Тема 3.5 Рух ґрунтових вод

1. Поняття про фільтрацію

Просочування рідини через ґрунт або тіла земляного спорудження, тобто переміщення по дрібних каналам між частками рідини називається - фільтрацієй.

Розрізняють два види руху ґрунтових вод: безнапірне й напірне.

1.Безнапірна фільтрація. Якщо водоносний шар 2 що залягає на водонепроникному підґрунті 3 і зверху не перекривається водонепроникним шаром, то рух відбувається під дією сил ваги з вільною поверхнею, тиск на якій дорівнює атмосферному, то такий рух називається безнапірним.

2. Напірна фільтрація. Якщо рух ґрунтових вод відбувається між двома водонепроникними шарам 4,2 (1-шар ґрунту), то він називається напірним. (артезіанські води, фільтрація води під тілом бетонної греблі)

Звичайно режим руху ґрунтових вод ламінарний, але в деяких випадках може бути турбулентним. Незалежно від режиму рух можемо бути сталим, рівномірним й нерівномірним.

Теорія руху ґрунтових вод має важливе значення при розрахунку стійкості гідротехнічних споруд, для визначення положення ґрунтових вод при проектуванні систем зрошення й осушення.

Уперше дослідження руху рідини в пористих тілах були проведені в 19столітті французьким гідравліком Дарсі.

2. Закон фільтрації

Дарсі застосував прилад, який складається із циліндричної посудини заповненою шаром писку, крізь який при постійній різниці напору пропускається вода. За допомогою п’єзометру визначимо тиск в різних по висоті перетинах фільтруючого піску. Міняли товщину шару й склад піску й при цьому заміряли витрату води.

Дарсі встановив основний закон фільтрації для нестисливих рідин.

Математичний закон виражається рівнянням.

- закон Дарси

- витрата рідини м³/с;

-коефіцієнт фільтрації залежить від

властивості ґрунту й від властивості

ґрунту й від властивості рідини;

ω – площа фільтрації;

h - втрата напору, яка визначається як

різниця показань п’єзометрів, м;

L- товщина шару ґрунту в напрямку

фільтрації.

3. Коефіцієнт фільтрації

Для встановлення розмірності коефіцієнта фільтрації перепишемо закон Дарси в наступному вигляді.

Де - швидкість фільтрації;

- гідравлічний ухил.

Швидкість фільтрації менше фактичної швидкості руху часток, тому що площа фільтрації вміщує як пори так і непроникні частки.

й має розмірність швидкості фільтрації, тому що і безрозмірний.

Коефіцієнт фільтрації представляє собою швидкість фільтрації к=V_ф, при гідравлічному ухилі рівному одиниці (і=1)

Роботами російських вчених Н.Е. Жерского, Н.Н. Павловского, Л.С. Лебензона й ін. надалі встановлено що швидкість фільтрації обратно пропорційна в'язкості рідини.

Коефіцієнт фільтрації визначають наступними способами.

1 Спостереженнями за швидкістю руху води в ґрунті й рівнями води у свердловинах.

2 Відкачкою води зі свердловин з виміром витрати й зниженням рівня.

3 Випробуваннями в лабораторіях зразків ґрунта на установках подібних до приладу Дарсі.

4 Обчисленнями по формулах на підставі даних про гранулометричному стані ґрунту.

При наближених розрахунках коефіцієнт фільтрації можна приймати в наступних межах:

k=0,5 – 1см/с - ґрунт дуже великої проникливості (великий і середній гравій із домішком дуже крупного піску)

k=0,2 - 0,5 см/с - ґрунт великої проникності (крупний пісок з мілким гравієм)

k=0,01-0,02 см/с - ґрунт малої проникності (слабко глинистий, дуже дрібний пісок)

k=0,006-0,007 см/с - піщані ґрунти із частковою домішкою глини

k=0,003-0,004 см/с – піщано-глинисті ґрунти

k=0,001 см/с – проникні глини.