Методика лабораторных экспериментов заключалась в следующем.

Образец глинистого грунта помещали в компрессионно-фильтрационный прибор, заполненный дистиллированной водой. Так как испытания, проведенные В. Г. Булычевым, показали, что на величину фильтрационных характеристик существенно влияет количество воздуха, растворенного в воде, в наших экспериментах дистиллированную воду перед заливкой в фильтрационные приборы и напорный резервуар помещали в специальный сосуд, где с помощью вакуум-насоса ее дегазировали в течение 3 ч.

Б. В. Дерягин, Б. Ф. Рельтов и другие отмечали, что фильтрационные свойства глинистых грунтов изменяются в зависимости от содержания «пыли» (условное наименование, данное авторами) в фильтруемой воде. Даже незначительное содержание глинистых частиц (менее 0,01%) приводит к образованию в порах структурированных систем и значительно изменяет фильтрационные характеристики. Чтобы исключить попадание пыли в напорный резервуар, его покрывали крышкой, в которой были оставлены отверстия только для термометра и пропуска воздуха. Напорный резервуар был соединен с пьезометрической трубкой.

Большинство длительных опытов по исследованию фильтрации слабых водонасыщенных глинистых грунтов проводилось в специально оборудованных помещениях с регулированием температуры (термореле). Колебания температуры во время длительных опытов (в течение 5 месяцев) не превышали ±2°. Для уменьшения влияния температурных колебаний при окончательной обработке экспериментального материала все результаты были приведены к .

Для отработки методики проведения экспериментов вначале были выполнены исследования на искусственно приготовленных пастах глины неокома (Саратов) и хвалынской глины (Волгоград). Однородность паст позволила провести опыты с нужной повторностью и установить закономерности, наблюдаемые при изменении условий экспериментов. Затем по установленной уточненной методике исследовались глинистые грунты с ненарушенной структурой.

Некоторые физико-механические характеристики исследованных грунтов приведены в табл. I.6.

В связи с тем, что на правильность определения коэффициента фильтрации по схеме, при которой вода фильтруется через образец снизу вверх, существуют различные точки зрения, нами были поставлены опыты на образцах сильносжимаемых глинистых грунтов с ненарушенной и нарушенной структурой по схеме, при которой вода проходит через образец сверху вниз. Многочисленные опыты, проведенные на глинистых грунтах с коэффициентом пористости большим единицы, показали тождественность результатов опытов по обеим схемам.

После определения коэффициента фильтрации грунта без нагрузки образец нагружали и при каждой ступени нагрузки устанавливали последовательно напор, равный 0,3; 0,6 и 1 м (а в некоторых опытах 1,4 м) для илов и 4, 8 и 12 см для лёссов. На каждой ступени нагрузки в период стабилизации осадки и после определяли коэффициент фильтрации образца грунта. Устанавливали зависимость между коэффициентом фильтрации и коэффициентом пористости грунта в процессе уплотнения и зависимость между скоростью фильтрации и градиентом напора для каждой ступени нагрузки. Как правило, опыты проводились на, двух-трех образцах-близнецах одновременно.

Продолжительность каждого определения коэффициента фильтрации менялась от нескольких часов до нескольких суток.

Анализ проведенных опытов показал, что для различных сильносжимаемых глинистых грунтов с нарушенной и ненарушенной структурой между коэффициентом пористости и коэффициентом фильтрации действительно существует логарифмическая зависимость. Эта зависимость становится особенно четкой (см. рис. I.19), если коэффициенты фильтрации определяются непосредственно после стабилизации осадки образцов грунта, а фильтрационные испытания проводятся при одинаковых постоянных градиентах напора (10 и более).

Рис. I.19 Графики изменения коэффициента фильтрации при уплотнении сильносжимаемых водонасыщенных глинистых грунтов
а – ил органо-минеральный (Рига); б – ил речной из Архангельска; в – ил г.Фао (Ирак), фильтрация в вертикальном направлении, г – то же, фильтрация в горизонтальном направлении

Изучение полученных в опыте многочисленных зависимостей между скоростью фильтрации и градиентом напора показывает, что при уплотнении грунта до определенного значения пористости, характерного именно для данного грунта, фильтрация протекает по закону Дарси. Начиная с какого-то значения пористости, фильтрация отклоняется от закона Дарси (точки зависимости «скорость фильтрации - градиент напора» лежат на прямой, которая проходит не через начало координат, а пересекает ось «градиент напора»). Отклонение от закона Дарси увеличивается по мере уплотнения грунтов и уменьшения коэффициента пористости.

В некоторых экспериментах при достижении определенных значений коэффициента пористости наблюдалось прекращение фильтрации при значениях градиента напора, меньших начального. В ряде других опытов при достижении пористости, характерной для появления начального градиента напора, фильтрация наблюдалась при градиентах, имеющих меньшее значение, однако скорость фильтрации при этом резко уменьшалась. Следует отметить, что в областях малых градиентов напора, близких по величине к начальному градиенту, наблюдается большой разброс значений коэффициента фильтрации.