Описание лаборАторной установки

ВВЕДЕНИЕ

Целью выполнения лабораторных работ по дисциплине мелиорация и рекультивация земель является углубление теоретических знаний по дисциплине, ознакомление с приборами и установками для изучения водно-физических свойств грунтов и фильтрационных процессов, протекающих на мелиорируемых землях, освоение методики проведения опытов и обработки полученных данных.

В ряде лабораторных работ рассмотрены методы физического моделирования движения грунтовых вод, что позволяет студентам не только глубже понять, но и нагляднее представить теорию движения подземного потока, а так же переносить результаты исследований, полученные на модели, на натурные условия.

К проведению работ допускаются студенты, ознакомившиеся с их содержанием, выполнившие необходимые схемы и таблицы. Перед работой преподаватель проводит опрос студентов. В конце каждой работы даются контрольные вопросы, позволяющие студенту подготовиться к защите отчета по выполненной работе.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Экспериментальная проверка основного закона фильтрации (закона Дарси)

Фильтрацией называется движение грунтовой воды в порах водонасыщенного грунта, происходящее под действием разности напоров.

Коэффициентом фильтрации называется скорость фильтрации воды в грунте при единичном градиенте напора. Коэффициент фильтрации может быть определен как в полевых, так лабораторных условиях. В полевых условиях, в зависимости от глубины залегания грунтовых вод коэффициент фильтрации определяют методом затапливаемых площадок (глубокий УГВ) или методом откачки из шурфа (близкий УГВ).

В лабораторных условиях коэффициент фильтрации может быть определен на приборе, который впервые сконструировал французский ученый Дарси (1852 г.), открывший основной закон фильтрации: скорость фильтрации прямо пропорциональна градиенту напора.

Этот закон имеет вид:

V=К*J, м/сутки (1.1)

где К -коэффициент фильтрации, м/сутки;

J -градиент напора

Градиент напора представляет собой потери напора на единицу длины потока.

J =

 

(1.2)

где Н -потери напора при фильтрации, равные разности напоров

H₁-H₂ в двух точках (сечениях) грунтового потока, м

L –длина пути фильтрации или расстояние между этими сечениями, измеренное по направлению линии тока.

Формула расходов грунтового потока имеет вид:

Q= w *υ= w *K*J (1.3)

где w - площадь поперечного сечения грунта, нормальная к направлению грунтового потока, м².

Из формулы 1.3 можно выразить К, на величину которого оказывает влияние температуры фильтрующей жидкости. В практике принято выражать К при t=10ºС.

Формула для пересчета имеет вид:

К 10ºС=К_t/0,7+0,33t (1.4)

где К_t- коэффициент фильтрации грунта при температуре воды tºС, м/сут.

 

Цель работы

1.Установить опытным путем характер зависимости V=f(J) при фильтрации через песчаный грунт разной крупности.

2.По результатам опыта на основании закона Дарси определить коэффициент фильтрации отдельных слоев грунтов в приборе.

3.Построить график изменения напоров вдоль пути фильтрации (эпюру напоров) H=f(z)

 

Описание лаборАторной установки

Прибор (рисунок 1.1) представляет собой цилиндрический металлический сосуд 1, заполненный послойно песчаным грунтом различной крупности (крупный, средний, мелкий). Внутри сосуда на границах слоев установлены дренажные трубы 4, которые при помощи резиновых шлангов подключены к пьезометрам 5, закрепленных на щите со шкалой напротив.

Профильтровавшиеся через песок вода, поданная сверху через трубку 2 из напорного бака или водопроводной сети, поступает в сливной бачок 9, соединенный со сливной трубкой 6 при помощи резинового шланга, имеющего зажим 7.

Плоскость сравнения

Рисунок 1.1. Схема прибора для определения коэффициента фильтрации

 

Высотное положение бачка 9 регулируется при помощи штатива 8, имеющего шкалу напротив. Расход воды замеряется объемным способом при помощи мерного сосуда 10. Для поддержания постоянного уровня воды в приборе имеется переливная трубка 3.

 

1.3 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ

1. При открытом зажиме 7 стравливают «защемленный» воздух, добиваются полного насыщения песка в сосуде водой. При этом в приемной камере появляется вода, а на поверхности песка сохраняется слой воды.

2. Перекрывают зажим 7. При этом уровни воды в пьезометрах должны устанавливаться на одной отметке. В противном случае пьезометры продувают, выгоняя тем самым «защемленный» воздух.

3. Водосливной бачок устанавливают в положении Z слив, указанное преподавателем. Всего проводится четыре опыта с различными положениями водослива, т.е. при четырех разных напорах. Обычно применяется Z слив= (1/5,2/5,3/5,4/5)* Zl.

4. Открывают зажим 7 и засекают время с момента поступления воды в мерный сосуд до фиксированного объема. Измерения проводят в трех кратной повторности.

5. После установления уровня воды в пьезометрах снимают их показания.

6. Измеряют температуру воды, мощность слоев песка разной крупности, площадь поперечного сечения фильтрации, координаты точек подключения пьезометров.

7. Опыт с другим положением водосливного бачка проводится аналогично.

8. Записи и обработка результатов измерений ведутся в табличной форме (таблица 1.1)

9. Полученные значения коэффициентов фильтрации сравнивают со справочными данными.

10. По данным строк 8 и 10 на миллиметровой бумаге в масштабе строится график V=f(J), на основе анализа которого делается заключение о подтверждении опытным путем закона Дарcи (рисунок 1.2.).

Рисунок 1.2. График зависимости V=f(J)

 

Справедливость закона Дарси подтверждается, если экспериментальные точки хорошо ложатся на прямую, проходящую через начало координат. Случайный разброс точек свидетельствует о погрешностях в измерениях. Различный наклон графиков V=f(J) для разных слоев грунта свидетельствует о различной водопроницаемости этих грунтов.

11. По данным строк 4 и 5 на миллиметровой бумаге строится эпюра напоров H=f(z) (рис. 1.3),масштабы по осям H и Z должны быть одинаковыми.

Рисунок 1.3 Эпюра напоров H=f(z)

Нелинейный характер эпюр свидетельствует о различной водопроницаемости слоев грунта: для слоя с большим градиентом коэффициент фильтрации меньше.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каким способом определить напор в заданной точке области фильтрации?

2. От каких факторов зависит величина коэффициента фильтрации?

3. Какие из величин Q, J, K для однослойной толщи грунта изменяются закономерно при изменении положения водослива?

4. Чем объясняется разброс значений коэффициента фильтрации для одного и того же грунта при разных положениях водослива?

5. Как определить точность определения коэффициента фильтрации на приборе Дарси?

6. Как изменяется график зависимости V=f(J), если температура воды повысится с 15 до 25 ºС?

 

Таблица 1.1. Данные эксперимента

Показатели	Положение водослива
Z¹ слив	Z² слив	Z³ слив	Z4 слив
1.Объем профильтрованной воды ω, cм³
2.Время фильтрации, t, cек
3.Фильтрационный расход Q=ω/t, см³/сек
Отметки уровней воды в пьезометрах,см Н1 Н2 Н3 Н4
5.Координаты точек подключения пьезометров, см Z1 Z2 Z3 Z4
6.Потери напора Н,см ΔН1-2 ΔН2-3 ΔН3-4
7.Длинна пути фильтрации, Δl,см Δl1-2 Δl2-3 Δl3-4
8.Гидравлический градиент J l1-2 l2-3 l3-4
9.Площадь поперечного сечения W.см²
10.Скорость фильтрации V=Q/ω, см/сек
V1-2 V2-3 V3-4
11.Коэффициент фильтрацииК=V/J, м/сек К1-2 К2-3 К3-4
12.Температура воды tºС
13.Средний коэффициент фильтрации, cм/сек К1-2 К2-3 К3-4
11.Коэффициент фильтрации при t 10ºС, cм/сек К1-2 К2-3 К3-4
11.Коэффициент фильтрации при t 10ºС, cм/сутки К1-2 К2-3 К3-4

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: