Изучение процесса кольматации на примере песчаных грунтов. Курсовая работа (т). Геология.
👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!
Похожие работы на - Изучение процесса кольматации на примере песчаных грунтов
Нужна качественная работа без плагиата?
Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу Без плагиата!
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Пермский государственный национальный
исследовательский университет
Кафедра инженерной геологии и охраны недр
Изучение
процесса кольматации на примере песчаных грунтов
Песчаные грунты широко распространены на
территории нашей страны, согласно данным Л. И. Прасолова, площадь, занятая
песчаными и супесчаными грунтами в в России и ближнем зарубежье, составляет 1
849 500 км2, из которых 538 000 км2 приходится на территорию европейской части
России. Таким образом, значительная часть песчаных грунтов может является
основанием для зданий и сооружений, для строительства которых необходимо
изменение свойств грунтов.
Кольматация - один из наиболее дешевых и
эффективных способов понижения их водопроницаемости, основанный механической и
физической способности грунтов.
· изучения процесса кольматации на примере песков alQ
возраста.
· Определение физических свойств данных песков
· Проведение лабораторных испытаний
для изучения процесса кольматации.
· Выведение закономерностей изменения
свойств грунта.
На использовании механической и физической
поглотительной способности грунтов основан метод понижения их водопроницаемости,
известный под названием кольматации грунтов. Способ кольматации состоит в
нагнетании под давлением в породу через систему скважин глинистого раствора
удельным весом 1,2-1,4. С целью отжима воды из раствора и ускорения и ускорения
оседания глинистых частиц к раствору прибавляют коагуляторы и увеличивают
давление при нагнетании. При повышении давления до 30 кг/см2 и более вода
отжимается от глинистого раствора, происходит опресовка глинистого материала в
трещинах и пустотах. Кольматация без использования цемента не повышает
механическую прочность грунта, а только изменяет проницаемость пород. Процесс
кольматации широко протекает в природе и легко может быть воспроизведен
человеком, когда возникает необходимость уменьшения фильтрационной способности
грунтов, в которых создаются гидротехнические сооружения. При помощи глинистых
растворов могут быть закольматированы галечниковые, песчаные и супесчаные
грунты, имеющие значительную водопроницаемость.
Кольматация песков представляет собой
совокупность физического и механического поглощения глинистых частиц,
выражающегося в адсорбционном взаимодействии глинистых и песчаных частиц,
коагуляции и структурообразовании самих глинистых частиц и в «застревании»
частиц и агрегатов в порах песка.
При кольматации песков следует учитывать их
состав и состав кольматирующих глинистых растворов - главного фактора,
определяющего результаты кольматации. Пески различного гранулометрического
состава кольматируются глинистыми растворами определенного состава и
концентрации.
Крупнозернистые пески могут быть
закольматированы растворами, приготовленными из глин и суглинков при
сравнительно высоких концентрациях суспензий (1,5-3%). Эти пески не задерживают
тонкие глинистые частицы, поэтому для их кольматации следует употреблять
суглинки и агрегированные глины, особенно полиминерального полидисперсного
состава. При кольматации сильно фильтрующих грубо- и крупнозернистых песков
высокодисперсной глиной в глинистый раствор необходимо добавлять более грубые
гранулометрические разности (пылеватые и тонкопесчаные фракции). Кольматацию
можно проводить в два этапа. Сначала крупные 'пески следует закольматировать
тонкопесчаным и пылеватым материалом, а образующийся грунт закольматировать
глиной.
Кольматации мелкозернистых песков возможна
только диспергированными устойчивыми растворами, содержащими преимущественно
частицы <0,005 мм, свободно проникающие в песок на достаточную глубину. Для
кольматации этих песков необходимо проводить специальную обработку глин с целью
разрушения микроагрегатов глинистых грунтов, а в некоторых случаях - обработку
самого песка веществами, ослабляющими его адсорбционную способность.
Эффективность кольматации - глубина
закольматированного слоя и уменьшение коэффициента фильтрации - определяется
минералогическим составом глин-кольматантов, который характеризует их
дисперсность и адсорбционную способность по отношению к песчаным зернам и,
следовательно, способность глинистых частиц проникать в толщу песка и
поглощаться песком. Увеличение дисперсности глин способствует проникновению
частиц на большую глубину, рост адсорбционной способности приводит к большому
снижению коэффициента фильтрации.
Надо иметь в виду, что при кольматации песков
могут быть и неудачи. Иногда глинистые частицы не проникают с током воды в
толщу песка, а накапливаются на его поверхности. Образуется своеобразный
глинистый экран, благодаря которому и происходит уменьшение водопроницаемости.
При нарушении глинистого экрана фильтрация воды возобновляется с прежней силой.
Поэтому такой метод уменьшения фильтрационной способности грунтов является
ненадежным. Образование глинистого слоя на поверхности песка говорит о том, что
процесс кольматации идет неправильно, что не учтены какие-то факторы, мешающие
частицам проникнуть с током воды в глубь песка. К числу таких факторов
относится засоленность воды или самого песка, присутствие обменного Ca,
вызывающего агрегацию глинистых частиц и др. В том случае, когда
неблагоприятные факторы устранены, процесс кольматации протекает нормально,
глинистые частицы с током воды поступают в поры песка, задерживаются в них
благодаря физической и механической поглотительной способности и коренным
образом изменяют свойства самого песка.
Стоимость работ по кольматации ниже, чем работ
по цементации; кроме того, кольматация не ограничивается распространением
агрессивных подземных вод, обычно она применяется в тех случаях, когда большой
расход цемента экономически невыгоден. Применение кольматации дает хорошие
результаты при тампонировании больших трещин и пустот, при наличии глинистого
или другого рыхлого заполнителя в выветрелых породах. Она применяется для
тампонирования сильно фильтрующих трещиноватых, кавернозных и закарстованных
скальных пород и гравийно-галечниковых отложений.
Для кольматации можно использовать не все виды
глинистых пород. Жирные высокопластичные тонкодисперсные гидрофильные глины
монтмориллонитового состава плохо отдают воду, а иногда обладают тиксотропными
свойствами. Для кольматации наиболее подходят тощие глины или суглинки
каолинитового или гидрослюдистого состава. Состав и свойства глинистого
раствора можно регулировать. В случае применения тощин глин с этой целью вводят
диспергаторы (соду, сернистый натрий и др.). В случае жирных глин используют
коагуляторы (СаС12, Са(ОН)2 и др.).
Коагуляция глинистых частиц происходит
постепенно от самых тонкодисперсных частиц к более крупнодисперсным с
образованием все более и более крупных агрегатов и доходит почти до полной
коагуляции коллоидно-активных частиц. При этом наблюдается довольно четко
выраженная ступенчатость коагуляции, при которой малые дозы электролита,
вызывая коагуляцию только самых мелких частиц, приводят к увеличению более
крупных частиц; большие дозы электролита приводят к коагуляции частиц среднего
размера в еще более крупные частицы, и только значительные дозы вызывают
коагуляцию крупных частиц. В грунте вначале образуются микроагрегаты, которые в
дальнейшем коагулируют с более крупными частицами, образуя мезоагрегаты,
коагуляция последних приводит к образованию макроагрегатов.
Вероятно, одновременно с этим происходит
коагуляция тонкодисперсных частиц с крупнодисперсными, однако роль этого рода
агрегации в общем процессе коагуляции незначительна. Дозы электролита,
вызывающие коагуляцию этих грунтов, очень близки и составляют 50-400 мг/л, в то
время как коагуляция огланлинского бентонита происходит при значительно больших
(70-4000 мг/л) концентрациях электролита. Здесь сказывается особенность
минерального и гранулометрического составов частиц. Коагуляция дисперсных
частиц полиминеральных глинистых грунтов вызывается добавлением различного
количества электролита. При введении небольшого количества электролита
коагулируют частицы коалинитовой группы, а при увеличении концентрации - группы
гидрослюд и, наконец, монтмориллонитовой группы. Коагуляция полидисперсных материалов
происходит главным образом за счет слипания частиц меньших размеров с частицами
больших размеров и что она наступает сразу при переходе через определенный
предел.
Регулирование достигается также специальным
подбором песчано-глинистых смесей с различной концентрацией коллоидов.
Технология кольматации и состав оборудования во многом сходны с цементацией.
В последнее время глинистые растворы все чаще
стали заменять смешанными глинисто-цементными, глинисто-известковыми и другими
комбинированными растворами. Глинисто-цементные растворы имеют ряд преимуществ
перед глинистыми. Они не расслаиваются, более однородны, дают высокий выход
камня, не размываются водой. Наряду с приданием породе водонепроницаемости
глинистоцементные растворы прочнее, чем глина, связывают агрегаты и блоки
породы, создавая монолитность массива.
Для глинисто-цементных растворов используют и
высокопластичные разности глин (бентонитовые и монтмориллонитовые).
Глинисто-цементные растворы применяются для создания противофильтрационных завес,
водонепроницаемых стенок, для усиления оснований зданий и сооружений, для
заполнения стыков между зданиями и сооружениями и стенками котлованов, для
тампонирования пустот за обделкой тоннелей и в других случаях, когда большой
расход цемента экономически невыгоден.
Кольматация дает наилучшие результаты при
тампонировании безводных трещиноватых и кавернозных пород, обладающих удельным
водопоглощением от 0,1 до 100 л/мин. Применение глинисто-цементного раствора
позволяет тампонировать также обводненные трещиноватые, кавернозные скальные и
гравелисто-щебенистые породы и галечниковые отложения с коэффициентом
фильтрации свыше 100 м/сут.
Для проведения опытов, были определены
физические свойства песка, такие как гранулометрический состав, естественная
влажность, плотность, коэффициент фильтрации.
Определение гранулометрического состава
проводилось согласно ГОСТ 12536-79 «Грунты. Методы лабораторного определения
гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава»
Определение гранулометрического (зернового)
состава песчаных грунтов ситовым методом
Необходимое оборудование: набор стандартных сит,
технические весы, ступка с пестиком, чашка для взвешивания, сушильный шкаф.
. Для разделения грунта на фракции ситовым
методом без промывки водой применяют сита с размером отверстий 10; 5; 2; 1;
0,5; с промывкой водой - сита с размером отверстий 10; 5; 2; 1; 0,5; 25; 0,1
мм. Сита монтируют в колонну, размещая их от поддона в порядке увеличения
размера отверстий. На верхнее сито надевают крышку.
. Среднюю пробу для анализа следует отбирать
методом квартования. Для этого распределяют грунт тонким слоем по листу плотной
бумаги или фанеры, проводят ножом в продольном и поперечном направлениях
борозды, разделяя поверхность грунта на квадраты, и отбирают понемногу грунт из
каждого квадрата.
Вес средней пробы должен составлять: для
грунтов, не содержащих частиц размером более 2 мм - 100 г; для грунтов,
содержащих до 10% (по весу) частиц размером более 2 мм - не менее 500 г; для
грунтов, содержащих от 10 до 30% частиц размером более 2 мм - 1000 г; для
грунтов, содержащих свыше 30% частиц размером более 2 мм - не менее 2000 г.
Разделение грунта на фракции без промывки водой
. Среднюю пробу грунта надлежит отобрать в
воздушно-сухом состоянии методом квартования и взвесить на технических весах (m1)
. Взвешенную пробу фунта следует просеять сквозь
набор сит с поддоном ручным или механизированным способом. При просеивании
пробы весом более 1000 г следует высыпать грунт в верхнее сито в два приема.
Фракции грунта, задержавшиеся на ситах,
высыпать, начиная с верхнего сита, в ступку и дополнительно растереть пестиком
с резиновым наконечником, после чего вновь просеять на этих же ситах.
Полноту просеивания фракций грунта проверить встряхиванием
каждого сита над листом бумаги. Если при этом на лист выпадают частицы, то их
высыпают на следующее сито; просев продолжить до тех пор, пока на бумагу
перестанут выпадать частицы.
. Фракции грунта, задержавшиеся после
просеивания на каждом сите и прошедшие в поддон, следует перенести в заранее
взвешенные стаканчики или фарфоровые чашечки и взвесить.
Если полученная сумма веса всех фракций грунта
превышает более чем на 1% вес взятой для анализа пробы, анализ следует
повторить.
Потерю грунта разносят по фракции
пропорционально их веса.
По результатам проведенных опытов были получены
следующие результаты
Согласно гранулометрической классификации
грунтов Охотина В. В. данный песок является мелким.
Меньше,
чем песчаных и гравийных вместе
Больше,
чем песчаных и гравийных вместе
Тяжелая
крупная Легкая крупная Тяжелая мелкая Легкая мелкая
Крупнее
>50 0,5 мм Крупнее >50 0,25 мм Крупнее <50 0,25 мм
Плотность грунта определяется отношением массы
образца грунта к его объему. Подготовка к испытаниям. Согласно требованиям
таблицы выбирают режущее кольцо-пробоотборник.
Угол
заточки наружного режущего края
Немерзлые
пылевато-глинистые грунты
Немерзлые
и сыпуче-мерзлые песчаные грунты
Кольца нумеруют, измеряют внутренний диаметр и
высоту с погрешностью не более 0,1 мм и взвешивают. По результатам измерений
вычисляют объем кольца с точностью до 0,1 см3
Кольцо-пробоотборник смазывают с внутренней
стороны тонким слоем вазелина или консистентной смазки.
Верхнюю зачищенную плоскость образца грунта
выравнивают, срезая излишки грунта ножом, устанавливают на ней режущий край
кольца и винтовым прессом или вручную через насадку слегка вдавливают кольцо в
грунт, фиксируя границу образца для испытаний. Затем грунт снаружи кольца
обрезают на глубину 5-10 мм ниже режущего края кольца, формируя столбик
диаметром на 1-2 мм больше наружного диаметра кольца. Периодически, по мере
срезания грунта, легким нажимом пресса или насадки насаживают кольцо на столбик
грунта, не допуская перекосов. После заполнения кольца грунт подрезают на 8-10
мм ниже режущего края кольца и отделяют его. Грунт, выступающий за края кольца,
срезают ножом, зачищают поверхность грунта вровень с краями кольца и закрывают
торцы пластинками. При пластичном или сыпучем грунте кольцо плавно, без
перекосов вдавливают в него и удаляют грунт вокруг кольца. Затем зачищают
поверхность грунта, накрывают кольцо пластинкой и подхватывают его снизу
плоской лопаткой. Кольцо с грунтом и пластинками взвешивают.
Плотность грунта r, г/см3,
вычисляют по формуле
где m1 - масса грунта с кольцом и
пластинками, г;
т0 - масса кольца, г;- масса
пластинок, г;
Плотность исследуемого песка
равняется 1,7 г/см3
Влажность грунта следует определять
как отношение массы воды, удаленной из грунта высушиванием до постоянной массы,
к массе высушенного грунта.
Пробу грунта для определения
влажности отбирают массой 15 - 50 г, помещают в заранее высушенный, взвешенный
и пронумерованный стаканчик и плотно закрывают крышкой.
Пробы грунта для определения
гигроскопической влажности грунта массой 10 - 20 г отбирают способом
квартования из грунта в воздушно-сухом состоянии растертого, просеянного сквозь
сито с сеткой № 1 и выдержанного открытым не менее 2 ч при данной температуре и
влажности воздуха.
Пробу грунта в закрытом стаканчике
взвешивают.
Стаканчик открывают и вместе с
крышкой помещают в нагретый сушильный шкаф. Грунт высушивают до постоянной
массы при температуре (105±2)
°С.
Загипсованные грунты высушивают при температуре (80±2) °С.
Песчаные грунты высушивают в течение
3 ч, а остальные - в течение 5 ч.
Последующие высушивания песчаных
грунтов производят в течение 1 ч, остальных - в течение 2 ч.
После каждого высушивания грунт в
стаканчике охлаждают в эксикаторе с хлористым кальцием до температуры помещения
и взвешивают.
Высушивание производят до получения
разности масс грунта со стаканчиком при двух последующих взвешиваниях не более
0,02 г.
Если при повторном взвешивании
грунта, содержащего органические вещества, наблюдается увеличение массы, то за
результат взвешивания принимают наименьшую массу.
Влажность грунта w, %,
вычисляют по формуле
где т - масса пустого стаканчика с
крышкой, г;
m1 - масса
влажного грунта. со стаканчиком и крышкой, г;- масса высушенного грунта со
стаканчиком и крышкой, г.
Естественная влажность песка 0,093
д.е.
Определения коэффициента фильтрации.
Движение свободной гравитационной
воды в пористой среде под действием силы тяжести и разности гидростатических
напоров называется фильтрацией. Фильтрация является основной формой движения
подземных вод. Коэффициент фильтрации - мера водопроницаемости грунта. Он равен
скорости фильтрации при напорном градиенте, равном единице. Коэффициент
фильтрации измеряется в м/сут, м/с. Его величина зависит от геометрии порового
пространства и гидродинамических свойств фильтрующейся жидкости.
Необходимое оборудование: прибор
КФ-ООМ (рис.З), термометр, секундомер, емкость с водой, нож.
Песок и воду, предназначенные для
определения коэффициента фильтрации, выдержать в лаборатории до выравнивания их
температуры с температурой воздуха;
Из корпуса прибора извлечь
фильтрационную трубку и разобрать ее.
Заполнить цилиндр испытываемым
грунтом, периодически его уплотняя деревянной трамбовкой или пестиком.
В корпус налить воду и вращением
подъемного винта поднять подставку до совмещения отметки градиента напора на
планке с верхним краем крышки корпуса. Установить цилиндр с грунтом на
подставку и вращением подъемного винта медленно погрузить в воду, содержащуюся
в корпусе, до отметки градиента напора 0,8 и оставить его в таком положении до
тех пор, пока грунт увлажнится. В процессе водона- сыщения грунта поддерживают
постоянный уровень воды у верхнего края корпуса;
Поместить на образец грунта латунную
сетку, одеть на цилиндр муфту, вращением подъемного винта опустить
фильтрационную трубку в крайнее нижнее положение и оставить на 15 мин.
Устройство прибора КФ-ООМ 1 -
цилиндр, 2 - муфта, 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
Вращением подъемного винта
установить цилиндр с грунтом до совмещения отметки необходимого градиента
напора на планке с верхним краем крышки корпуса и долить воду в корпус до
верхнего его края;
Заполнить мерный стеклянный баллон
водой и, закрывая пальцем его отверстие, опрокинуть о тверстием вниз, поднося
возможно ближе к цилиндру с грунтом и, о тнимая палец, быстро вставить 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;
Отметить время, когда уровень воды
достигнет деления шкалы мерного баллона, отмеченного цифрой 10 (или 20) см3,
принимая это время за начало фильтрации воды (включить секундомер). В
дальнейшем фиксируют время, когда уровень воды достигнет соответственно делений
20, 30, 40, 50 (или 20, 40, 60, 80) см3 или других кратных значений.
Произвоести четыре отсчета.
Коэффициент фильтрации К10,
м/сут, приведенный к условиям фильтрации при температуре 10°С, вычислить по
формуле
t- средняя
продолжительность фильтрации (по замерам при одинаковых расходах воды), с;
А- площадь поперечного сечения
цилиндра фильтрационной трубки, см2,в данном приборе равная 25 см2.
J- градиент
напора, при котором проводились испытания.
Т = (0,7+0,03 Тф)- поправка для
приведения значения коэффициента фильтрации к условиям фильтрации воды при
температуре 10°С, где Тф- фактическая температура воды при испытании, °С;
- переводной коэффициент (из см/с в
м/сут).
Коэффициент фильтрации используемого
песка равен 2,68 м/сут
По результатам определения коэффициента
фильтрации были составлены таблицы и построены графики зависимости изменения
коэффициента фильтрации у подвергшихся кольматации грунтов.
Таким образом, наибольший эффект от кольматации
достигается при максимальных концентрациях соли и глинистого раствора - 0,2 и
0,02 соответственно. В этом случает коэффициент фильтрации исследуемого грунта
понизился в 4,45 раза. Минимальное понижение коэффициента фильтрации в 1,5 раза
было зафиксировано при использовании глинистого раствора концентрацией 0,05.
При этом, при добавлении раствора соли к глинистому раствору самой маленькой
концентрации, наблюдается заметное уменьшение коэффициента фильтрации породы.
Вывод, который можно сделать из результатов
проведенных опытов, говорит о том, что уменьшение коэффициента фильтрации
породы наблюдается при повышении содержания глинистых частиц в кольматирующем
растворе. Также, использование NaCl
в качестве коагулятора дает значительное улучшение результата кольматации.
1. Грунтоведение/Трофимов
В.Т., Королев В.А. и др.-М.:Изд-во МГУ, 2005.-1024 с.
2. Ломтадзе
В.Д. Инженерная геология. Инженерная петрология.2-е изд.,перераб. и
доп.-Л.:Недра, 1984.-511 с.
. ГОСТ
5180-85. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.
. ГОСТ
12536-79. Методы определения гранулометрического состава грунтов
. ГОСТ
25100-95. Грунты. Классификация.
. Справочник
по инженерной геологии. 2-е изд, перераб., доп. Под редакцией М. В. Чуринова,
«Недра», 1974, 408с.
. Воронкевич
С. Д. Основы технической мелиорации грунтов. - М.: Научный мир, 2005. 498 с.
Похожие работы на - Изучение процесса кольматации на примере песчаных грунтов Курсовая работа (т). Геология.
Курсовая работа: Проектирование привода технологического оборудования
Курсовая Работа По Педагогике Читать
Контрольная работа: Ставка обязательного резервирования, ее влияние на формирование предложения денег
Защита Диссертаций По Специальности 05.16 09
Контрольная работа: Системы финансового анализа в коммерческом банке
Жанр Портрета Культуре Разных Времен Реферат
Доклад по теме Морские убийцы
Мен Денсаулығымды Қалай Күтемін Тақырыбында Эссе
Настоящий Друг Сочинение На Английском
Реферат: Муниципальное управление в Российской Федерации
Сноски В Курсовой Работе Пример Юриспруденция
Контрольная Работа Моделирование И Формализация
Отчет по практике по теме Организация досуга людей третьего возраста средствами социально культурной деятельности
Контроль Проекта Курсовая Работа
Реферат: Этапы процесса научного познания. Скачать бесплатно и без регистрации
Дневник Практики 5 Курса
Дипломная работа: Международные конкурсы в области литературы и искусства
Реферат: Wrestling Essay Research Paper On the heels
Реферат по теме Коммерция в сфере услуг
Мальцева Итоговое Сочинение 2022 Трудно Легко
Похожие работы на - Контроль таможенных органов после выпуска товаров
Похожие работы на - Комплексный анализ финансово-хозяйственной деятельности ОАО "Экономайзер"
Сочинение: Принцип аналогии в морфологии