Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska
Hydrologia
Oznaczanie współczynnika filtracji na podstawie krzywej uziarnienia
Chmiel Ewelina
WGG i IŚ
III IŚ
Gr. lab. 1
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia było oznaczanie współczynnika filtracji na podstawie krzywej uziarnienia.
2. Wstęp
Filtracja jest to zdolność cieczy (wody) do przesączania się przez ośrodek porowaty. Filtracja zależy od właściwości fizycznych wody i ośrodka porowatego.
Zdolność gruntu do przepuszczania wody systemem połączonych porów nazywa się wodoprzepuszczalnością. Zdolność te wyraża współczynnik filtracji k.
Współczynnik filtracji charakteryzuje zdolność przesączania wody będącej w ruchu laminarnym przez skały porowate. Przesączanie odbywa się siecią kanalików utworzonych z porów gruntowych. Grunt stawia opór przesączającej się wodzie, opór ten zależy od właściwości gruntu – porowatości, uziarnienia, właściwości filtrującej cieczy – lepkość.
Współczynnik filtracji k wyznacza się dla gruntów niespoistych w celu ich oceny przydatności do celów budowlanych i budownictwa wodnego.
Znajomość współczynnik filtracji k dla gruntów spoistych potrzebna jest m.in. przy tak zwanej ekranizacji grobli ziemnych, przy budowie uszczelnień itp.
Metody oznaczania współczynnika filtracji:
-obliczeniowe z wykorzystaniem wzorów empirycznych,
-laboratoryjne,
-polowe,
3.Oznaczanie współczynnika filtracji na podstawie krzywej uziarnienia
Stosowanie tej metody, jak wszystkich metod obliczeniowych, wymaga wykonania analizy granulometrycznej. Zasadą metody jest wykonanie analizy granulometrycznej gruntu w celu uzyskania krzywej uziarnienia, z której odczytuje się średnice miarodajne (efektywne, zastępcze). Średnica miarodajna jest wielkością, na podstawie której określa się - poprzez wzory empiryczne - wartość współczynnika filtracji.
W omawianym ćwiczeniu zastosowana została analiza sitowa.
| Wymiar oczek sita w [mm] | Pozostałość na sicie | Suma % zawartości frakcji ziarn o średnicach mniejszych od średnicy sita |
|---|---|---|
| w [G] | w [%] | |
| < 0,071 | 1,87 | 0,38 |
| 0,07-0,10 | 1,66 | 0,33 |
| 0,10-0,25 | 61,51 | 12,30 |
| 0,25-0,5 | 280,32 | 56,06 |
| 0,5-1,0 | 121,41 | 24,28 |
| 1,0-2,0 | 8,16 | 1,63 |
| 2,0-5,0 | 25,07 | 5,02 |
| Razem: | 500,00 | 100,00 |
4. Dane
Odczytano z krzywej uziarnienia piasku średnioziarnistego dla terenu Skawina, otworu P6
Średnica miarodajna (efektywna) odczytana z kalek w [mm]:
d10=0,10
d20=0,15
d50= 0,27
d60=0,30
Wskaźnik niejednorodności:
U= d60/ d10
U=0,30/0,10 = 3,00
5. Obliczenia:
I Wzór Hazena
k10 = c*d102 [m/d]
kt = c*d102 (0,7 + 0,03t) [m/d]
Warunki: U do 5, d10 : 0,1- 3,0 mm
gdzie:
c – liczbowy współczynnik zależy od U
t – temperatura otoczenia ( przyjmujemy )
k10 = 800*0,102 = 8
kt = 800*0,102(0,7 + 0,03*20) = 10,4
II Wzór Hazena
k10 = 1,16*d102 [m/s]
warunki: d10 w cm
0,10mm=0,010cm
k10 = 1,16*0,0102= 1,16*10-4
Wzór amerykański
k10 = 0,36*d202,3 [cm/s]
warunki: d20 w mm,
0,01< d20<5,0 mm
k10 = 0,36*0,152,3 = 0,004585
Wzór Seelheima
k10 = 0,357*d502 [cm/s]
warunki: d50 odczyt w mm bez ograniczeń
k10 = 0,357*0,272 = 0,026
6. Zestawienie wyników
1 doba= 24h =24*3600s = 86400s
1cm=0,01 m
| Nazwa wzoru: | Wynik | Wynik przeliczony na [m/s] |
|---|---|---|
| Hazena | k10 = 8 m/d | k10 =0,0000926 |
|
k10 =0,0001160 | |
| Amerykański | k10 =0,004585 cm/s | k10 =0,0000458 |
| Seelheina | k10=0,026cm/s | k10 =0,00026 |
Wnioski:
Oprócz wyniku dla wzoru Amerykańskiego współczynniki filtracji dla poszczególnych metod wyszły podobnie.