Способ определения коэффициента фильтрации
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА СССР
МЕТОДЫ ЛАБОРАТОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ
Soils.
Laboratory methods for determination of filtration factor
____________________________________________________________________
Текст Сравнения ГОСТ 25584-90 с ГОСТ 25584-2016 см. по ссылке.
— Примечание изготовителя базы данных.
____________________________________________________________________
Дата введения 1990-09-01
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Государственным строительным комитетом СССР
А.А.Васильева, канд. геол.-минер. наук (руководитель темы); В.М.Павилонский, канд. техн. наук; Р.С.Зиангиров, д-р геол.-минер. наук; Н.А.Понкратова; А.П.Афонин; И.С.Ронжин, канд. техн. наук; Н.И.Лоскутов, канд. техн. наук; В.Н.Жиленков, д-р техн. наук; В.А.Дубиняк
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР от 04.04.90 N 32
4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
Обозначение НТД, на который дана ссылка
1.9, 2.2.2, 2.2.5, 3.2.2, 3.2.6.1, 3.3.4
5. ВНЕСЕНО Изменение N 1, утвержденное МНТКС 23.04.97. Государство-разработчик Россия. Постановлением Госстроя России от 02.12.93 N 18-51 введено в действие на территории РФ с 01.07.94. Ранее было опубликовано в БСТ N 9 за 1993 год. (ИУС N 1, 1999 год).
Изменение N 1 внесено изготовителем базы данных по тексту ИУС N 1 1999 г.
Настоящий стандарт распространяется на песчаные, пылеватые, глинистые грунты и устанавливает методы лабораторного определения коэффициента фильтрации при исследованиях грунтов для строительства.
Стандарт не распространяется на песчаные, пылеватые и глинистые грунты в мерзлом состоянии и не устанавливает коэффициент фильтрации при химической суффозии грунтов.
Пояснения к терминам, применяемым в стандарте, приведены в приложении 1.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Коэффициентом фильтрации называют скорость фильтрации воды при градиенте напора, равном единице, и линейном законе фильтрации.
1.2. Коэффициент фильтрации определяют на образцах ненарушенного (природного) сложения или нарушенного сложения заданной плотности.
1.3. Отбор, упаковка, транспортирование образцов грунта ненарушенного сложения должны производиться по ГОСТ 12071.
1.4. Для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов нарушенного сложения следует применять образцы, высушенные до воздушно-сухого состояния.
Коэффициент фильтрации песчаных грунтов, применяемых в дорожном и аэродромном строительстве, определяют по указаниям приложения 5 на образцах нарушенного сложения при максимальной плотности и оптимальной влажности.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
1.5. Максимальный размер частиц песчаных грунтов не должен превышать внутреннего диаметра прибора для определения коэффициента фильтрации.
1.6. Коэффициент фильтрации песчаных грунтов определяют при постоянном заданном градиенте напора с пропуском воды сверху вниз или снизу вверх, при предварительном насыщении образца грунта водой снизу вверх.
Коэффициент фильтрации пылеватых и глинистых грунтов определяют при заданных давлении на грунт и переменном градиенте напора с пропуском воды сверху вниз или снизу вверх, при предварительном насыщении образца грунта водой снизу вверх без возможности его набухания.
1.7. Для насыщения образцов грунта и фильтрации применяют грунтовую воду с места отбора грунта или воду питьевого качества. В случаях, устанавливаемых программой исследований, допускается применять дистиллированную воду.
1.8. Образцы грунта взвешивают на лабораторных весах с погрешностью ±0,01 г.
1.9. Результаты определения коэффициента фильтрации должны сопровождаться данными о гранулометрическом составе по ГОСТ 12536, влажности, плотности частиц, плотности сухого грунта, границе текучести и раскатывания по ГОСТ 5180, степени влажности и коэффициенте пористости.
1.10. Количество частных определений коэффициента фильтрации для каждого инженерно-геологического элемента (слоя грунта) должно составлять не менее шести.
Количество частных определений коэффициента фильтрации грунта допускается уменьшать при наличии одноименных определений в материалах предыдущих испытаний, выполненных на той же площадке для того же инженерно-геологического элемента.
1.11. Нормативные значения коэффициента фильтрации для каждого инженерно-геологического элемента (слоя грунта) устанавливают методом статистической обработки результатов частных определений по ГОСТ 20522. Расчетные значения коэффициента фильтрации следует принимать равными нормативным.
1.12. В процессе подготовки, проведения и обработки результатов испытаний образцов грунта ведут журналы по формам, приведенным в приложениях 2 и 3.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ
2.1. Оборудование и приборы
2.1.1. В комплект оборудования для определения коэффициента фильтрации должны входить:
весы лабораторные квадрантные (ВЛК) или лабораторные общего назначения по ГОСТ 24104 с комплектом гирь к ним по ГОСТ 7328;
термометр с погрешностью измерения не более 0,5 °С по ГОСТ 28498-90;
нож из нержавеющей стали с прямым лезвием;
пластины плоские с гладкой поверхностью (из стекла, плексигласа или металла).
(Измененная редакция, Изм. N 1).
2.1.2. В состав прибора КФ-00М, конструкция которого приведена на чертеже, должны входить:
фильтрационная трубка, состоящая из прямого полого цилиндра внутренним диаметром 56,5 мм и высотой 100 мм с заостренными краями, перфорированного дна с отверстиями размером (2х2) мм (или диаметром 2 мм) и муфты с латунными сетками, мерного стеклянного баллона объемом 140 см и высотой 110-115 мм со шкалой объема фильтрующейся жидкости; телескопическое приспособление для насыщения грунта водой и регулирования градиента напора, состоящее из подставки, подъемного винта, планки со шкалой градиентов напора от 0 до 1 ценой деления 0,02; корпус с крышкой.
Примечание. Для определения коэффициента фильтрации допускается применять приборы, конструкция которых подобна КФ-00М (КФ-01, ПКФ-З Союздорнии, ФВ-З).
3 — перфорированное дно; 4 — латунная сетка; 5 — подставка; 6 — корпус; 7 — крышка; 8 — подъемный винт; 9 — стеклянный баллон со шкалой объема фильтрующейся жидкости; 10 — планка со шкалой градиентов напора; 11 — испытуемый образец грунта
2.1.3. Цилиндр, планка со шкалой градиентов напора, сетки, подъемный винт должны изготавливаться из некоррозирующегося металла.
2.1.4. Измерительные приборы, применяемые для определения коэффициента фильтрации грунтов, должны поверяться в соответствии с технической документацией.
2.2. Подготовка к испытанию
2.2.1. К испытанию грунт следует подготавливать в следующей последовательности:
песок и воду, предназначенные для определения коэффициента фильтрации, выдерживают в лаборатории до выравнивания их температуры с температурой воздуха;
из корпуса прибора извлекают фильтрационную трубку и разбирают ее;
заполняют цилиндр испытываемым грунтом в соответствии с порядком, установленным в пп. 2.2.2, 2.2.4;
в корпус наливают воду и вращением подъемного винта поднимают подставку до совмещения отметки градиента напора на планке с верхним краем крышки корпуса;
устанавливают цилиндр с грунтом на подставку и вращением подъемного винта медленно погружают в воду, содержащуюся в корпусе, до отметки градиента напора 0,8 и оставляют его в таком положении до тех пор, пока грунт увлажнится. В процессе водонасыщения грунта поддерживают постоянный уровень воды у верхнего края корпуса;
помещают на образец грунта латунную сетку, одевают на цилиндр муфту, вращением подъемного винта опускают фильтрационную трубку в крайнее нижнее положение и оставляют на 15 мин.
2.2.2. Заполнение цилиндра испытываемым грунтом ненарушенного сложения выполняют в следующем порядке.
Заранее взвешенный цилиндр ставят заостренным краем на выровненную поверхность грунта и винтовым прессом (или рукой) слегка вдавливают его в грунт, обозначая границы будущего образца для проведения испытаний;
грунт у заостренного края цилиндра (с внешней его стороны) срезают острым ножом в виде столбика диаметром на 0,5-1 мм больше диаметра цилиндра и высотой примерно 10 мм. Одновременно, по мере срезания грунта, легким надавливанием пресса постепенно надвигают цилиндр на грунт, не допуская перекоса, до полного заполнения цилиндра. В грунт, из которого не удается вырезать столбик, цилиндр вдавливают;
верхний торец образца грунта зачищают ножом вровень с краями цилиндра и накрывают заранее взвешенной пластинкой;
подхватывают цилиндр с грунтом снизу лопаткой, перевертывают его, зачищают нижний торец образца грунта вровень с краями цилиндра и также накрывают заранее взвешенной пластинкой;
взвешивают цилиндр с образцом грунта и покрывающими его пластинками;
определяют плотность грунта по ГОСТ 5180;
2.2.3. Надевают на цилиндр с образцом грунта дно с латунной сеткой, покрытой кружками марли.
2.2.4. Заполнение цилиндра грунтом нарушенного сложения выполняют в следующем порядке:
на цилиндр надевают дно с латунной сеткой, покрытой кружком марли;
наполняют цилиндр грунтом, подготовленным в соответствии с п. 1.4, через верх слоями толщиной 1-2 см;
Источник
Методы определения коэффициента фильтрации.
Расчетным путем коэффициент фильтрации определяется преимущественно для песков и гравелистых пород. Эти методы являются приближенными и рекомендуются на начальных этапах исследования. Для расчетов используют одну из многочисленных эмпирических формул, связывающих коэффициент фильтрации грунта с его гранулометрическим составом, пористостью степенью однородности
Лабораторные методы основаны на изучении скорости движения воды через образец грунта при различных градиентах напора. Все приборы для лабораторного определения коэффициента фильтрации могут быть подразделены на два типа: с постоянным напором и с переменным. Рисунок 1
Принцип работы приборов: В цилиндрический сосуд с двумя боковыми пьезометрами П1 и П2 помещают испытуемый грунт, через него фильтруют воду под напором. Зная диаметр цилиндра F, напорный градиент (I = ΔH/L) и измеряя расход профильтровавшейся воды Q, находим коэффициент фильтрации по формуле kф = QL/F(h1-h2),
Где h1 и h2 – показатели пьезометров; L – расстояние между точками их соединения
Приборы, моделирующие постоянство напорного градиента, т. е. установившееся движение, применимы в основном для грунтов с высокой водопроницаемостью, например для песков. Для суглинков и супесей применяют приборы типа ПВГ (Рисунок 5), позволяющие определять коэффициент фильтрации образцов с нарушенной и ненарушенной структурой. Для глинистых пород наибольшее значение имеет определение коэффициента фильтрации в образцах с ненарушенной структурой, обжатых нагрузкой, под которой грунт будет находиться в основаниях зданий и сооружений.
Приборы, моделирующие переменный напор, характеризующий неустановившееся движение, обычно используют для определения коэффициента фильтрации связных грунтов с малой водопроницаемостью.
Простота и дешевизна лабораторных методов позволяет широко их использовать для массовых определений коэффициента фильтрации.
Полевые методы позволяют определить коэффициент фильтрации в условиях естественного залегания пород и циркуляции подземных вод, что обеспечивает наиболее достоверные результаты.
Коэффициент фильтрации водоносных пород определяют с помощью откачек воды из скважин, а в случае неводоносных грунтов – методом налива воды в шурфы и нагнетанием воды в скважины.
Наилучшим питьевым качеством обладают воды при pH = 6,5…8,5. Химически чистая вода бесцветна. Окраску воде придают механические примеси. Прозрачность воды зависит от цвета и наличия мути. Вкус связан с составом растворенных веществ: соленый – от хлористого натрия, горький – от сульфата магния и т. д. Запах зависит от наличия газов биохимического происхождения (сероводород и др.) или гниющих органических веществ.
Вода для питьевых целей должна быть бесцветна, прозрачна, не иметь запаха, быть приятной на вкус. Количество растворенных солей не должно превышать 1,0 г/л. Не допускается содержание вредных для здоровья человека химических элементов (уран, мышьяк и др.) и болезнетворных бактерий. Последнее в известной мере может быть нейтрализовано обработкой воды ультразвуком, хлорированием, озонированием и кипячением.
Агрессивность подземных вод выражается в разрушительном воздействии растворенных в воде солей на строительные материалы, в частности, на портландцемент. Поэтому при строительстве фундаментов и различных подземных сооружений необходимо уметь оценивать степень агрессивности подземных вод и определять меры борьбы с ней. В существующих нормах, оценивающих степень агрессивности вод по отношению к бетону, кроме химического состава воды, учитывается коэффициент фильтрации пород. Одна и та же вода может быть агрессивной и неагрессивной. Это обусловлено различием в скорости движения воды — чем она выше, тем больше объемов воды войдет в контакт с поверхностью бетона и, следовательно, значительнее будет агрессивность.
По отношению к бетону различают следующие виды агрессивности подземных вод:
Общекислотная – оценивается величиной pH.
Сульфатная – определяется по содержанию иона SO42-
Магнезиальная – устанавливается по содержанию иона Mg2+
Карбонатная – связанная с воздействием на бетоны агрессивной углекислоты (возможен только в песчаных породах)
Агрессивное действие подземных вод на металлы (коррозия металлов). Подземная вода с растворенными в ней солями и газами может обладать интенсивной коррозионной активностью по отношению к железу и другим металлам. Подземные воды обладают коррозионными свойствами при содержании в них также агрессивной углекислоты, минеральных и органических кислот, солей тяжелых металлов, сероводорода, хлористых и некоторых других солей. Мягкая вода действует значительно агрессивней, чем жесткая. Влияние сильнокислых и сильно щелочных вод способствует наибольшему разъеданию металлов. Коррозии способствует повышение температуры воды, увеличение скорости ее движения, электрического поля в грунтовых толщах.
9. Опишите методы инженерно-геологических исследований (бурение скважин, определение устойчивости склонов).
Буровая скважина – представляет собой круглые вертикальные или наклонные выработки малого диаметра, выполненные специальным буровым инструментом. Диаметр скважины от 100 до 150 мм. Для лабораторных испытаний нужны образцы диаметром не менее 100 мм. В буровых скважинах различают устье, стенки и забой.
Бурение применяется в основном для исследования горизонтальных или пологопадующих пластов. С помощью бурения выясняют состав, свойства, состояние грунтов, условия их залегания. Вся эта работа основывается на исследовании образцов пород, которые непрерывно извлекаются из скважины по мере ее углубления в процессе бурения. В зависимости от способа бурения и состава пород образцы могут быть ненарушенной, (такая структура называется керн) и нарушенной структуры.
Преимущество бурения перед другими способами – высокая скорость, возможность достижения больших глубин (нескольких километров, при поисках нефти, газа) высокая механизация, мобильность.
Недостатки – малый диаметр скважины не позволяет производить непосредственный осмотр стенок, размер образцов ограничен диаметром скважины, по одной скважине невозможно определить элементы залегания слоев. Проходка скважины бывает затруднена в слабых водонасыщенных породах вследствие обваливания или оплывания стенок. Для их крепления применяют стальные обводные трубы, которые опускают в скважины и продолжают бурение.
По мере проходки скважины, оформляется ее геологическая документация в виде геолого-литологической колонки, по которой видно, как залегают слои, их мощность, литографический тип, глубина залегания уровня грунтовых вод, место отбора пород в виде керна, возраст пород в индексах.
Отбор пород: пробы берут послойно на всю глубину выработки, но не реже, чем каждые 0,5-1 м. Наиболее детально обследуют слой, который будет несущим основанием. Обязателен отбор монолитов, т.е. слоев с сохранением структуры. Это особенно важно при отборе слоев из связных дисперсных пород (глины суглинки), в которой кроме структуры необходимо сохранить природную влажность. Монолиты немедленно парафинируют, т. е. обматывают слоем марли пропитанной парафиногудронной смесью, подогретой до 60-65 оС. Рекомендуемые размеры монолитов в скважине – цилиндры высотой 20-30 см. Помимо монолитов, отбирают образцы нарушенной структуры и образцы рыхлых пород, Вес каждой пробы составляет до 0,5 кг.
Пробы воды берут из каждого водоносного горизонта в объеме от 0,5 до 2 литров. Вода набирается в чистую специальную емкость и тщательно закупоривается.
Для оценки устойчивости склона инженерно-геологические изыскания следует проводить, как правило, на всей площади опасного (потенциально опасного) склона и прилегающих к его верхней бровке и подошве зон (до предполагаемой границы устойчивой части склона). Для береговых склонов — с обязательным охватом их подводных частей, в том числе в случаях, когда территория проектируемого объекта занимает только часть склона. Границы обследуемой территории необходимо определять с учетом ожидаемого негативного техногенного воздействия (при хозяйственном освоении площадки проектируемого строительства и прилегающей территории) и развития оползне- и обвалообразующих процессов (боковой и донной эрозии, абразии, выветривания и др.)
При изысканиях на оползне- и обвалоопасных склонах необходимо устанавливать типы и подтипы склоновых процессов по механизму смещения пород, условия их возникновения и характер проявления. Выявлять взаимосвязь оползневых деформаций с рельефом, геологическим строением, воздействием подземных вод, инженерно-геологическими процессами (эрозия, абразия, выветривание, подтопление, осушение и др.), а также с результатами хозяйственной деятельности (подрезка, пригрузка склонов, изменение уровня подземных вод, уничтожение древесной растительности, динамические нагрузки и т.п.). Возможны промежуточные типы опасных склоновых процессов, а также наличие сложного (комбинированного) механизма их проявления.
Цель состава и объема изыскательских работ является определение:
типов склоновых процессов, развитых в районе, времени (возраста) и причин их возникновения; стадии (фазы) развития, характера деформаций в имеющихся на склоне зданиях и сооружениях; состояния сооружений инженерной защиты и эффективности их работы; приуроченности склоновых процессов к определенным геологическим образованиям, тектоническим структурам и геоморфологическим элементам; влияния гидрогеологических, гидрологических и метеорологических условий на возникновение склоновых процессов; влияния рельефа, крутизны и экспозиции склона на проявления оползней и обвалов; роли хозяйственной деятельности в активизации склоновых процессов; наличия других видов современных экзогенных геологических процессов (выветривание, эрозия, абразия и т.п.) и определения степени их влияния на устойчивость склонов и, в частности, на возникновение и развитие на них оползней, осыпей и обвалов разных типов
Сбор и обработка материалов изысканий и исследований прошлых лет. В результате анализа и обработки собранных материалов и данных рекомендуется определять количественные показатели степени развития склоновых процессов
Маршрутные наблюдения в процессе рекогносцировочного обследования и оползневой съемки. Это описание и оценка состояния поверхности склона и его характерных особенностей на отдельных оползневых, осыпных и обвальных участках; выявление визуальных проявлений оползневых, осыпных и обвальных процессов на поверхности склона; выявление проявлений свежей эрозионной или абразионной подсечки склонов и т. д. В процессе маршрутных наблюдений следует намечать места размещения горных выработок, пункты (створы) проведения других видов работ, в том числе геофизических исследований и стационарных наблюдений. Выбор вида, способов, конструкции и
технологий проходки буровых скважин
Геофизические исследования осуществляют определение фактических и потенциально возможных зон оползневого смещения, комплексом методов электроразведки и электропрофилирования, а также сейсморазведки; выделения зон разной степени выветрелости, определения мощности оползневых масс грунтов, осыпей и обвальных отложений и т.д.
Полевые исследования выявляют условия залегания, мощности и распространения в плане и по глубине ослабленных зон в толще склоновых отложений (перемятых грунтов, суффозионного разуплотнения и т.п.), оценки динамической устойчивости песчаных грунтов, возможности их разжижения (статическое и динамическое зондирование); оценки прочностных свойств слабых разновидностей грунтов, имеющих определяющее значение в оползневом процессе (вращательный и поступательный срезы в скважинах); оценки прочностных свойств неоднородных, слоистых трещиноватых или крупнообломочных пород (срез целиков грунтов по заданным плоскостям, контактам, поверхностям напластования, трещинам в шурфах и котлованах).
Гидрогеологические исследования выполняются с целью оценки величин сезонных колебаний уровней подземных вод и гидродинамического давления по всем водоносным горизонтам оказывающим воздействие на устойчивость рассматриваемого склона; выявления и установления характера взаимосвязей между
режимом подземных вод и оползневыми процессами; установления источников питания подземных вод, в том числе техногенного происхождения (утечки производственно-хозяйственных вод, поливы и т.п.); выявления водоносных горизонтов, играющих определяющую роль в оползневом процессе; установления взаимосвязи между водоносными горизонтами и поверхностными водами;
Лабораторные исследования грунтов для изучения оползневых процессов следует проводить в основном на образцах, отобранных из грунтов основного деформируемого горизонта. Обязательному опробованию подлежат грунты в зоне плоскостей смещения, ослабленных, перемятых, разуплотненных и водонасыщенных слоев грунта, зон тектонических нарушений и др. При выполнении лабораторных исследований методы подготовки грунтов к испытаниям должны учитывать предполагаемые воздействия различных факторов на исследуемый грунт: изменения его напряженного состояния и степени уплотнения при снятии нагрузки, оползневых или обвальных смещениях, выветривании и других воздействиях. Лабораторные исследования проб подземных вод, отобранных для выявления источников обводнения оползней, следует осуществлять по стандартному комплексу с выполнением при необходимости дополнительных анализов.
Камеральная обработка материалов инженерно-геологических изысканий и составление технического отчета о выполненных изысканиях должны дополнительно включать оценку устойчивости склонов с учетом возможного развития склоновых процессов
Устойчивость склона определяется соотношением сил, стремящихся столкнуть массу пород вниз по склону, и сил, которые сопротивляются этому процессу. Рисунок 6
Устойчивость земляных масс на склонах выражается уравнением
Где T – сдвигающая составляющая веса массива; N – нормальная составляющая веса; F – поверхность скольжения оползня; С – сцепление; tgφ – коэффициент внутреннего трения
Степень устойчивости склона определяется коэффициентом
| Kуст= Ntgφ+CF)/T |
Числитель отражает сумму сил, которые сопротивляются возникновению оползня, в знаменателе – сталкивающие силы.
Сопротивление оползню оказывает сцепление и внутреннее трение пород. К сдвигающим силам относят вес пород, расположенных на них зданий и сооружений, гидростатическое и гидродинамическое давление подземных вод и т. д.
При kуст >1 склон находится в устойчивом состоянии; При kуст =1 в предельном равновесии; При kуст
Источник
