Oznaczanie współczynnika filtracji metodą laboratoryjną za pomocą aparatu Wiłuna

Wstęp teoretyczny

Oznaczanie współczynnika filtracji metodą laboratoryjną polega na pomiarze ilości wody, która w jednostce czasu przesączy się przez próbkę skały o określonej wysokości i przy określonej różnicy ciśnień. Do tego celu używa się aparatu Wiłuna typu ITB-ZW-K₂.

Schemat aparatu Wiłuna:

A - komora A

B - komora B

1. Próbka gruntu.

2. Pierścień, w którym umieszcza się badaną próbkę gruntu.

3. Perforowany krążek.

4. Obciążnik.

5. Podziałka

6. Dopływ wody do komory A.

7. Górny przelew.

8. Odpływ.

Zasadnicze części tworzą dwa cylindry metalowe - zewnętrzny A i wewnętrzny B, umożliwiające ustalenie różnych poziomów wody, oraz pierścień 2, w którym umieszcza się próbkę skały. Próbkę skały wsypuje się do pierścienia, zagęszczając. Pierścień z próbką umieszcza się w cylindrze wewnętrznym i przykręca się, tak aby ściśle przylegał do dna. Na wierzchu umieszcza się siatkę filtracyjną 3 i obciążnik 4 o masie 10 kg. Zewnętrzną komorę aparatu wypełnia się wodą, która przepływając od dołu usuwa z próbki powietrze. Po ustabilizowaniu się zwierciadła wody w dwóch komorach aparatu na różnych poziomach mierzymy, przez 30s ilość wypływającej wody z odpływu. Spadek hydrauliczny powinien wynosić 0,3÷0,8.

Następnie po zamknięciu kraniku obniża się przelew i wolno wypuszcza wodę z komory. Po ustaleniu się różnych ciśnień (wysokości zwierciadeł wody w komorach) wykonuje się pomiar ponownie dla innej wysokości zwierciadła wody.

Współczynnik filtracji obliczamy z wzoru:

gdzie:

k - współczynnik filtracji,

ρ - gęstość wody (=1 g/cm³)

n - współczynnik porowatości (0,389203)

η - współczynnik lepkości wody (1,3 mPas)

α - współczynnik krętości kanalików (1,25)

s - powierzchnia właściwa

Wyniki pomiarów i obliczeń

Wysokość próbki (cylindra) l_p = 5,87 m

Średnica próbki (cylindra) - 7,99 m

Masa próbki - 476,15 g

Nr pomiaru	1	2	3
Wys. zwierciadła wody 1 [cm]	3,9	3,6	5,5
Wys. zwierciadła wody 2 [cm]	1,2	1,4	1,4
Różnica wysokości zwierciadeł ΔH [cm]	2,7	2,2	4,1
Objętość wody V w czasie 30s [cm^3]	97 97 95	80 79 79	131 131 129
Spadek hydrauliczny I	0,46	0,37	0,698
Współczynnik filtracji k [cm/s]	0,056

---