Ćwiczenie 10 Współczynnik filtracji k10 (oznaczenia w aparacie ITB-ZWK)

1. Opis badania współczynnika filtracji w aparacie ITB-ZWK.

-należy określić rodzaj badanego gruntu w wyniku przeprowadzonej analizy makroskopowej,

-przed zamontowaniem pierścienia z próbką w aparacie należy pomierzyć wysokość i średnicę pierścienia oraz obliczyć powierzchnię przepływu A i wpisać te dane do formularza,

-ułożyć na dnie pierścienia siatkę o wymiarach oczek kwadratowych ,

-po wypełnieniu pierścienia gruntem, przykryciu drugą siatką i przykrywką od góry, wkładamy go do aparatu i przyciskamy obciążnikiem,

-przeciągamy na zewnątrz rurkę odpowietrzającą,

-dokręcamy cztery śruby,

-rozpoczynamy napełnianie aparatu wodą. Wodę należy doprowadzić poprzez dolny dopływ do szerszego, zewnętrznego cylindra,

-regulując dopływem (kran) i odpływem (zacisk) doprowadzamy do ustalenia się poziomu wody w zewnętrznym cylindrze na wysokości "",

-jednocześnie kontrolujemy szczelność układu przez prawidłowe dokręcenie 4 śrub,

-woda przepływająca przez próbkę "z dołu do góry" powinna po jakimś czasie (około 20 min.), wypełnić cylinder wewnętrzny a jej poziom ustali się sam na wysokości "",

-po ustaleniu się zwierciadła wody w obydwu komorach aparatu, należy wykonać pięć pomiarów objętości wody Q_i (w cylindrach szklanych) w czasach T_i,

-jednocześnie dokonujemy pomiarów temperatury wody,

Rys. 1. Schemat przepływu wody "z dołu do góry"

następnie należy przeprowadzić to samo badanie przy odwrotnym kierunku przepływu wody tzn. przepływ przez próbkę będzie się teraz odbywał "z góry na dół" . W tym celu regulując dopływem i odpływem ustalamy poziom zwierciadła wody w cylindrze wewnętrznym na wysokości "". Woda będzie teraz przepływać przez próbkę od góry i przedostanie się przez nią do cylindra zewnętrznego. Po pewnym czasie poziom wody w cylindrze zewnętrznym ustali się sam na wysokości "".

Rys. 2. Schemat przepływu wody "z góry na dół"

-podobnie jak poprzednio, lecz przy innym spadku hydraulicznym, dokonujemy pięciu pomiarów objętości wody Q_i w czasach T_i,

-mierzymy temperaturę wody,

-obliczamy wyniki.

2. Podać orientacyjne wartości współczynników wodoprzepuszczalności dla różnych

gruntów.

Przykładowe wartości współczynników filtracji dla różnych rodzajów gruntów (Myslivec)

Rodzaj gruntu	Współczynnik filtracji  k  [m/day]	Przemieszczenie się cząstki wody o 1 cm dla gradientu hydraulicznego i=1 w określonym czasie
Piasek pylasty	10^2 - 10	6 s – 10 min
Piasek gliniasty	10^-1 - 10^-2	100 min – 18 godz.
Glina lessowa	10^-2 - 10^-4	18 godz. – 70 dni
Glina	10^-4 - 10^-5	70 dni – 2 lata
Grunt ilasty	10^-5 - 10^-6	2 lata – 20 lat
Ił	10^-6 - 10^-7	20 -200 lat

3. Narysować schemat i opisać aparat ITB-ZWK.

A – cylinder zewnętrzny,

B – cylinder wewnętrzny,

1 – próbka skały,

2 – pierścień; na jego dnie i na powierzchni próbki umieszcza sie siatkę filtracyjna,

3 – perforowany krążek,

4 – obciążnik o masie 10 kg,

5 – pionowa podziałka do odczytu wysokości zwierciadła wody w cylindrach,

6 – zawór doprowadzający woda do cylindra zewnętrznego,

7 – przelew z cylindra zewnętrznego,

8 – przelew z cylindra wewnętrznego.

4. Współczynnik filtracji – definicja i jednostka.

Wspołczynnik filtracji- wartość okreslajaca zdolność gruntu do przepuszczania wody systemem polaczonych porów przy istnieniu roznicy cisnein. Wspolczynnik ten zalezy przede wszystkim od porowatości gruntu, jego uziarnienia, składu mineralnego, temperatury wody.

Zgodnie z liniowym prawem darcy, wyraza zależność pomiedzy spadkiem hydraulicznym a prędkością filtracji wody. Wyrażany jest w jednostkach prędkości, np. [m/s]

Wskaźnik wodoprzepuszczalności k_t przy temperaturze t [^oC] należy obliczyć według wzoru:

gdzie:
Q - objętość wody [m³], która przepłynęła przez próbkę w czasie T [s],
A - powierzchnia przekroju próbki [m²],
i - spadek hydrauliczny, Δh/h,
Δh - różnica poziomów wody w cylindrach, [m]
h - wysokość próbki [m],

Otrzymany wskaźnik k_t należy przeliczyć w odniesieniu do temperatury 10^oC według wzoru:

w którym t oznacza temperaturę wody podczas badania.

Dla wszystkich pomiarów należy obliczyć współczynnik wodoprzepuszczalności. Wyniki przy tym samym spadku hydraulicznym nie powinny się różnić więcej niż o 5%. Wartości k₁₀ przy przepływie "od dołu" i przy przepływie "od góry" nie powinny się różnić więcej niż 10%.
Ostatecznie przyjmujemy wartość k₁₀ jako średnią arytmetyczną ze wszystkich wyników i porównujemy ją z wartościami "wzorcowymi".