OZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA FILTRACJI

METODĄ PRZEPŁYWU NIEUSTALONEGO.

1. Przeznaczenie

Uniwersalny Permeametr Kolumnowy UPK-99 przeznaczony jest do pomiarów współczynnika filtracji k utworów pylastych, piaszczystych oraz żwirowych w zakresie od 10^-6 do 10^-2 m/s. Oznaczenie k można wykonać zarówno metodą stałogradientową, jak i zmiennogradientową, przy dwóch kierunkach strumienia filtracji: z dołu do góry oraz z góry na dół. Badania wykonuje się w warunkach laboratoryjnych. Permeametr UPK-99 umożliwia przygotowanie próbki piasku do badań według jednolitej metodyki, przez co zapewniona zostaje saturacja i konsolidacja badanej próbki piasku.

2. Stało- i zmiennogradientowa metoda wyznaczania współczynnika filtracji

Współczynnik filtracji po raz pierwszy zdefiniował i wprowadził do hydrogeologii Henry Darcy (Darcy 1856). Na podstawie badań filtracji wody przez piaski stwierdził, że wydatek wody Q jest wprost proporcjonalny do powierzchni przekroju F prostopadłego do kierunku filtracji, różnicy wysokości hydraulicznych ΔH wywołującego filtrację i odwrotnie proporcjonalne do długości drogi filtracji Δl. Ponadto, dla danego rodzaju piasku, wydatek jest wprost proporcjonalny do pewnej wielkości, którą nazwał współczynnikiem filtracji k. Jest to parametr charakteryzujący zdolność skał do filtracji wody (wodoprzepuszczalność skał).

(1)

Badania laboratoryjne współczynnika filtracji wykonuje się za pomocą specjalistycznych aparatów zwanych permeametrami, które ze względu na charakter filtracji wody i zasadę działania można podzielić na stało- i zmiennogradientowe (rys. 1) (Marciniak i in. 1998).

W aparatach o stałym gradiencie hydraulicznym należy doprowadzić do ustabilizowania natężenia strumienia wody Q filtrującej przez badaną próbkę piasku. Stabilizację różnicy ciśnień ΔH ułatwia przelew nadmiarowy.

Rys. 1. Schemat stało- (a) i zmiennogradientowej (b) metoda badania współczynnika filtracji

Objaśnienia:

1 - badana próbka gruntu, 2 - cylinder z perforowanym dnem, 3 - naczynie z przelewem

W metodzie stałogradientowej dokonuje się pomiaru natężenia objętościowego przepływu wody (wydatku) Q oraz różnicy wysokości hydraulicznych ΔH (poziomów wody) na długości drogi filtracji Δl. Współczynnik filtracji można, w tym przypadku, wyznaczyć bezpośrednio z wzoru Darcy'ego.

(2)

Przykładem permeametru stałogradientowego może być aparat Darcy'ego (Kleczkowski 1980). W aparatach o zmiennych gradiencie hydraulicznym, (metoda przepływu nieustalonego) pomiar współczynnika filtracji odbywa się na podstawie obserwacji opadania zwierciadła wody w rurce pomiarowej mającej stały przekrój (Pazdro, Kozerski 1983). Prędkość opadania zwierciadła wody w kolumnie filtracyjnej wynosi
. Zgodnie z prawem Darcy
. Zatem, po porównaniu stronami i rozdzieleniu zmiennych:

Całkując powyższe równanie w granicach od t = t₀; h = h₀, do t = t₁; h = h₁ oraz oznaczając Δt = t₁ - t₂ otrzymuje się:

a stąd, po uporządkowaniu:

(3)

W aparatach o zmiennym gradiencie hydraulicznym należy określić pole powierzchni przekroju F oraz wysokość badanej próbki piasku Δl, pole przekroju rurki pomiarowej f początkową i końcową różnicę poziomów wody (h₀ i h₁). Doświadczenie polega na uchwyceniu w jakim czasie Δt poziom wody obniży się z h₀ do h₁. Współczynnik filtracji k można wyliczyć ze wzoru (3), który może ulegać różnym modyfikacjom w zależności od cech konstrukcyjnych poszczególnych permeametrów (Żurawski., Skonieczny, Kaniecki 1971). Typowym przykładem permeametru zmiennogradientowego jest rurka Kamieńskiego.

3. Opis budowy permeametru

Permeametr UPK-99 zbudowany jest z polimetakrylanu metylu PMMA (plexi). Głównym elementem konstrukcyjnym są cztery pionowe rury (kolumny) przyklejone do prostokątnej podstawy. Dzięki odpowiednim połączeniom pomiędzy kolumnami pionowymi, za pomocą poziomo wklejonych rurek oraz za pomocą węży, można uzyskać pożądane kierunki przepływu wody. Kolumny zewnętrzne pełnią funkcję kolumn zasilających permeametr wodą, natomiast kolumny wewnętrzne pełnią funkcję kolumn pomiarowych, które umożliwiają dokładny pomiar różnicy poziomów zwierciadła wody, przy gradientach hydraulicznych zmieniających się w zakresie od 0,1 do 1,0. Schemat konstrukcyjny i funkcjonalny permeametru pokazano na rys 2.

Podstawowym elementem permeametru jest cylindryczny próbnik (2), który w odległości 30 mm od dna ma wklejoną siatkę filtracyjną. Przy siatce filtracyjnej znajdują się cztery ukośne otwory odpowietrzające. Poniżej siatki filtracyjnej znajduje się u-kształtne wybranie, które umożliwia osadzenie próbnika (2) w uchwycie (3) w dwóch pozycjach pionowych: wysokiej do saturacji próbki i niskiej do konsolidacji próbki i badania współczynnika filtracji. Kielichowy uchwyt próbnika (3) przyklejony jest szczelnie do podstawy (6). Współosiowo z kielichowym uchwytem próbnika (3) przyklejony jest do podstawy (6) zbiornik cylindryczny (5). Zbiornik (5) ma w dolnej części wklejoną końcówkę do nasunięcia węża. Poprzez podnoszenie tego węża powoli ku górze, można podnosić poziom wody w zbiorniku cylindrycznym (5), co umożliwia saturację badanej próbki piasku (1). Dolną część próbnika (2) wsuwa się w kielichowy uchwyt (3) z uszczelką pierścieniową (4), która ma za zadanie uszczelnić połączenie obu tych części. Górna krawędź próbnika (2) jest zaostrzona, co powinno ułatwić pobranie próbki w terenie bezpośrednio do próbnika. W skład kompletu UPK-99 wchodzi kilka próbników z siatkami filtracyjnymi o różnych oczkach. Z kolei na górną część próbnika (2) nasuwa się nakładkę pomiarową (10). Szczelne połączenie próbnika (2) z nakładką pomiarową (10) zapewnia uszczelka pierścieniowa (4). W dolnej części nakładki pomiarowej (10) znajduje się końcówka do węża, za pomocą którego nakładkę pomiarowa (10) można połączyć z kolumną prawą (9). Zarówno kolumna lewa (7) jak i kolumna prawa (9) mają w dolnej części wklejone końcówki do nasunięcia węży. Węże te pełnią funkcje przelewów pomiarowego (13) i nadmiarowego (12) lub odwrotnie, w zależności od kierunku filtracji wody. Ustawienie węży przelewowych na odpowiednich poziomach ułatwiają specjalne uchwyty plastikowe (nie pokazane na rys. 2), które można przesuwać w górę i w dół po obu kolumnach zasilających. Do każdego uchwytu przyklejona jest rurka z plexi, na którą nasuwa się węże przelewowe. Zespół zasilania wodą (11) składa się z węża, zaworu oraz uchwytu umożliwiającego umocowanie węża do górnej krawędzi kolumn prawej (9) lub lewej (7). Zawór zapewnia regulację natężenia przepływu wody w przedziale od 0,5 l/d do 2 l/min. Permeametr można zasilać wodą bezpośrednio z sieci wodociągowej lub ze specjalnego zbiornika, który umożliwia formowanie parametrów fizyko-chemicznych wody poprzez: odgazowanie, stabilizację termiczną, dobór składu chemicznego, itp. Ponadto w skład wyposażenia permeametru wchodzą jeszcze: statyw do ciężarka konsolidującego próbkę, ciężarek, termometr, stoper oraz zespół węży.

Wymiary gabarytowe obu wersji UPK-99 pokazano na rys. 3 oraz zestawiono w tabeli 1.

Rys. 2. Uniwersalny Permeametr Kolumnowy UPK-99

Objaśnienia: 1 - badana próbka piasku, 2 - próbnik z siatką filtracyjną do pobrania lub załadowania próbki piasku, 3 - kielichowy uchwyt próbnika, 4 - uszczelka pierścieniowa, 5 - zbiornik cylindryczny z końcówką do węża, 6 - podstawa, 7 - kolumna lewa do zasilania wodą, 8 - kolumna pomiarowa, 9 - kolumna prawa do zasilania wodą, 10 - nakładka pomiarowa na próbnik, 11 - zespół zasilania wodą, 12 - przelew nadmiarowy (pomiarowy), 13 - przelew pomiarowy (nadmiarowy)

Rys. 3. Wymiary gabarytowe permeametru UPK-99

Tabela 1. Zestawienie wymiarów gabarytowych UPK-99

Wymiar	Symbol	Wymiar	Wersja laboratoryjna
Długość	x	mm	400
Szerokość	y	mm	250
Wysokość	z	mm	400
Wysokość próbnika	w	mm	180
Średnica kolumn pomiarowych	d1	mm	60
Średnica kolumn zasilających	d2	mm	40
Powierzchnia próbki	F	cm^2	28,27

4. Działanie i obsługa permeametru UPK-99

Wykonanie pełnego badania współczynnika filtracji próbki piasku, za pomocą Uniwersalnego Permeametru Kolumnowego UPK-99, wymaga zrealizowania następujących zadań cząstkowych:

1. Załadowanie próbki piasku do próbnika

2. Saturacja badanej próbki piasku

3. Konsolidacja badanej próbki piasku

4. Oznaczenie współczynnika filtracji, przy przepływie wody z dołu ku górze:

1. metodą stałogradientową

2. metodą zmiennogradientową

5. Oznaczenie współczynnika filtracji, przy przepływie wody z góry na dół:

1. metodą stałogradientową

2. metodą zmiennogradientową

Poniżej omówione zostaną szczegółowo poszczególne zadania cząstkowe.

4.1. Załadowanie próbki piasku do próbnika

Wysokość badanej próbki piasku powinna wynosić około 10 cm. Badaną próbkę piasku można załadować do próbnika na dwa sposoby: poprzez wbicie próbnika w złoże piasku lub poprzez wsypanie wyprażonego piasku do próbnika.

W przypadku utworów przypowierzchniowych, jeśli istnieje bezpośredni dostęp do złoża, można załadować piasek do próbnika poprzez wbicie próbnika w złoże piasku. Ten sposób napełnienia próbnika przypomina, w pewnym stopniu, pobranie próbki gruntu o nienaruszonej strukturze (NNS). Zachowanie naturalnej struktury utworów piaszczystych podczas załadowania tych utworów do próbnika może się okazać w praktyce problematyczne. Jeśli jednak podczas wyjazdu w teren, można będzie napełnić kilka próbników piaskiem, a badania wykonać w warunkach laboratoryjnych, to taki sposób napełnienia próbnika piaskiem powinien okazać się praktycznym. Wbicie próbnika w złoże piasku powinna ułatwić zaostrzona, górna krawędź próbnika.

Podczas wiercenia otworów hydrogeologicznych na dużych głębokościach, nie ma możliwości wbicia próbnika w przewiercane utwory piaszczyste. Wówczas próbki piasku do badanie współczynnika filtracji, pobrane z odpowiednich głębokości, należy wyprażyć w suszarce i wsypać na sucho do próbnika. Prażenie próbki piasku powinno odbywać się w temperaturze 105 C, przez co najmniej godzinę.

Podczas badania współczynnika filtracji piasków drobnoziarnistych lub pylastych może następować unoszenie drobnych frakcji w wodzie. Aby tego uniknąć można badany piasek podścielić i zasypać warstewką piasku gruboziarnistego lub żwiru. Trzeba jednak liczyć się z tym, że warstewki żwiru utrudnią dokładny pomiar wysokości badanej próbki piasku.

4.2. Saturacja badanej próbki piasku

Po załadowaniu próbki piasku do próbnika należy przystąpić do wysycenia badanej próbki wodą, czyli do jej saturacji. Schemat podłączenia węży do permeametry UPK-99 podczas saturacji badanej próbki piasku pokazano na rys. 4.

Przygotowanie permeametru UPK-99 do saturacji badanej próbki piasku polega na:

• wsunięciu próbnika (2) w kielichowy uchwyt próbnika (3) w taki sposób, aby próbnik (2) oparł się swoją dolną krawędzią o poziomą rurkę łączącą kolumnę pomiarową (8) z uchwytem (3),

• założeniu węży na końcówki wklejone w lewą kolumnę zasilającą (7) oraz w zbiornik cylindryczny (5),

• umocowaniu zespołu zasilania wodą (11) do lewej kolumny zasilającej (7).

W pierwszej fazie saturacji należy oba węże ustawić w takim położeniu, aby poziom wody w zbiorniku cylindrycznym (5) był nieco niższy niż położenie siatki filtracyjnej w próbniku (2). Przy wysokim położeniu próbnika (2) woda przepływa z lewej kolumny zasilającej (7) poprzez kolumnę pomiarową (8) do kielichowego uchwytu próbnika (3) i dalej poprzez otworki odpowietrzające w próbniku do zbiornika cylindrycznego (5). Umożliwia to odpowietrzenie próbnika (2) poniżej siatki filtracyjnej.

Rys. 4. Permeametr UPK-99 podczas saturacji badanej próbki piasku

Po całkowitym odpowietrzeniu przestrzeni poniżej siatki filtracyjnej należy oba węże powoli podnosić ku górze. Spowoduje to podnoszenie się poziomu wody w zbiorniku cylindrycznym (5) i jednocześnie podnoszenie się poziomu wody w próbniku (2) z badaną próbką piasku (1). Tempo podnoszenia poziomu wody musi być bardzo powolne, tak aby zawodnienie badanej próbki piasku następowało wyłącznie siłami podsiąku kapilarnego.

Wysycanie badanej próbki piasku wodą: powoli, od dołu i tylko siłami podsiąku kapilarnego powinno zapewnić wypychanie pęcherzyków powietrza z przestrzeni porowych od dołu ku górze. Czas saturacji próbki piasku należy dobrać w zależności od uziarnienia danej próbki. Dla żwirów i piasków gruboziarnistych czas ten nie powinien być krótszy niż 30 minut, natomiast dla piasków drobnoziarnistych i pylastych saturacja próbki może trwać znacznie dłużej.

Po zakończeniu saturacji należy próbnik (2) obrócić o pewien kąt tak, aby u-kształtne wybranie trafiło w poziomą rurkę łączącą kolumnę pomiarową (8) z uchwytem kielichowym (3). Następnie należy próbnik (2) wcisnąć w dół, aż dno próbnika nie oprze się o podstawę (6). W tym momencie można wyłączyć dopływ wody, nie wolno jednak zmienić położenia obu węży, gdyż próbka piasku musi pozostać całkowicie zawodniona.

Od momentu zakończenia saturacji próbki nie wolno dopuścić do obniżenia się poziomu wody poniżej górnej krawędzi badanej próbki piasku.

4.3. Konsolidacja badanej próbki piasku

Wciśnięcie próbnika (2) w uchwyt kielichowy (3), spowoduje, że próbnik (2) przyjmuje położenie niskie i otworki odpowietrzające znajdują się poniżej uszczelki (4). W tej pozycji próbnika woda przepływa z kolumny zasilającej (7) poprzez kolumnę pomiarową (8) do kielichowego uchwytu próbnika (3) i dalej woda może tylko filtrować przez badaną próbkę piasku (1). Woda po przefiltrowaniu przez badaną próbkę piasku (1) przelewa się przez górną krawędź próbnika (2) i spływa do zbiornika cylindrycznego (5). Wąż spustowy odprowadza wodę ze zbiornika (5), co pozwala na utrzymanie niskiego poziomu wody w tym zbiorniku.

Konsolidacja badanej próbki piasku następuje pod wpływem dwóch czynników: filtracji wody przez próbkę oraz nacisku ciężarka, tak jak to pokazuje rys. 5.

Filtracja wody odbywa się pod wpływem ciśnienia hydrostatycznego, którego wysokość określa odległość pomiędzy poziomem wody w lewej kolumnie zasilającej (7), a górną krawędzią próbnika (2). Prędkość filtracji wody można zatem zmieniać poprzez zmianę poziomu wody w lewej kolumnie zasilającej (7), który należy tak dobierać, aby filtracja wody przez badaną próbkę piasku (1) odbywała się bardzo wolno. Przy zbyt dużych prędkościach filtracji może następować unoszenie ziaren piasku powyżej górnej granicy próbki.

Rys. 5. Permeametr UPK-99 podczas konsolidacji badanej próbki piasku

Nacisk na badaną próbkę piasku (1) wywiera ciężarek wraz ze statywem. Statyw do ciężarka ma perforowaną podstawę, dzięki czemu filtracja wody przez badaną próbkę piasku pozostaje niezakłócona. Ciężarek powinien mieć tak dobraną masę, aby mógł spowodować konsolidację badanej próbki piasku. Ze względu na wytrzymałość mechaniczną próbnika (2) masa ciężarka nie powinna przekroczyć 2 kg.

Konsolidację badanej próbki piasku można obserwować poprzez kontrolowanie osiadania statywu wraz z ciężarkiem. Dopiero po całkowitym ustabilizowaniu się położenia górnej krawędzi badanej próbki piasku (lub ciężarka) można zakończyć proces konsolidacji próbki. Czas trwania konsolidacji powinien być dostatecznie długi. W przypadku piasków gruboziarnistych i żwirów należy konsolidować próbkę przez minimum godzinę, natomiast dla piasków drobnoziarnistych i pylastych konsolidacja może potrwać kilka, a nawet kilkanaście godzin.

Podczas konsolidacji próbki nie wolno dopuścić, aby poziom wody w lewej kolumnie zasilającej (7) obniżył się poniżej górnej krawędzi próbnika (2), gdyż mogłoby to spowodować zapowietrzenie próbki.

4.4. Oznaczenie współczynnika filtracji

Do oznaczenia współczynnika filtracji można przystąpić dopiero po zakończeniu saturacji i konsolidacji badanej próbki piasku. Uniwersalny Permeametr Kolumnowy UPK-99 umożliwia oznaczenie współczynnika przy przepływie wody przez próbkę w dwóch kierunkach: z dołu ku górze oraz z góry na dół. Dla obu kierunków filtracji można wyznaczyć współczynnik filtracji metodą stało- i zmiennogradientową.

4.4.1. Filtracja wody w kierunku z dołu ku górze

Przygotowanie permeametru UPK-99 do oznaczenia współczynnika filtracji badanej próbki piasku (1) polega na:

• założeniu nakładki pomiarowej (10) na próbnik (2), tak głęboko, aby dno nakładki oparło się o górną krawędź próbnika,

• połączeniu wężem nakładki pomiarowej (10) z prawą kolumną zasilającą (9),

• zamontowaniu zespołu zasilania wodą (11) na lewej kolumnie zasilającej (7),

• ustawieniu przelewu nadmiarowego (12) oraz przelewu pomiarowego (13) na tym samym poziomie, mniej więcej na wysokości połowy skali nakładki pomiarowej (10),

• umocowaniu liniału z dwustronną skalą milimetrową do kolumny pomiarowej (8).

Schemat przepływu wody w permeametrze UPK-99 pokazują rys. 6.

Po otwarciu zasilania permeametru wodą (11) należy przelew nadmiarowy (12) ustawić w położeniu wyższym, zaś przelew pomiarowy (13) w położeniu niższym. Różnica poziomów wody ΔH w kolumnie pomiarowej (8) i w nakładce pomiarowej (10) decyduje o warunkach filtracji wody przez badaną próbkę piasku. Zawór w zespole zasilania wodą (11) należy ustawić w takim położeniu, aby na przelewie nadmiarowym (12) wystąpił stały nadmiarowy strumień wody, stabilizujący górny poziom wody w permeametrze. Przed przystąpieniem do pomiarów natężenia filtracji wody poprzez badaną próbkę piasku należy ustabilizować strumień filtracji. Czas stabilizacji natężenia strumienia filtracji należy dobrać w zależności od granulacji badanej próbki piasku. Dla żwirów i piasków gruboziarnistych wystarczy 5 minut, natomiast w przypadku piasków drobnoziarnistych lub pylastych trzeba stabilizować strumień filtracji conajmniej 30 min.

Metoda stałogradientowa (rys. 6)

Oznaczenie współczynnika filtracji k [cm/s] metodą stałogradientową polega na:

• zmierzeniu wysokości badanej próbki piasku Δl [cm] ,

• zmierzeniu różnicy wysokości hydraulicznych ΔH [cm],

• zmierzeniu wydatku wody przez badaną próbkę piasku Q [cm³/s].

Wysokość badanej próbki piasku Δl [cm] należy odczytać na skali umieszczonej na próbniku (2).

Różnicę wysokości hydraulicznych ΔH [cm] można określić na podstawie odczytu poziomów wody w kolumnie pomiarowej (8) i nakładce pomiarowej (10).

(4)

Natężenie filtracji wody Q [cm³/s] przez badaną próbkę piasku należy oznaczyć poprzez pomiar czasu t [s] przefiltrowania objętości wody V [cm³]:

(5)

Do pomiaru czasu t należy zastosować stoper, natomiast pomiar objętości V można wykonać za pomocą wyskalowanej menzurki. Ważny jest dobór odpowiedniej menzurki w zależności od natężenia filtrującej wody. Im mniejszy natężenia filtracji tym menzurka powinna być mniejsza i mieć mniejszą średnicę. W znacznym stopniu wpływa to na dokładność pomiarów.

Uwzględniając w równaniu (2) zależność (5) można obliczyć k [cm/s] ze wzoru:

(6)

Rys. 6. Oznaczenie współczynnika filtracji metodą stałogradientową

przy filtracji w kierunku z dołu ku górze

Rys. 7. Oznaczenie współczynnika filtracji metodą zmiennogradientową

przy filtracji w kierunku z dołu ku górze

Metoda zmiennogradientowa (rys. 7)

Uniwersalny Permeametr Kolumnowy UPK-99 ma nieco inną konstrukcję niż typowa rurka Kamieńskiego. Z tego względu wzór (3) musi ulec nieznacznej modyfikacji. Warunki przepływu wody w permeametrze UPK-99 oraz znaczenie symboli wielkości mierzonych podczas oznaczenia współczynnika filtracji metodą zmiennogradientową pokazuje rys. 7. Woda filtruje przez badaną próbkę o powierzchni
, natomiast zwierciadło wody opada w kolumnie pomiarowej o powierzchni
i równocześnie w kolumnie zasilającej o powierzchni
. Bilans strumieni wody: filtrującej przez badaną próbkę oraz przepływającej w kolumnach pomiarowej i zasilającej przedstawia równanie:

Po rozdzieleniu zmiennych uzyskuje się:

,

a po scałkowaniu w granicach od t₁ do t₂ oraz od h₀ do h₀ - Δs :

Ostatecznie, po uporządkowaniu, otrzymuje się:

(7)

Ponieważ w permeametrze UPK-99 (wersja laboratoryjna) średnica d₁ = 60 mm, natomiast d₂ = 40 mm to:

(8)

Przygotowanie permeametru do oznaczenia współczynnika filtracji metodą zmiennogradientową wymaga: ustabilizowania strumienia filtracji, a następnie zamknięcia zaworu zespołu zasilania wodą (11). Oba przelewy: nadmiarowy (12) i pomiarowy (13) pozostają w niezmienionym położeniu. Wykonanie oznaczenia współczynnika filtracji k [cm/s] polega na:

• zmierzeniu wysokości badanej próbki piasku Δl [cm],

• zmierzeniu różnicy wysokości hydraulicznych ΔH=h₀ [cm],

• zmierzeniu depresji Δs [cm],

• zmierzeniu czasu Δt [s], po którym zwierciadło wody obniży się o depresję Δs [cm].

Wysokość badanej próbki piasku Δl [cm] należy odczytać na skali umieszczonej na próbniku (2).

Różnicę wysokości hydraulicznych ΔH= h₀ [cm] można zmierzyć analogicznie jak w metodzie stałogradientowej, korzystając z podziałek na rurach.

Depresję Δs [cm] można odczytać przy pomocy liniału z dwustronna skalą milimetrową, natomiast czas Δt należy zmierzyć za pomocą stopera. Do obliczenia wartości liczbowej współczynnika filtracji k potrzebna jeszcze będzie wartość początkowej wysokości zwierciadła wody h₀, która jest równa różnicy wysokości hydraulicznych ΔH. Wartość współczynnika filtracji k oblicza się ze wzoru (8).

Podczas badania współczynnika filtracji należy kontrolować temperaturę wody T [^oC]. Pomiary temperatury najlepiej przeprowadzić w prawej kolumnie zasilającej (9).

4.4.2. Filtracja wody w kierunku z góry na dół

Przygotowanie permeametru UPK-99 do oznaczenia współczynnika filtracji badanej próbki piasku (1) przy przepływie w kierunku z góry na dół wymaga przestawienia zespołu zasilania wodą (11) z lewej kolumny zasilającej (7) na prawą kolumnę zasilającą (9). Oba przelewy zamieniają się teraz funkcjami: Przelew (12) będzie przelewem pomiarowym, natomiast przelew (13) będzie pełnił funkcję przelewu nadmiarowego. Przelew (13) należy zatem podnieść w górę, a przelew (12) obniżyć w dół.

Metoda stałogradientowa (rys. 8)

Badanie współczynnika filtracji przy przepływie wody w kierunku z góry na dół odbywa się analogicznie jak przy przepływie z dołu do góry. Przelewy należy ustawić tak, aby wyższy poziom wody był teraz w prawej kolumnie zasilającej (9) oraz w nakładce pomiarowej (10), natomiast w kolumnie pomiarowej (8) oraz w lewej kolumnie zasilającej (7) poziom wody powinien być niższy. Schemat przepływu wody w permeametrze UPK-99 pokazuje rys. 8.

Metoda zmiennogradientowa (rys. 9)

Warunki przepływu wody oraz znaczenie symboli wielkości mierzonych podczas oznaczenia współczynnika filtracji metodą zmiennogradientową pokazuje rys. 9.

Rys. 8. Oznaczenie współczynnika filtracji metodą stałogradientową

przy filtracji w kierunku z góry na dół

Rys. 9. Oznaczenie współczynnika filtracji metodą zmiennogradientową

przy filtracji w kierunku z góry na dół

Oznaczenie współczynnika filtracji należy przeprowadzić zupełnie analogicznie jak w przypadku filtracji wody przez badaną próbkę piasku w kierunku z dołu ku górze.

Podczas badania współczynnika filtracji k , przy przepływie wody w kierunku z góry na dół, należy także kontrolować temperaturę wody T, najlepiej w lewej kolumnie zasilającej (7).

4.5. Sporządzenie protokołu pomiarów i obliczenie wyników

Wyniki pomiarów wykonywanych podczas badania próbki piasku w permeametrze UPK-99 należy zapisywać w protokole według wzoru zamieszczonego dalej.

Po obliczeniu średniej wartości współczynnika filtracji k należy przeprowadzić korektę temperaturową na podstawie pomiarów temperatury wody T [^oC] (Turek, red. 1971):

(9)

Wzór (9) pozwala przeliczyć wartości współczynnika filtracji k dla wody o temperaturze T [^oC], na wartość współczynnika filtracji k₁₀ dla wody o temperaturze 10 ^oC.

5. Eksploatacja i konserwacja permeametru UPK-99

Przy eksploatacji Uniwersalnego Permeametru Kolumnowego UPK-99 należy przestrzegać następujących zaleceń:

• nie wolno przenosić permeametru UPK-99 chwytając go za nakładkę pomiarową (poz.10 na rys.2), gdyż nakładka może się wysunąć z próbnika i wówczas permeametr spadnie i ulegnie zniszczeniu,

• unikać przeciążeń mechanicznych, gdyż permeametr jest wykonany z plexi i jego odporność na uszkodzenia mechaniczne jest ograniczona. Dlatego niedopuszczalne jest ubijanie próbki piasku przy pomocy metalowego (lub nawet drewnianego) ubijaka oraz wciskanie „na siłę” próbnika (2) w uchwyt kielichowy (3),

• dla łatwiejszego wciskania próbnika (2) oraz nasadzania nakładki pomiarowej (10) należy każdorazowo posmarować uszczelki (4) smarem silikonowym,

• po zakończeniu pomiaru należy wyczyścić permeametr z resztek piasku. Przy pomocy strumienia wody należy starannie usunąć wszystkie ziarenka piasku ze wszystkich kolumn permeametru. Do umycia permeametru należy zastosować płyn z detergentem lub spirytus. Nie wolno używać rozpuszczalników organicznych, gdyż mogą one zmatowić lub rozpuścić plexi.

Nazwa próbki:

Data i miejsce pobrania próbki:

Głębokość pobrania próbki:

Opis litologiczny próbki:

Data i miejsce wykonania badania laboratoryjnego w permeametrze UPK-99:

Badanie wykonał:

1. METODA STAŁOGRADIENTOWA

Kierunek filtracji	Nr pomiaru	T	Δl	H1	H2	ΔH	V	t		k
		^oC	cm	cm	cm	cm	cm^3	s	cm/s	m/s	m/h
góra	1
↑	2
dół	3
góra	4
↓	5
dół	6
Wartość średnia k .
Wartość średnia k10 .

2. METODA ZMIENNOGRADIENTOWA

Kierunek filtracji	Nr pomiaru	T	Δl	H1	H2	h0 = ΔH	Δs	Δt		k
		^oC	cm			cm	cm	s	cm/s	m/s	m/h
góra	7
↑	8
dół	9
góra	10
↓	11
dół	12
Wartość średnia k .
Wartość średnia k10 .

24

---