Politechnika Wrocławska
Rok akademicki 2015/16
Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii
Semestr zimowy
Kierunek: Geodezja i kartografia, III rok
Hydrogeologia
Temat: Właściwości hydrogeologiczne skał na podstawie analizy uziarnienia.
(Poprawa)
Sprawdziła:
Wykonał:
Dr Barbara Kiełczawa
Stachyra Adam
Data realizacji dwiczenia:
29.10.2015
Data dostarczenia sprawozdania:
14.01.2016
Wykonał:
Adam Stachyra
Laboratorium z przedmiotu
Hydrogeologia
III rok, st. stacjonarne, inżynierskie
dwiczenie sekcyjne
Politechnika Wrocławska
Wydział G., G. i G
ul. Na Grobli 15
50-421 Wrocław
Temat: Właściwości hydrogeologiczne skał na podstawie analizy uziarnienia.
Właściwości hydrogeologiczne skał na podstawie analizy uziarnienia.
Celem dwiczenia było wykonanie analizy sitowej gruntu oraz określenie:
- średnicy miarodajnej ziarna,
- powierzchni właściwej,
- średnicy miarodajnej kanalika,
- współczynnika filtracji trzema metodami,
- wysokośd wzrostu kapilarnego.
Miarodajna średnica ziarna jest to średnica ziarna jednorodnej skały, która ma
identyczną powierzchnię właściwą i taki sam kształt ziaren jak skała rzeczywista, przy
czym wszystkie jej ziarna mają jednakową średnicę.
Powierzchnia właściwa to stosunek łącznej powierzchni wszystkich cząstek i ziaren w
określonej objętości skały do tej objętości.
W dwiczeniu skorzystano z współczynnika porowatości określonego przy badaniu
współczynnika filtracji w aparacie Wiłuna.
Średnica miarodajna kanalika oznacza średnicę kanalików w takiej skale, która ma
identyczną powierzchnię właściwą i współczynnik porowatości jak skała rzeczywista,
natomiast wszystkie kanaliki utworzone przez pory mają jednakową średnicę.
Na podstawie krzywej uziarnienia określono wartośd współczynnika filtracji trzema
formułami: wg wzoru Carmana-Kozeny, Hazena oraz Seelheima.
Badanie zostało przeprowadzone na próbce gruntu o masie m = 500,00 g.
Do wyznaczenia mas próbek gruntu posłużono się wagą laboratoryjną o dokładności
odczytu ± 0,01g. Wyniki analizy sitowej przedstawiono w tabeli i na krzywej
uziarnienia.
Wykonał:
Adam Stachyra
Laboratorium z przedmiotu
Hydrogeologia
III rok, st. stacjonarne, inżynierskie
dwiczenie sekcyjne
Politechnika Wrocławska
Wydział G., G. i G
ul. Na Grobli 15
50-421 Wrocław
Temat: Właściwości hydrogeologiczne skał na podstawie analizy uziarnienia.
Wyniki analizy sitowej:
Masa gruntu użyta do analizy 𝑚 = 500,00g
Różnica mas ∆𝑚 = 0,26g
Średnice
poszczególnych
frakcji
Wielkość
oczek sita
Masa frakcji
pozostałej na
sicie m
i
*
Masa frakcji
pozostałej na
sicie po
poprawce m
i
Procentowa
zawartość wagowa
poszczególnych
frakcji ×100%
Zawartość
cząstek
o średnicy
większej
Zawartość
cząstek
o średnicy
mniejszej
[mm]
[mm]
[g]
[g]
[%]
[%]
[%]
0,00
0,00
100,00
> 2.0
2
0,17
0,170
0,03
0,03
99,97
2,0 - 1,0
1
6,55
6,547
1,31
1,34
98,66
1,0 - 0,5
0,5
401,67
401,461
80,29
81,63
18,37
0,5 - 0,25
0,25
75,26
75,220
15,04
96,67
3,33
0,25 - 0,12
0,12
14,04
14,033
2,81
99,48
0,52
0,12 - 0,06
0,06
2,53
2,529
0,51
99,99
0,01
0,06 >
0
0,04
0,040
0,01
100,00
0,00
Suma [g]
500,26
500
100
Wykonał:
Adam Stachyra
Laboratorium z przedmiotu
Hydrogeologia
III rok, st. stacjonarne, inżynierskie
dwiczenie sekcyjne
Politechnika Wrocławska
Wydział G., G. i G
ul. Na Grobli 15
50-421 Wrocław
Temat: Właściwości hydrogeologiczne skał na podstawie analizy uziarnienia.
Z wykresu odczytano:
𝑑
10
= 0,30𝑚𝑚;
𝑑
50
= 0,58𝑚𝑚;
𝑑
60
= 0,65𝑚𝑚.
Obliczony wskaźnik niejednorodności uziarnienia U wynosi:
𝑈 =
𝑑
60
𝑑
10
= 2,17
Na podstawie wyników analizy sitowej oznaczono średnicę miarodajną ziarna 𝑑
𝑚
.
Pomocnicza tabela do oznaczenia średnicy miarodajnej ziarna:
Średnice
poszczególnych
frakcji
Wielkość
oczek
sita
Średnica
miarodajna
i-tej frakcji d
i
Udział masowy
i-tej frakcji g
i
g
i
/d
i
[mm]
[mm]
[mm]
-
mm
-1
> 2.0
2
3
0,0003
0,0001
2,0 - 1,0
1
1,386294361
0,0131
0,0094
1,0 - 0,5
0,5
0,693147181
0,8029
1,1583
0,5 - 0,25
0,25
0,34657359
0,1504
0,4340
0,25 - 0,12
0,12
0,169377502
0,0281
0,1659
0,12 - 0,06
0,06
0,083177662
0,0051
0,0613
0,06 >
0,01
0,033529957
0,0001
0,0030
Suma
1,0000
1,8321
𝑑
𝑚
=
1
𝑔
𝑖
𝑑
𝑖
= 0,5458 𝑚𝑚
Wyznaczony współczynnik porowatości podczas badania aparatem Wiłuna:
𝑛 = 0,43
Wyznaczenie powierzchni właściwej:
𝑠 = 6 ∗ 1 − 𝑛 ∗
1
𝑑
𝑚
= 6,27𝑚𝑚
−1
Wykonał:
Adam Stachyra
Laboratorium z przedmiotu
Hydrogeologia
III rok, st. stacjonarne, inżynierskie
dwiczenie sekcyjne
Politechnika Wrocławska
Wydział G., G. i G
ul. Na Grobli 15
50-421 Wrocław
Temat: Właściwości hydrogeologiczne skał na podstawie analizy uziarnienia.
Wyznaczenie średnicy miarodajnej kanalika:
𝜑
𝑚
=
2𝑛
3(1 − 𝑛)
𝑑
𝑚
= 0,2745 𝑚𝑚
Wyznaczenie współczynnika filtracji:
1.Według wzoru Hazena:
𝑘
10
= 1,16 ∗ 𝑑
10
2
= 0,1044 𝑐𝑚/𝑠
Ponieważ średnica 𝑑
10
znajduje się na granicy dopuszczalnego przedziału
(0,1mm – 0,3mm), wartośd współczynnika filtracji określona metodą Hazena jest
orientacyjna.
2.Według wzoru Seelheima:
𝑘
10
= 0,357 ∗ 𝑑
50
2
= 0,1201 𝑐𝑚/𝑠
3.Według wzoru Carmana-Kozeny:
𝑘 =
𝜌 ∗ 𝑔 ∗ 𝑛
3
5 ∗ 𝜇 ∗ 𝑠
2
= 30,5656 𝑐𝑚/𝑠
Wyznaczenie wzniosu kapilarnego:
ℎ
𝑘
=
𝜎 ∗ 𝑠
𝑛 ∗ 𝜌 ∗ 𝑔
= 1,102 𝑐𝑚
Wnioski:
Na podstawie analizy sitowej gruntu określono następujące właściwości
hydrogeologiczne skały:
1. Średnica miarodajna ziarna: 0,5458 𝑚𝑚
2. Powierzchnia właściwa: 6,27𝑚𝑚
−1
3. Średnica miarodajna kanalika: 0,2745 𝑚𝑚
4. Współczynnik filtracji
- wg wzoru Hazena: 0,1044 𝑐𝑚/𝑠
- wg wzoru Seelheima: 0,1201 𝑐𝑚/𝑠
- wg wzoru Carmana-Kozeny: 30,5656 𝑐𝑚/𝑠
5. Wysokośd wzniosu kapilarnego: 1,102 𝑐𝑚