фундамента и т. Д. Зависят от проницаемости почвы. Следовательно, чтобы стать хорошим инженером по грунтам, очень важно знать проницаемость. Материал называется проницаемым, если он содержит сплошные пустоты. Поскольку такие пустоты содержатся во всех почвах, включая самую жесткую глину, все они проницаемы. Гравий очень водопроницаемый, а жесткая глина — наименее проницаемая почва.

Знание проницаемости важно для следующих инженерных задач:

(i) Просачивание через земляные дамбы и каналы.

(ii) Недостаточное давление под гидросистемой и защита от трубопроводов

(iii) Скорость оседания насыщенного сжимаемого слоя почвы.

(iv) Урожайность и дренаж заболоченных сельскохозяйственных земель.

(v) Устойчивость склонов плотин вверх и вниз по течению.

Определения :

Проницаемость:

Проницаемость — это свойство почвы, которое позволяет воде проходить через связанные между собой пустоты.

Ламинарный поток:

Поток, в котором все частицы воды движутся параллельными путями, не пересекая пути других частиц.

Турбулентный поток:

Поток, в котором все частицы воды движутся зигзагообразно.

Гидравлический градиент:

Гидравлический напор на единицу расстояния потока называется гидравлическим градиентом. Рассмотрим насыщенный поток через однородную пористую массу грунта длиной «L» и пусть h _P1 и h _P2 будут пьезометрическим напором »или« напором давления »на входной и выходной поверхности соответственно. Пусть + Z ₁ и — Z ₂ будут высотой напора на входной и выходной поверхности, принимая уровень воды ниже по течению в качестве базовой линии.Скоростной напор для потока через почву незначителен.

Определение гидравлического градиента:

Общий напор = напор + напор

Суммарный напор на забое

H ₁ = hp ₁ + Z ₁

Суммарный напор на выходах

H ₂ = hp ₂ — Z ₂ = 0

Суммарный перепад напора

H = h ₁ -h ₂ = h _P1 + z ₁ -0 = h _P1 + z ₁

[••• hp ₂ = Z ₂ ]

Эта общая разница напора называется гидравлическим напором или «потерей напора» или «падением напора».В качестве опорной точки может быть выбрана любая отметка, как основание высотных головок. Преимущества выбора уровня воды ниже по течению в качестве исходной точки заключаются в том, что общий напор на выходах становится равным нулю, а высота воды в пьезометре в любой точке почвы, измеренная над исходной линией, дает непосредственно гидравлический напор

h = hp ± z

где hp = пьезометрический напор

z = Высота подъема

Потеря напора на единицу расстояния потока (или по длине потока) называется гидравлическим градиентом.Обозначается буквой «I»

I = ч / л

Где

ч = потеря напора

L = длина вдоль пути потока, на которой потеря напора равна h.

Закон Дарси :

В середине восемнадцатого века Х. Дарси, работая в Париже, экспериментально изучал течение воды через почву. Для ламинарного потока через насыщенный грунт Дарси экспериментально установил, что скорость потока q через площадь сечения грунта A пропорциональна гидравлическому градиенту.

q = KiA

или q / A = ki

или V = Ki

, где V = скорость потока

K = коэффициент проницаемости

i = Гидравлический градиент

Закон Дарси действует, пока поток является ламинарным. Применяется для фракции почвы более мелкой, чем мелкий гравий.

Скорость потока (или скорость нагнетания) :

Кажущаяся скорость равна средней скорости потока через единицу общей площади почвы.

Расход — это объем воды, протекающий в единицу времени.

Скорость утечки :

Скорость просачивания — это фактическая или истинная скорость, с которой вода течет через пустоты в почве.

Le A _v — область пустот и

A — общая площадь почвы, перпендикулярная направлению потока. Скорость потока можно приравнять как q = VA = A _V .V _S

или V _с = V × A / A _V

или V _S = V / n

Длина потока одинакова для случая и n = Объем пустот / Общий объем]

или V _S = (1 + e / e) V

Где V Скорость потока

В _S = Скорость утечки

e = Коэффициент пустотности

n = пористость

Поскольку (1 + e / e) всегда больше единицы, Vg всегда больше V.

Коэффициент проницаемости :

Мы знаем q = KIA (закон Дарси)

Положив A = 1 и I = 1 в уравнение, мы получим

К = q

, то есть коэффициент проницаемости, также известный как гидравлическая проводимость, может быть определен как скорость потока воды в условиях ламинарного потока через единицу площади поперечного сечения пористой среды при единичном гидравлическом градиенте и стандартных температурных условиях (обычно 27 ° C в Индии).Единица измерения K аналогична единице скорости, т. Е. М / с или см / с и т. Д.

Эмпирическая зависимость между K и D ₁₀ , разработанная Hazen (1911) для рыхлого чистого песка, составляет

К = CD ₁₀ ²

, где K = коэффициент проницаемости (см / с)

C = коэффициент Хазена = 0,8–1,2 (обычно используется 1,0)

D ₁₀ = Эффективный размер почвы

Коэффициент перколяции :

Скорость фильтрации также пропорциональна гидравлическому градиенту.

Проницаемость может быть получена из теоретического уравнения Козени-Кармана для потока через пористую среду

K = CD ² ₀ (e ³ + 1 + e) ​​γw / n …………… (4.3)

Где C = коэффициент формы композитного материала

D _{0 =} Типичный размер частиц

e = Коэффициент пустотности

γ _w = плотность воды,

n = Вязкость воды

Факторы, влияющие на проницаемость:

(i) Свойства поровой жидкости

(ii) Размер и форма частиц

(iii) Коэффициент пустотности почвы

(iv) Структурное расположение частиц почвы

(v) Степень насыщения

(vi) Адсорбированная вода

(viii) Стратификация

(i) Свойства поровой жидкости:

Из уравнения 4.3 видно, что плотность и вязкость — это два физических свойства порового флюида (или воды), которые влияют на проницаемость. Коэффициент проницаемости прямо пропорционален плотности воды и обратно пропорционален ее вязкости. Значение плотности воды не сильно меняется при изменении температуры, но есть большие колебания вязкости. Вязкость уменьшается с повышением температуры, и, следовательно, проницаемость увеличивается с повышением температуры.

(ii) Размер и форма частиц:

Проницаемость почвы прямо пропорциональна квадрату размера частиц, как показано в уравнении 4.3. Это наиболее важный фактор, влияющий на проницаемость почвы, поскольку они определяют соотношение пустот, размер и форму пор в массиве почвы. Крупнозернистый грунт имеет больший размер пор и здесь больше K, т.е. коэффициент проницаемости, чем мелкозернистый грунт.

(iii) Коэффициент пустотности почвы:

Заметное влияние коэффициента пустотности на проницаемость почвы, как показано в уравнении 4.3 подтверждено экспериментально.

К α e ³ /1 + e

Из приведенного выше уравнения ясно, что K прямо пропорционален коэффициенту пустотности, т.е. чем больше коэффициент пустотности почвы, тем больше проницаемость. Между K и e также существует полулогарифмическая связь. График логарифма K (логарифмическая шкала) Vg e (линейная шкала) представляет собой приблизительно прямую линию как крупнозернистой, так и мелкозернистой почвы.

(iv) Структурное расположение частиц почвы:

Структурное расположение частиц почвы варьируется при одном и том же соотношении пустот в зависимости от метода уплотнения массы почвы.Проницаемость нарушенного образца может отличаться от проницаемости невозмущенного образца при том же соотношении пустот. Влияние структурных нарушений на проницаемость сильно выражено в мелкозернистых грунтах.

(v) Степень насыщения:

Проницаемость почвы изменяется прямо пропорционально кубу степени насыщения. Таким образом, чем больше насыщена почва, тем выше будет проницаемость. Однако давление захваченного воздуха в порах почвы препятствует потоку воды.

(vi) Адсорбированная вода:

Мелкие частицы глины окружены пленками адсорбированной воды. Силы адсорбции и развития диффузного ионного слоя вокруг частиц глины создают иммобилизованные гидродинамические слои воды, тем самым уменьшая эффективное поровое пространство, доступное для просачивания.

(vii) Стратификация:

Слоистый грунт обладает различными характеристиками проницаемости. Проницаемость того же грунта больше, когда поток параллелен слою, чем проницаемость, когда поток перпендикулярен слою.

Коэффициент проницаемости можно определить следующими методами:

а) Лабораторные методы [прямые методы]

(i) Испытание на проницаемость при постоянном напоре

(ii) Испытание на падение головы.

(б) Полевые методы

(i) Откачивающие испытания

(ii) Прокачка в испытаниях

(c) «Косвенные методы

(i) Расчет по зерну (K = CD ₁₀ ² ) размером

(ii) Тест на горизонтальную капиллярность

(iii) Сводные данные испытаний.

Испытание на проницаемость при постоянном напоре:

На рисунке 4.3 показано схематическое изображение теста.

Поток воды из верхнего бака состоит из трех трубок: входной, выходной и переливной. Постоянный напор «h» поддерживается на протяжении всего теста. Поскольку длина образца грунта «L» фиксируется на протяжении всего испытания, гидравлический градиент «i» остается постоянным на протяжении всего испытания

Мы знаем, что I = h / L

Где h = разница уровней воды в верхнем и нижнем баках.Если Q — это общее количество потока во временном интервале «t», мы получили закон Дарси.

Измерение Q выполняется после достижения установившегося состояния. Испытание повторяется два или три раза, и для расчета К. используется среднее значение Q. Это испытание подходит для крупнозернистой почвы, где за заданное время можно собрать разумные выбросы.

Испытание на проницаемость при падающей головке:

Испытание падающей головой подходит для менее проницаемых почв.Стоячая труба с известной площадью поперечного сечения «а» оснащена пермеаметром, и вода может стекать по этой трубе. Уровень воды в стояке постоянно падает по мере протекания воды. Наблюдения начинаются после достижения устойчивого состояния потока. Напор в любой момент времени ‘t’ равен разнице уровней воды в стояке и нижнем резервуаре.

Пусть h ₁ и h ₂ будут головами на временных интервалах t ₁ и t ₂ соответственно (t ₁ > t ₂ ).Пусть h будет напором в любом промежуточном временном интервале t, а -dh будет изменением напора в меньшем временном интервале «dt» (используется знак минус, поскольку h уменьшается по мере увеличения t). Согласно закону Дарси, скорость потока q равна

Лабораторные наблюдения состоят из измерения напоров h ₁ и hg в двух выбранных временных интервалах t ₁ и t ₂ . Для расчетов берутся средние по временным интервалам.

Лист наблюдений для испытания на проницаемость падающего напора: