ГОСТ 25584-90: "Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации"

Государственный стандарт СССР ГОСТ 25584-90
"Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации"
(утв. постановлением Госстроя СССР от 4 апреля 1990 г. N 32)
(с изменениями от 2 декабря 1993 г.)

Soils. Laboratory methods for determination of filtration factor

Взамен ГОСТ 25584-83

Дата введения 1 сентября 1990 г.

1. Общие положения

2. Определение коэффициента фильтрации песчаных грунтов

3. Определение коэффициента фильтрации глинистых грунтов

Приложение 1. Термины и определения

Приложение 2. Журнал лабораторного определения коэффициента фильтрации

песчаных грунтов

Приложение 3. Журнал лабораторного определения коэффициента фильтрации

глинистых грунтов

Приложение 4. Значения S/H_0 и фи(S/H_0)

Приложение 5. Определение коэффициента фильтрации песчаных грунтов,

применяемых в дорожном и аэродромном строительстве

Настоящий стандарт распространяется на песчаные и глинистые грунты и устанавливает методы лабораторного определения коэффициента фильтрации при исследованиях грунтов для строительства.

Стандарт не распространяется на песчаные 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 (Изм. N 1).

1.5. Максимальный размер частиц песчаных грунтов не должен превышать 1/5 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 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

2.2. Подготовка к испытанию

2.3. Проведение испытания

2.4. Обработка результатов

2.1. Оборудование и приборы

2.1.1. В комплект оборудования для определения коэффициента фильтрации должны входить:

прибор КФ-00М;

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 (Изм. N 1);

секундомер;

нож из нержавеющей стали с прямым лезвием;

лопатка;

пресс винтовой;

пластины плоские с гладкой поверхностью (из стекла, плексигласа или металла).

2.1.2. В состав прибора КФ-00М, конструкция которого приведена на рисунке, 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 2 х 2 мм (или диаметром 2 мм) и муфты с латунными сетками, мерного стеклянного баллона объемом 140 см3 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-3 Союздорнии, ФВ-3).

"Рисунок. Прибор КФ-00М для определения коэффициента фильтрации"

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 следующем порядке:

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 не 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;

необходимую массу грунта m, г, вычисляют по формуле

1 + w

m = V х ро или m = V ───── ро , (1)

1 + e s

где V - объем цилиндра, см3;

ро - заданная плотность, г/см3;

w - влажность грунта, доли единицы;

ро - плотность частиц грунта, г/см3;

s

е - коэффициент пористости.

Если грунт массой m не укладывается в цилиндр, то его уплотняют трамбованием.

2.2.5. Заполнение цилиндра испытываемым грунтом в предельно рыхлом и предельно плотном состояниях выполняют в следующем порядке:

цилиндр с дном и латунной сеткой, покрытой кружком марли, взвешивают;

для получения образца в предельно рыхлом состоянии цилиндр заполняют грунтом, насыпая его с высоты 5-10 см без уплотнения, в предельно плотном состоянии - слоями толщиной 1-2 см с уплотнением каждого слоя трамбованием;

зачищают поверхность образца грунта вровень с краями цилиндра и взвешивают цилиндр с грунтом;

определяют плотность грунта по ГОСТ 5180.

2.3. Проведение испытания

2.3.1. Коэффициент фильтрации грунта определяют в следующем порядке:

вращением подъемного винта устанавливают цилиндр с грунтом до совмещения отметки необходимого градиента напора на планке с верхним краем крышки корпуса и доливают воду в корпус до верхнего его края. Испытания проводят при поэтапном увеличении значений градиента напора;

замеряют температуру воды;

заполняют мерный стеклянный баллон водой и, закрывая пальцем его отверстие, опрокидывают отверстием вниз, подносят возможно ближе к цилиндру с грунтом и, отнимая палец, быстро вставляют в муфту фильтрационной трубки так, чтобы его горлышко соприкасалось с латунной сеткой, а в баллон равномерно поднимались мелкие пузырьки воздуха. Если в мерный баллон прорываются крупные пузырьки воздуха, то его необходимо опустить ниже, добившись появления мелких пузырьков;

отмечают время, когда уровень воды достигнет деления шкалы мерного баллона, отмеченного цифрой 10 (или 20) см3, принимая это время за начало фильтрации воды. В дальнейшем фиксируют время, когда уровень воды достигнет соответственно делений 20, 30, 40, 50 (или 20, 40, 60, 80) см3 или других кратных значений.

Производят четыре отсчета.

2.4. Обработка результатов

2.4.1. Коэффициент фильтрации К_10, м/сут, приведенный к условиям фильтрации при температуре 10°С, вычисляют по формуле

864 V

w

К = ──────, (2)

10 t ATJ

m

3

где V - объем профильтровавшейся воды при одном замере, см ;

w

t - средняя продолжительность фильтрации (по замерам при

m одинаковых расходах воды), с;

А - площадь поперечного сечения цилиндра фильтрационной трубки,

2

см;

J - градиент напора;

Т = (0,7 + 0,03 T ) - поправка для приведения значения

ф

коэффициента фильтрации к условиям фильтрации воды при

температуре 10°С, где Т - фактическая температура воды при

ф

испытании, °С;

864 - переводной коэффициент (из см/с в м/сут).

2.4.2. Коэффициент фильтрации вычисляют до второй значащей цифры.

2.4.3. Для расчета коэффициента фильтрации следует составлять таблицу расчетных данных для постоянного расхода воды из цилиндра определенной площади поперечного сечения при различных градиентах напора и температуре.

3. Определение коэффициента фильтрации глинистых грунтов

3.1. Оборудование и приборы

3.2. Подготовка к испытанию

3.3. Проведение испытания

3.4. Обработка результатов

3.1. Оборудование и приборы

3.1.1. В комплект оборудования для определения коэффициента фильтрации глинистых грунтов должны входить:

компрессионно-фильтрационный прибор, позволяющий проводить испытания под нагрузкой при переменном напорном градиенте;

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 (Изм. N 1);

секундомер;

нож из нержавеющей стали с прямым лезвием;

лопатка;

пресс винтовой;

пластины плоские с гладкой поверхностью (из стекла, плексигласа или металла).

3.1.2. В состав компрессионно-фильтрационного прибора должны входить:

поддон с емкостью для воды и штуцером с боковой стороны;

кольцо (цилиндр) для образца грунта с заостренным нижним краем;

металлические фильтры, обеспечивающие свободное поступление воды к образцу и ее отвод;

насадка (крышка) на кольцо;

пьезометр диаметром 0,4 см (при быстрой фильтрации до 1 см, при медленной - 0,1-0,2 см), соединенный с прибором через штуцер и тройник; при наличии в приборе двух пьезометров диаметр их должен быть одинаковым;

арретир - приспособление для предотвращения набухания образца грунта при его насыщении водой;

индикатор с ценой деления шкалы 0,01 мм для измерения вертикальных деформаций образца грунта;

механизм вертикальной нагрузки на образец.

3.1.3. Конструкция компрессионно-фильтрационного прибора должна обеспечивать:

герметичность всех стыков прибора;

отсутствие защемленных пузырьков воздуха;

создание заданного градиента напора (до 100);

подачу воды к образцу грунта снизу вверх или сверху вниз и отвод ее;

центрированную передачу нагрузки на образец грунта;

передачу на образец грунта давления ступенями;

постоянство давления на каждой ступени;

неподвижность кольца с грунтом при испытаниях;

измерение вертикальных деформаций грунта с точностью 0,01 мм;

нагрузку на образец, создаваемую фильтром, измерительным оборудованием и неуравновешенными деталями, не более 0,0025 МПа.

3.1.4. Части прибора, соприкасающиеся с водой, должны быть изготовлены из некоррозирующегося материала.

3.1.5. Компрессионно-фильтрационные приборы необходимо тарировать не реже одного раза в год.

Индикаторы должны подвергаться поверкам в соответствии с технической документацией.

3.2. Подготовка к испытанию

3.2.1. Воду и грунт, предназначенные для определения коэффициента фильтрации, выдерживают в лаборатории до выравнивания их температуры с температурой воздуха.

3.2.2. Приготавливают образец грунта (п. 2.2.2), предварительно смазав внутреннюю поверхность кольца техническим вазелином.

Из остатков срезанного грунта отбирают пробы для определения влажности по ГОСТ 5180.

При заполнении кольца грунтом необходимо учитывать, в каком направлении относительно природного напластования определяют коэффициент фильтрации.

На нижнюю и верхнюю поверхность грунта накладывают фильтровальную бумагу, смоченную водой и вырезанную по внутреннему диаметру кольца.

3.2.3. Заполняют поддон прибора водой до верхней поверхности металлического фильтра через пьезометр и ставят на фильтр кольцо с грунтом.

Металлический фильтр ставят на образец грунта и опускают винт арретира так, чтобы при насыщении водой образец не набухал.

В случае испытания грунта под нагрузкой закрепляют индикатор.

3.2.4. Образец грунта насыщают водой снизу вверх через пьезометр. Водонасыщение следует производить не менее 2 сут для супесей, не менее 5 сут для суглинков; продолжительность водонасыщения глин устанавливают заданием.

При степени влажности грунта более 0,98 водонасыщение можно не производить.

3.2.5. Заливают образец грунта водой (до краев насадки или верха крышки) и передают на образец заданное давление ступенями.

Значения ступеней давления и время их выдерживания назначают в соответствии с ГОСТ 12248.

Если заданное давление равно р_str (соответствующее структурной прочности), то образец нагружают ступенями давления по 0,0025 МПа до начала сжатия по ГОСТ 12248.

3.2.6. Подготовка образцов глинистого грунта нарушенного сложения

3.2.6.1. Для подготовки образцов глинистых грунтов с заданными значениями плотности необходимо размять грунт пестиком с резиновым наконечником до исчезновения комков крупнее 2 мм и определить влажность грунта по ГОСТ 5180.

3.2.6.2. Массу грунта, которая в объеме кольца должна обеспечить заданное значение плотности, рассчитывают по формуле (1).

Если задано значение плотности сухого грунта ро_d, г/см3, то массу грунта в объеме кольца рассчитывают по формуле

m = ро (1 + w) V (3)

d

3.2.6.3. Заполняют кольцо приготовленным грунтом необходимой массы.

Если вручную не удается уложить весь грунт, то применяют пресс.

3.2.6.4. Накрывают торцы образца грунта кружками влажной фильтровальной бумаги и выполняют последовательно операции пп. 3.2.3-3.2.5.

3.3. Проведение испытания

3.3.1. Наливают воду в пьезометр и устанавливают начальный напор, соответствующий заданному градиенту напора.

Начальный напор равен высоте столба воды от постоянного ее уровня над образцом грунта до уровня в пьезометре.

В приборах, имеющих два пьезометра, соединенных с крышкой и поддоном, начальный напор равен разности уровней в пьезометрах. При исследовании фильтрации в нисходящем потоке пьезометр, присоединенный к верхней части прибора, должен быть заполнен водой до верхней отметки, а пьезометр, присоединенный к нижней части, - до нижней отметки и наоборот.

3.3.2. Открывают кран (краны), соединяющий (соединяющие) пьезометр (пьезометры) с прибором, и отмечают время начала фильтрации воды.

3.3.3. Замеряют числа делений, на которые опустился (поднялся) уровень воды в пьезометре, через одинаковые промежутки времени и температуру воды с точностью до 0,5°С.

Отсчеты по пьезометру производят в зависимости от скорости фильтрации. Промежутки времени отсчетов могут быть 5, 10, 15, 30 мин, 1 ч, при медленной фильтрации - два раза, в начале и конце рабочего дня. Производят не менее шести отсчетов.

Если уровень воды в пьезометре понижается на одно деление за время, превышающее 40 с, то следует заменить пьезометры на более тонкие трубки.

3.3.4. После испытания определяют влажность и плотность грунта по ГОСТ 5180.

3.4. Обработка результатов

3.4.1. Коэффициент фильтрации грунта К_10, м/сут, приведенный к условиям фильтрации при температуре 10°С, вычисляют по формуле

A

S п h

К = (фи (────)/t) ──── ─── 864, (4)

10 H A T

0 к

где S - наблюдаемое падение уровня воды в пьезометре, отсчитанное

от первоначального уровня, см;

H - начальный напор, см;

0

S

фи(───) - безразмерный коэффициент, определяемый по приложению 4;

H

0

t - время падения уровня воды, с;

2

A - площадь сечения пьезометра, см ;

п 2

A - площадь кольца, см ;

к

h - высота образца грунта, равная высоте кольца, см;

Т = (0,7 + 0,03 Т ) - поправка для приведения значения

ф

коэффициента фильтрации к условиям фильтрации воды при

температуре 10°С, где T - фактическая температура воды при

ф

опыте,°С;

864 - переводной коэффициент (из см/с в м/сут).

3.4.2. Коэффициент фильтрации вычисляют для каждого отсчета по пьезометру.

За коэффициент фильтрации образца грунта принимают среднее арифметическое отдельных вычисленных значений.

Коэффициент фильтрации выражают с точностью до второй значащей цифры.

3.4.3. Для расчетов коэффициента фильтрации составляют вспомогательные таблицы, разделив формулу (4) на два множителя:

A

S п h

B = фи (───)/t и M = ──── ── x 864 (5)

H A Т

0 к

Рекомендуется составлять таблицы значений множителя 5 в зависимости от значения падения уровня воды в пьезометре и значений множителя М в зависимости от температуры воды при опыте.

Приложение 1

Справочное

Термины и определения

Градиент напора - отношение разности напора воды к длине пути фильтрации.

Масса грунта - свойство тела или вещества, характеризующее их инерционность и способность создавать гравитационное поле (скалярная величина).

Плотность грунта - масса единицы объема грунта.

Плотность сухого грунта - отношение массы сухого грунта (исключая массу воды в его порах) к его первоначальному объему.

Плотность частиц грунта - масса единицы объема грунта без пор или масса единицы объема твердых частиц грунта.

Коэффициент пористости - отношение объема пор к объему твердых частиц грунта.

Гранулометрический состав грунта - содержание по массе групп частиц (фракций) грунта различной крупности по отношению к общей массе абсолютно сухого грунта.

Воздушно-сухое состояние грунта - состояние грунта, высушенного на воздухе.

Предельно рыхлое состояние грунта - состояние грунта при минимальной плотности.

Предельно плотное состояние грунта - состояние грунта при максимальной плотности.

Приложение 2

Рекомендуемое

Организация (лаборатория) _______________________________________________

Журнал N
лабораторного определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов

Местоположение площадки ______ Глубина и дата отбора монолита грунта ____

Наименование прибора и краткие сведения о нем ___________________________

Площадь поперечного сечения цилиндра А ___ см2. Объем цилиндра ______ см3

Начало таблицы. См. окончание