Обратные фильтры

В зоне подхода грунтового потока к дренажу градиенты напора возрастают, тем самым создаются условия для фильтрационных деформаций грунта основания и тела плотины.

Для предупреждения деформаций приемную часть дренажа защищают обратными фильтрами. Последние представляют собой ряд последовательно уложенных слоев из песчано-гравелистых и щебенистых грунтов с увеличивающейся крупностью частиц при переходе от одного слоя к другому в направлении фильтрационного потока. Фракционный состав фильтров подбирают таким образом, чтобы через них свободно протекала вода, но не выносились частицы защищаемого грунта, и обеспечивалась непроходимость материала фильтра из одного слоя в другой.

Фильтры, применяемые в дренажах, в зависимости от условий подхода фильтрационного потока делятся на три типа.

I. Контакт грунта с фильтром горизонтальный или наклонный, фильтрационный поток поступает сверху вниз, обратный фильтр расположен под защищаемым слоем (рис. 47, I тип).

II. Контакт грунта с фильтром горизонтальный или наклонный, фильтрационный поток поступает в основном снизу вверх, обратный фильтр расположен над защищаемым слоем (рис. 47, II тип).

III. Контакт грунта с фильтром горизонтальный или наклонный, фильтрационный поток идет вдоль слоев обратного фильтра (рис. 47, III тип).


Рис. 47. Типы фильтров дренажей  (стрелками показано направление фильтрационного потока).

Материал для фильтров дренажных устройств должен быть морозостойкий и не растворимый фильтрационной водой, причем лучше применять камни изверженных пород. Песчаные грунты и их смеси с гравелистыми и щебенистыми материалами не должны содержать частиц диаметром  d<0,1 мм более 3-5% по весу.

Подбор слоев обратного фильтра наиболее просто решается, когда грунт однородного механического состава (коэффициент неоднородности равен единице). При этом достаточно, чтобы частицы защищаемого грунта не проходили через поры первого слоя фильтра, а те, в свою очередь, не проходили  через  поры  второго слоя и т. д.

В естественных условиях однородный грунт встречается очень редко, тем более требуемого диаметра. Фракционировать  грунт для получения заданного размера частиц практически невозможно. Поэтому для обратных фильтров дренажей применяют грунтовую смесь, состоящую из частиц различного диаметра. Такие разнозернистые смеси встречаются в естественных залежах, а в необходимых случаях могут быть получены искусственным путем.

Для подбора слоев многослойного обратного фильтра существует несколько способов, разница между ними заключается в методическом подходе к оценке явления непроходимости мелких частиц грунта через поры крупных. Метод, разработанный В. С. Истоминой, наиболее прост и доступен.

В этом, методе использованы графики, имеющие однотипное строение для различных случаев их применения. Поле каждого графика с прямоугольными осями, по которым отложены параметры грунтов, разделено кривой на две области: допустимых и недопустимых характеристик.

Для защищаемого грунта и грунта фильтра по кривой механического состава вычисляют параметры, неодинаковые для различных графиков.

Если координаты этих параметров располагаются в области допустимых характеристик, рассматриваемый грунт считается пригодным для использования в фильтре, деформации в этом случае не будет. Если же координаты параметров попадут в область недопустимых характеристик, рассматриваемый грунт для фильтра применять нельзя.

Пользуясь графиками В. С. Истоминой, можно решить   две задачи:

1)   если материал задан (предполагается, например, использовать грунт карьера), решается вопрос о возможности применения его для фильтра дренажей;

2)  если приготовляется искусственная или обогащается естественная смесь, решается вопрос о пропорциях фракционного состава.
Для подбора слоев обратного фильтра в дренажах по методу В. С. Истоминой исходными данными служат кривые механического состава защищаемого грунта и отдельных слоев фильтра. Параметры этих кривых:

- коэффициент неоднородности, представляющий  собой  отношение контролирующего диаметра частиц грунта к действующему диаметру рассматриваемого слоя фильтра или защищаемого грунта;

- межслойный    коэффициент,   представляющий отношение среднего диаметра частиц первого слоя фильтра к диаметру частиц защищаемого грунта или отношение среднего диаметра частиц грунта второго слоя к диаметру частиц первого слоя и т. д. Следует учесть, что во всех дальнейших расчетах по подбору фильтров дренажей символ d будет относиться к диаметру частиц защищаемого грунта, - к диаметру частиц первого слоя фильтра, - к диаметру частиц второго слоя фильтра и т. д. Эти обозначения диаметров частиц грунта приведены и на рисунке 47. Аналогичные обозначения будут применяться и к коэффициентам неоднородности.

Подбор фильтров дренажей по методу В. С. Истоминой производится в зависимости от типа фильтра, состава защищаемого грунта и толщины слоев фильтра. Толщину фильтров из условия производства работ при отсыпке их насухо принимают не менее 0,2 м, повышая до 0,5 м при отсыпке в воду. Приведенные графики для подбора обратных фильтров даны для толщины 0,2 м. Нормами предписано применять для фильтров, выполняемых насухо, разнозернистые грунты с коэффициентом неоднородности .

Для песчаных грунтов, защищаемых фильтрами типа I, решающим видом деформаций будет проникновение мелкозернистого   грунта   через  поры   смежного,   более крупнозернистого.


Рис. 48   График для подбора   слоев   обратного   фильтра типа I, при толщине слоя  :
а - для   материалов   с окатанными частицами;    б - угловатыми   частицами;   1 - область  недопустимых  характеристик;   2 - область  допустимых  характеристик.


С учетом этих деформаций даются два графика: один для окатанных частиц фильтра (рис. 48,а), а другой для угловатых частиц (рис. 48,б). На этих графиках по оси абсцисс отложены коэффициенты неоднородности рассматриваемого слоя фильтра, а по оси ординат межслойный коэффициент контактируемых грунтов. Пользование графиком сводится к нахождению координат этих двух величин; если координаты их на графике попадут в область допустимых характеристик, материал считают пригодным для фильтра.

Пользуясь приведенными графиками, решают вопрос о применимости заданного разнозернистого грунта для первого слоя фильтра, контактируемого с защищаемым слоем, а также для последующих слоев. В каждом случае значение берут для рассматриваемого слоя фильтра, а    - для двух смежных слоев.
Для песчаных грунтов, при фильтре типа II, основной вид деформаций - контактный выпор мелкозернистого грунта в крупнозернистый. Подбор состава фильтров для недопущения этого вида деформаций выполняется по графику, приведенному на рисунке 49.


Рис. 49. График для подбора слоев обратного фильтра
типа   II   при   :
1 - область    недопустимых    характеристик;    2 - область   допустимых характеристик.

По оси абсцисс отложены коэффициенты неоднородности , а по оси ординат - межслойные коэффициенты . Для рассматриваемого грунта вычисляют значения и и, если координаты их попадают в область допустимых характеристик, материал считают пригодным для фильтра.
Графиком (рис. 49) можно пользоваться при условии, что фактический градиент восходящего фильтрационного потока не превосходит некоторой предельной величины. По рекомендации В. С. Истоминой допускаемый градиент  .

Фильтры типа III проверяются из условия недопущения контактного размыва мелкозернистого грунта. Для этого используется график, приведенный на рисунке 50. По оси абсцисс графика отложены отношения коэффициентов неоднородности крупнозернистого грунта к коэффициенту неоднородности грунта мелкозернистого. По оси ординат отложены межслойные коэффициенты. График применим при градиенте фильтрационного потока, не превосходящем .
Пользование    графиком   аналогично   предыдущему.


Рис.   50.   График   для   проверки фильтров типа III из условия   недопущения   контактного  размыва:
1 - область    недопустимых    характеристик;   2 - область  допустимых  характеристик.

Если координаты значений - и  попадают в область допустимых   характеристик,   деформаций    контактного размыва не будет.

Для связных грунтов подбор или проверка материала первого слоя фильтра основаны на недопущении деформаций отслаивания глинистого грунта на контакте с первым слоем фильтра. Для этого служит график, приведенный на рисунке 51, в котором по оси абсцисс отложены отношения коэффициентов неоднородности первого слоя фильтра, а по оси ординат - средний диаметр частиц грунта для этого же слоя.


Рис. 51 График для проверки фильтров на отсутствие деформации отслаивания на контакте со связным грунтом:
1 - область  недопустимых  характеристик;   2 - область   допустимых   характеристик.

Как и по предыдущему графику, для рассматриваемого грунта первого слоя фильтра с кривой механического состава определяют значения и . Если координаты этих величин попадают в область допустимых характеристик, деформаций  отслаивания  частиц  глинистого  грунта  не  будет.

График (рис.   51)   применим    для   всех  трех типов фильтра со следующими ограничениями:

1)   для материала первого слоя минимальный размер пор должен быть

;                             (84)

2)   для грунта, контактирующего с фильтром, допустимое число пластичности в пределах

;                                 (85)

объемный вес скелета должен быть

(86)

где     - коэффициент пористости при ;


грунт должен сопротивляться контактному размыву, показателем чего служит степень влажности грунта

(87)

Последнее обновление 07.07.12 23:12