Назначение и порядок расчета коэффициента фильтрации грунта

В гидрогеологии используется понятие проницаемости грунтов, которое означает возможность грунта пропустить через себя воду и другие жидкости. Это явление связано главным образом с фильтрацией воды в грунте. При этом коэффициент фильтрации грунта показывает численное значение проницаемости.

Определение и назначение коэффициента фильтрации

Коэффициент обозначается сокращением Кф и показывает скорость течения воды внутри грунта. Так, к примеру, Кф песка будет равняться скорости продвижения жидкостей внутри песчаного грунта при напоре, равному единице. Измеряется этот параметр в метрах в сутки.

Кф используется для определения прочности грунта во время установки песчаного дренажа в областях дорожного строительства и аэродромного строительства. Устраивать дренирующие слои можно только в том случае, когда коэффициент колеблется в диапазоне 1-2 метра в сутки. Также учитывают скорость фильтрации.

Работа с коэффициентом и его применение на практике должны осуществляться в свете ГОСТов. Так, например, применяемые методы изложены в документе под номером 25584-2016.

Способы определения коэффициента

Первый осуществляется в соответствии с ГОСТ под номером 25584-2016, второй же на основании ГОСТ 23278-2014.

В лабораторных условиях

ГОСТ 25584-2016 приводит следующую методику определения:

1. Измерить температуру воды;
2. Цилиндр с почвой приподнять и в корпус залить воду до краев;
3. Стеклянный баллон наполнить водой, закрыть пальцем и довести до стационарного режима фильтрации (главный признак — равномерное появление пузырьков);
4. Дождаться достижения водой целочисленного значения по шкале;
5. Включить секундомер, а целое значение отмеченное ранее принять за начало отсчета фильтрации;
6. Дождаться опускания уровня воды до следующего целого числа;
7. Отключить секундомер;
8. Записать время, затраченной на фильтрацию, а также объем воды, ушедшей на фильтрацию;
9. Записать градиент напора;
10. Повторить на градиенте, равному 0.4, а также при других его значениях.

После всех проведенных лабораторных испытаний коэффициент рассчитывается по следующей формуле:

Κ=ν/I,

где v и I — координаты любой точки на графике зависимости скорости фильтрации грунта.

В полевых условиях

Согласно ГОСТу 23278-2014 о грунтах для определения коэффициента фильтрации грунтов в полевых условиях с помощью шурфа нужно следовать следующему алгоритму:

1. Инфильтрометр заполнить водой высотой от 10 до 20 сантиметров;
2. Не прекращать подачу воды, чтобы уровень оставался одинаковым и во внутреннем и во внешнем кольце;
3. Провести измерение расхода и уровня налива;
4. Пробурить скважины после завершения налива. После этого пробу отправятся на определение влажности.

Кроме этого можно использовать метод опытной откачки, заключающийся в следующем:

1. Измерить уровень воды в скважине перед началом опыта;
2. Измерять уровень на протяжении всего эксперимента, а также во время восстановления, откачки, налива;
3. Измерять уровень воды в водоемах;
4. Зафиксировать гидрометеорологическую обстановку;
5. Построить график изменения напора.

На основе полученных данных проводятся расчеты, делается вывод о коэффициенте и типе почвы.

Расчетный метод

Для реализации математического метода используют закон Дарси, который способен описать течение жидкостей в грунтах (ламинарный режим). Формула выглядит следующим образом:

v=k*gradI,

где v — скорость фильтрации, измеряемая в сантиметрах в сутки, k — коэффициент фильтрации грунта, измеряемый в сантиметрах в сутки, а gradI— градиент напора.

Градиент определяется следующей формулой:

gradI=Δh/l,

где Δh — падение напора, l — длина фильтрации.

Классификация грунтов по водопроницаемости

Численные значения коэффициента проницаемости грунтов дают возможность определить вид почвы по фактору водопроницаемости. Классифицируют следующие разновидности:

• Водонепроницаемый. Почвы этого типа имеют Кф ниже 0.005;
• Слабоводопроницаемый. Кф этого вида выше чем предыдущий, но не принимает значение выше 0.3;
• Водопроницаемый. Коэффициент лежит в диапазон 0.3-3.0 метров за сутки;
• Сильноводопроницаемый. Такие грунты могут достигать значения от 3 м/сутки до 30 м/сутки;
• Очень сильноводопроницаемый. Грунт этого типа обладает Кф выше чем 30 метров в сутки.

Средние коэффициенты фильтрации различных типов грунта

Тип грунта напрямую влияет на численное значение коэффициента фильтрации. В среднем для каждого вида есть свое численное значение.