Akademia Górniczo - Hutnicza

im. Stanisława Staszica

Geomechanika gruntów

Sprawozdanie nr 1

Temat:

„Wyznaczanie współczynnika filtracji skał”

Wykonali:

Wydział Górniczy, Inżynieria Środowiska

Rok II Marcin Chudzikiewicz

Badanie należy przeprowadzić na próbkach skały sypkiej o strukturze nienaruszonej względnie naruszonej.

1. Tok przeprowadzenia ćwiczenia:

Próbkę o strukturze nienaruszonej pobiera się bezpośrednio pierścieniem 3 w warunkach naturalnych. W razie niemożności pobrania próbki o nienaruszonej strukturze można wykonać oznaczenia na próbce wsypanej do pierścienia 3. Dno pierścienia będące filtrem dolnym posiada gęstą sieć otworków, którymi przepływa woda, a dla oddzielenia ich od próbki 4 stosuje się siatkę o wymiarach oczek 0,1 mm. Pierścień wraz z próbką nakłada się na uszczelkę gumową 6 i mocuje się względem wewnętrznego zbiornika 2, śrubami 5. na próbce spoczywa druga siatka 0,1 mm, a na niej filtr górny 7 z kopułką, służący do przekazywania obciążenia pionowego pochodzącego od obciążnika 8 o masie 10 kg.

Na ścianie wewnętrznego zbiornika zamocowana jest podziałka 9 służąca do odczytywania wysokości poziomu wody w obu zbiornikach podczas pomiaru. Filtr dolny znajdujący się na dnie pierścienia posiada końcówkę 10 i rurki odpowietrzające spód rurki.

Badanie polega na przepuszczeniu wody przez próbkę badanej skały od jej dolnej powierzchni do górnej i odwrotnie.

Po założeniu pierścienia z próbką aparat napełnia się woda o temperaturze pokojowej, doprowadzaną z naczynia 11 poprzez zawór 12 i 13 do dopływu dolnego. Woda doprowadzona do zewnętrznego zbiornika dopływem dolnym 14 przepływa przez próbkę skalną z dołu do góry i wylewa się do zbiornika wewnętrznego 2, zgodnie ze schematem przedstawionym na rys 35a (załącznik 1). Po ustaleniu się zwierciadła wody w obu zbiornikach należy wykonać pięć pomiarów objętości wody przepływającej przez próbkę w odpowiednim czasie. Czas przepływu wody mierzy się stoperem, a jej objętość mierzy się za pomocą menzurki. Po każdym pomiarze należy uzupełnić poziom wody w zbiorniku, zachowując stałą różnice poziomów wody w pięciu pomiarach. Następnie przeprowadza się to samo badanie (pięć pomiarów wydatków wody) zmieniając kierunek przepływu wody tj. ze zbiornika 2 do 1. wykorzystując do tego dopływ górny 15, po odpowiednim ustawieniu zaworu 13. Schemat pokazano na rys. 35b (załącznik 1).

2. Opracowanie wyników:

Wyniki należy zestawić w tabeli wykorzystując wzory:

• współczynnik filtracji wyznaczony na podstawie pomiarów wydatku wody

przepływającej przez badaną próbkę skały należy obliczać według wzoru:

gdzie: Q - objętość wody przepływającej przez próbkę [m³],

S - pole przekroju poprzecznego [m²],

t - czas wypływu wody o objętości Q [sek.],

i - spadek hydrauliczny, i = Δh/L

Δh - różnica poziomów w zbiornikach [m],

L - wysokość próbki [m].

• otrzymane wyniki odnoszą się do temperatury pomiaru T i należy je

przeliczyć w odniesieniu do temperatury 10˚ C według wzoru:

gdzie: T - temperatura wody podczas badania [˚ C].

Oznaczenie współczynnika filtracji skał

Rodzaj skał	Piasek rzeczny
L - wysokość próbki [m]	0,060
d - średnica próbki [m]	0,113
S - pole przekroju poprzecznego [m²]	0,010
Kierunek przepływu wody	1	2
Δh - różnica poziomów w zbiornikach [m]	0,036	0.036
i - spadek hydrauliczny	0,600	0,600
t - czas wypływu wody o objętości Q [sek.]	35	35
Objętość wody przepływająca przez próbkę [m³]	0,000075	0,000070
	0,000076	0,000071
	0,000075	0,000071
	0,000076	0,000070
	0,000075	0,000070
Q - średnia objętość wody [m³]	0,0000754	0,0000704
- współczynnik filtracji	0,000359	0,000335
- średni współczynnik filtracji	0,000347
T - temperatura wody podczas badania [˚ C]	19
- średni współczynnik przepuszczalności [m/sek.]	0,00027
przepuszczalność skały

3. Wnioski:

Filtracja jest jedną z podstawowych właściwości fizycznych gruntu. Pozwala ona między innymi klasyfikować grunty a także wpływa decydująco na różne dziedziny życia związane z geomechaniką. Współczynnik filtracji skał to jedna z wielkości opisujących właśnie przepuszczalność gruntów. Znalezienie tegoż współczynnika pozwala nam określić z jakiego materiału zbudowany jest grunt itp. Wyżej przedstawione ćwiczenie labolatoryjne opracowane zostało dla próbki, która był piasek rzeczny. Jego struktura była strukturą luźną

i różnoziarnistą (można był tu zauważyć ziarna różnej wielkości), taka struktura spowodowała, ze piasek należy zaliczyć do gruntu sypkiego. Współczynnik filtracji w takich właśnie gruntach jest znaczny tzn. przepuszczalność jest dobra. Czy tak naprawdę jest? Do sprawdzenia tego, właśnie posłużyło nam wcześniej opisane ćwiczenie. Po wykonaniu ćwiczenia laboratoryjnego doszliśmy do wniosku, ze jest tak naprawdę gdyż współczynnik filtracji równy jest 0,00027 [m/sek.] - jest to dobry współczynnik.

Filtracja próbki przebiegała z dwóch stron (z dołu do góry i na odwrót). Patrząc na załączoną tabelę widzimy, że przy tym samym czasie i spadku hydraulicznym przepływy

w próbce są inne w zależności czy był on z dołu do góry czy na odwrót. Zauważyć doskonale można, że w kierunku 2 są troszeczkę mniejsze niż ma to miejsce w przepływie 1. Dlaczego się tak dzieje? Powodem takiego a nie innego przebiegu ćwiczenia jest ................................

---