The influence of alkalies on the permeability to water of compact soils

• Autorzy: Rzyczniak M. , Gonet A. , Czekaj L. , Stryczek S.

Warianty tytułu

PL

Wpływ alkalidów na wodoprzepuszczalność gruntów spoistych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The consolidation analysis of filtration coefficients of a selected fine clayey soil and mixtures of clayey soil with calcium, potassium and sodium hydroxides is discussed in this paper. The influence of such chemical additives on soil permeability on a time-scale is described and quantified. The consolidation-modulus of compressibility was determined for soil and mixtures with chemical additions. The influence of unitary loads on the filtration characteristics of the original selected soil and its mixtures with selected chemical compounds content was established.

PL

W publikacji opisano edometryczne badania współczynników filtracji wyselekcjonowanego drobnoziarnistego gruntu ilastego oraz mieszanin tego gruntu z domieszkami wodorotlenków wapnia, potasu i sodu. Scharakteryzowano działanie zastosowanych dodatków chemicznych na zmiany wodoprzepuszczalności gruntu w czasie. Wyznaczono edometryczne moduły ściśliwości gruntu i mieszanin z dodatkami chemicznymi. Określono wpływ obciążeń jednostkowych na zmiany współczynników filtracji gruntu rodzimego oraz jego mieszanin z wybranymi związkami chemicznymi. Do badań laboratoryjnych wyselekcjonowano grunt spoisty, dla którego, po wykonaniu analizy sitowej, otrzymano wykres uziarnienia (rys. 1). Na podstawie analizy granulometrycznej oraz uzyskanej charakterystyki uziarnienia, zaliczono wyselekcjonowany grunt do grupy gruntów odpowiednich do budowy gruntowych wykładzin mineralnych (Pisarczyk 2000). Spełnienie kryterium uziarnienia czyniło uzasadnionym przeprowadzenie badań laboratoryjnych dla wyznaczenia współczynnika filtracji gruntu. Współczynniki filtracji gruntu rodzimego określono metodą edometryczną, stosowaną do gruntów spoistych. Wartości współczynników filtracji, dla początkowego spadku hydraulicznego i = 30, obliczono ze wzoru (3) (Pisarczyk 1999; Wiłun 2000). Otrzymane wyniki przeliczono według wzoru (2) na zredukowane wartości współczynników filtracji k10. Wykresy zmian współczynników filtracji od obciążeń jednostkowych przedstawiono na rysunkach 2 i 3, a graniczne wartości liczbowe zamieszczono w tablicy 1. Na skutek braku efektywnego oddziaływania w sposób mechaniczny na obniżenie wodoprzepuszczalności badanego gruntu podjęto próby oddziaływania na ten grunt środkami chemicznymi. W celu określenia wpływu niektórych środków chemicznych na właściwości filtracyjne wybranego gruntu ilastego przygotowano trzy próby mieszanin gruntu rodzimego z 0,5-procentowymi domieszkami w stosunku wagowym do gruntu: wodorotlenku wapnia Ca(OH)2, wodorotlenku potasu- KOH oraz wodorotlenku sodu NaOH. Po upływie doby od sporządzenia mieszanin poddano je edometrycznemu wyznaczaniu współczynników filtracji w sposób analogiczny jak dla próby gruntu rodzimego. Przebiegi zmian wartości współczynników filtracji od obciążeń jednostkowych zobrazowano graficznie w postaci wykresów na rysunku 2, a graniczne wartości współczynników zestawiono w tablicy 1. Zadanie gruntu ilastego środkami chemicznymi powoduje zainicjowanie procesów z minerałami zawartymi w tym gruncie. Efektem tych procesów są zmiany w strukturze wewnętrznej gruntu, w wyniku czego zmieniają się jego właściwości fizyczne. Istotnym zagadnieniem jest stabilność zachodzących zmian właściwości modyfikowanego gruntu w funkcji czasu. Aby odpowiedzieć na pytanie, jaki wpływ ma czynnik czasu na zmiany zachodzące w gruncie na skutek działania zastosowanych domieszek środków chemicznych oraz czy zaobserwowane zmiany współczynników filtracji mają charakter stabilny czy też podlegają modyfikacjom wraz z upływem czasu powtórzono laboratoryjne badania współczynników filtracji po odpowiednim przygotowaniu uprzednio przebadanych mieszanin. W celu przyspieszenia zachodzących w gruncie reakcji chemicznych i zminimalizowania czasu oczekiwania na zakończenie ich trwania, uprzednio opisane mieszaniny gruntu z domieszkami chemicznymi poddano wygrzewaniu w temperaturze 353 K (80oC), ze stałym nawilżaniem, przez okres 12 dni, a następnie określono, w sposób analogiczny jak poprzednio, wartości współczynników filtracji badanych mieszanin. Wyniki badań przedstawiono w sposób graficzny na rysunku 3, a wartości liczbowe współczynników filtracji dla granicznych obciążeń jednostkowych zestawiono w tablicy 1. Reakcje jakie zachodziły w gruncie na skutek oddziaływania Ca(OH)2 w sposób krótkotrwały spowodowały obniżenie wodoprzepuszczalności mieszaniny, po czym została praktycznie przywrócona pierwotna drożność dla przepływu wody, a efekty działania wprowadzonego do gruntu dodatku wodorotlenku wapnia przestały być widoczne. Stwierdzono natomiast zmniejszenie wartości współczynników filtracji w zależności od obciążeń jednostkowych w mieszaninie gruntu z KOH oraz wzrost wartości współczynników filtracji w mieszaninie gruntu z NaOH w porównaniu do analogicznych wartości uzyskanych w badaniach po upływie jednej doby od sporządzenia tych mieszanin (rys. 2 i 3). Próbę wytłumaczenia zmian wodoprzepuszczalności mieszanin gruntu ze środkami chemicznymi podjęto na podstawie wyników badań ściśliwości po upływie doby od sporządzenia mieszanin (rys. 4) oraz po upływie 12 dni obróbki termicznej prób (rys. 5). Wartości liczbowe edometrycznych modułów ściśliwości pierwotnej obliczono według wzoru (4) (Myślińska 1998; Pisarczyk 1999; Wiłun 2000). Wyniki obliczeń zamieszczono w tablicy 2. W efekcie przeprowadzonych badań stwierdzono, że wzrost stopnia zagęszczenia badanego gruntu na skutek zwiększania obciążeń jednostkowych nie powoduje efektywnego zmniejszania jego współczynnika filtracji, zaobserwowano natomiast istotny wpływ zastosowanych alkalicznych domieszek chemicznych na mikrostrukturę badanego gruntu rodzimego.

Słowa kluczowe

EN

compact soils; alkalies; mixtures; water permeability

PL

grunty spoiste; alkalia; mieszaniny; wodoprzepuszczalność

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2002
• Tom: Vol. 47, nr 1
• Strony: 69--80
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Rzyczniak M.

• Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu, Akademia Górniczo-Hutnicza, 30-059 Kraków, Al. Mickiewicza 30

autor

Gonet A.

• Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu, Akademia Górniczo-Hutnicza, 30-059 Kraków, Al. Mickiewicza 30

autor

Czekaj L.

• Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu, Akademia Górniczo-Hutnicza, 30-059 Kraków, Al. Mickiewicza 30

autor

Stryczek S.

• Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu, Akademia Górniczo-Hutnicza, 30-059 Kraków, Al. Mickiewicza 30

Bibliografia

• [1] Jarosz A., 1996: Hydraulika. Hortpress Sp. zo.o., Warszawa.
• [2] Myślińska E., 1998: Laboratoryjne badania gruntów. PWN, Warszawa.
• [3] Pisarczyk S., 1999: Mechanika gruntów. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa.
• [4] Pisarczyk S., 2000: Badania geotechniczne gruntów spoistych stosowanych do budowy uszczelnień mineralnych składowisk odpadów komunalnych. Gospodarka Wodna nr 9.
• [5] Wieczysty A., 1982: Hydrogeologia inżynierska. PWN, Warszawa.
• [6] Wiłun Z., 2000: Zarys geotechniki. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa.