KATEDRA GEOTECHNIKI, GEOLOGII
I BUDOWNICTWA MORSKIEGO
6. Oznaczenie współczynnika filtracji przy stałym spadku hydraulicznym w aparacie
ITB-ZWK-2.
Ruch wody w gruncie nazywamy filtracją. Polega on na przemieszczaniu się wody w kanalikach utworzonych
przez pory gruntu. Gdy przyjmiemy, że ten przepływ jest ruchem laminarnym to możemy ustalić następującą
zależność:
l
H
F
t
k
i
F
t
k
Q
∆
⋅
⋅
⋅
=
⋅
⋅
⋅
=
gdzie:
Q – objętość (wydatek) wody przepływającej przez daną próbkę w czasie t (cm
3
)
k – współczynnik filtracji (cm/s)
t – czas trwania przepływu (s)
F – powierzchnia przekroju próbki (cm
2
)
∆H – różnica wysokości hydraulicznych (cm)
l – droga filtracji (cm)
i – spadek (gradient) hydrauliczny
Prędkość filtracji wody przez próbkę jest to stosunek wydatku wody Q w czasie t do przekroju poprzecznego
próbki F:
t
F
Q
v
⋅
=
[cm/s]
Podstawiając wzór na objętość wody przepływającej przez próbkę do równania prędkości filtracji
otrzymujemy:
v = k
⋅
i
Jest to liniowe prawo Darcy mówiące, że w ruchu laminarnym istnieje proporcjonalność między prędkością
filtracji v a spadkiem hydraulicznym i.
6.1. Sprzęt do badania.
Rys. 6.1. Budowa aparatu ITB-ZWK-2.
2
A – cylinder zewnętrzny
B – cylinder wewnętrzny
1 – próbka gruntu
2 – pierścień (na jego dnie i na powierzchni próbki umieszcza się siatkę filtracyjną)
3 – perforowany krążek
4 – obciążnik o masie 10 kg
5 – pionowa podziałka do odczytu poziomu wody w cylindrach
6 – doprowadzenie wody do cylindra zewnętrznego
7 – przelew z cylindra zewnętrznego
8 – przelew z cylindra wewnętrznego
6.2. Wykonanie badania
Próbkę gruntu umieszcza się w pierścieniu 3 aparatu ITB-ZWK-2. Stan zagęszczenia gruntu powinien
odpowiadać stanowi jaki jest w podłożu naturalnym lub w miejscu zalegania gruntu. Powierzchnię próbki gruntu
przykrywa się sztywną pokrywką filtracyjną i obciąża obciążnikiem 4.
Należy doprowadzić wodę do cylindra zewnętrznego A. Po pewnym czasie woda przefiltrowując przez grunt
wypełni cylinder wewnętrzny B. Wodę należy doprowadzać powoli i tak, aby w próbce gruntu i pod nią nie
pozostały żadne pęcherze powierza.
Spadek hydrauliczny reguluje się przelewem 7, a jako ujęcie wody przefiltrowanej używa się przelewu 8.
Po wyregulowaniu spadku hydraulicznego, ustabilizowaniu się zwierciadeł wody w obydwu cylindrach oraz
ustabilizowaniu się przepływu, dokonuje się pomiaru objętości V wody przefiltrowanej w kilku okresach
czasowych t. W czasie badania należy również mierzyć temperaturę wody T.
6.3. Wynik badania
Współczynnik filtracji oblicza się ze wzoru:
i
t
F
Q
k
T
⋅
⋅
=
k
T
– współczynnik filtracji dla temperatury T (cm/s)
Q – objętość wody przepływającej przez próbkę w czasie t (cm
3
)
F – powierzchnia przekroju próbki prostopadła do kierunku filtracji (cm
2
)
t – czas filtracji (s)
i = ∆H/l – spadek hydrauliczny (-)
Współczynnik filtracji sprowadza się do temperatury T=10
o
C na podstawie wzoru:
2
10
00022
.
0
0337
.
0
1
359
.
1
T
T
k
k
T
+
⋅
+
⋅
=
3
Załącznik
Tab. 6.1. Orientacyjne wartości współczynnika filtracji k dla niektórych rodzajów gruntów.